陶瓷电容的选用及注意事项.docx
陶瓷电容的选用及注意事项1电容的分类电容有很多种类型。如图1所示，电容按照生产材料可划分为陶瓷电容、留电解电容、铝电解电容等。多层陶瓷电容，具有体积小、电容量大，经常被用于去耦合、电源滤波等各种电路中，成了提升电子电路性能所不可缺少的元件。夔霍灯_al3底H容界一EL1槎磔熔1可建用的螂品真触I胶力一.；卑、J-较率图1电容的分类和特性2.多层陶瓷电容的特性温度特性陶瓷电容如图2所示，可分为温度补偿型与高介电常数型。由于各种温度条件卜的电荷容量变化情况各不相同，因此需要根据电容的特点来确定其用途。日本采用的是JIS规格，欧洲采用的是EIA规格。温度却俱型的宣量叟化示切狰甯容量燮化率量变化率恃黠:直占泉形的燮化百溢蚕型的容量堪叱示例静定容量燮化率娈化率分窥.规格特性虢温度箱圉容量燮化率温度精il型J1SCH-25&i七O + SOppni/CRH-25 -220±60ppcrZCUJ-25 -75O±6Opprr/CHACOG-55-125OiSOpptn/C高重型J1SB-25洗±10%F-25 +30%、-80%日AX5R巧5洗七±15%X7R1-55125±15%埼粘:燮化幅度大於温度神rasa图2陶瓷电容的温度特性与规格温度补偿型温度变化所造成的电荷容量变化率较小，主要用于滤波、高频电路的去耦合。当线圈与电容结合使用时，线圈的电感会随着温度的上升而增加，这是可以利用负温度系数电容来进行修正。高介电常数型是一种采用了介电常数较高材料的电容，具有电荷容量较高的特点。主要作为电源电路的去耦合和滤波使用。与温度补偿型电容相比，由于温度能够造成的电荷容量变化较大，因此当用于滤波器等信号电路中时要十分注意。低 ESR、低 ESL多层陶瓷电容具有良好的高频特性°与其他电容相比，具有较低的电阻及较低的寄生电感，因此在高频条件下也能保证电容的工作。图3、图4所示为等效电路与电感的特性。由于铝电解电容及锂电解电容的ESR较高，因此阻抗也就较高。但陶瓷电容是频率越高，阻抗越低，这对于去耦合来说非常有效，并能够发挥高性能的滤波能力。ESR： Equivalent Series Resistance （等效串联电阻）ESL： Equivalent Series Inductance （等效串联电感）理想的甯容器0 0C重除的t容器oWVo-i ESR bwU ESLTR1813电容的等效电路图4一阻抗特性3 .电容的电压特性电容的实际电荷容量值随着更流(DC)与交流(AC)电压变化而变化的现象叫做电压特性。该变化幅度越小，说明电压特性越好，幅度越大，说明电压特性越差。以消除电源纹波为目的的电容，必须考虑电容的电压特性进行设计。请参考图5所示，假设额定电压为6.3V,电荷容量为lOOuF的高介电常数片状多层陶瓷电容上施加了I.8V的直流电压。此时，温度特性为X5R的产品，电荷容量减小月10%,实际电荷容量值变成90uF。而Y5V的产品，电荷容量减少月40%,实际电荷容量变成60uF。若使用COG的产品，电荷容量的变化是极少。40MLCC<C0G>-MLCC<X5R>MLCC<Y5V>图5 各种电容的电荷容量变化率（直流偏置特性）因此，在选择多层陶瓷电容时，请不要完全按照产品目录上的电荷容量值进行选择。必须考虑电源（信号）施加直流电压成分，测定电荷容量，掌握实际电荷容量值的情况。但是，这种直流偏置特性施加的直流电压成分越低，电荷容量减少值越小。最近市面上出现了以突破IV的电源电压工作的FPGA和ASIC等半导体芯片。如把多层陶瓷电容（X5R/Y5V）使用在这种芯片的电源上时，不会出现很明显的直流偏置特性问题。4 .输入电容的瞬态特性请参考图6所示，在一般电路设计时，会把多层陶瓷电容使用在各芯片的电源上，由于它的ESR和ESL都比较低，用于去耦合、电源电压的滤波等。图中的电感Lin是电源线极各种电路中的等效电感，电容Cin是输入滤波电容，而SW是电源开关或电源插头。在SW为接通前，输出电容（C）的电压为24V,输出多层陶瓷电容（Cin）的电压为OV。当SW接通后，电流会流过Lin并把Cin充电，Cin的电压将上升至输出电压电压或24V。由于储存在Lin的能量将继续提高Cin的电压至24V以上，最终Cin的电压会达到峰值，然后再回落到24V。其实，Cin的电压会在24V附近震荡一段时间。实际波形取决于电路元件。图7是实际测试的Cin值为10uF和22uF及Lin值为luH和10uH。最顶部波形显示最坏的情况，当Cin值为IOuF及Lin值1uH,Cin的电压峰值为57.2V, 24V输入的芯片是无法反复承受57.2V的电压,芯片极有可能损坏。图7多层陶瓷电容的电压瞬态特性为了保持较小的输入滤波器设计，需要使用多层陶瓷电容。开始设计前，先确定输入电容的最小值。此示例选用多层陶瓷电容35V 22uF,该电容产生的输入电压瞬态变化如图4的最顶部波形（R1）所示。此波形的电压峰值为40.8V,它一定对24V输入的芯片产生负面影响。在R2显示，若多层陶瓷电容和一个0.5欧姆的电阻串联，电压突变会大大减小，震荡也差不多消失。类似的结果（R3）也可以从使用高ESR的电容来实现。最底部波形（chi）是理想的结果，它使用的铝电解电容35V 47uF（Sanyo 35CV47AXA）, ESR 值为0.44 欧姆。TRACESNUBBER TYPE% PEAK的R1Hone40.8R222yF Ceramic 0.5(2 In Senes30R3Tantalum AVX. TPS Series33R430V1VS. P6KE3QA35Chi47|>f 35VAIumrwmElectrMic Capacitor25图8优化电路设计方案
