+多层陶瓷电容器常见小缺陷的规避方法

       因其小尺寸、低等效串联电阻(ESR)、低成本、高可靠性和高纹波电流能力，多层陶瓷 (MLC) 电容器在电源电子产品中变得极为普遍。一般而言，它们用在电解质电容器 leiu 中，以增强系统性能。相比使用电解电容器铝氧化绝缘材料时相对介电常数为 10 的电解质，MLC 电容 器 拥 有 高 相 对 介 电 常 数 材 料(2000-3000) 的优势。这一差异很重要，因为电容直接与介电常数相关。在电解质的正端，设臵板间隔的氧化铝厚度小于陶瓷材料，从而带来更高的电容密度。温度和 DC 偏压变化时，陶瓷电容器介电常数不稳定，因此我们需要在设计过程中理解它的这种特性。高介电常数陶瓷电容器被划分为 2 类。图 1 显示了如何以 3 位数描述方法来对其分类，诸如：Z5U、X5R 和 X7R 等。例如，Z5U 电容器额定温度值范围为 +10 到 +85o C，其变化范围为 +22/–56%。再稳定的电介质也存在一定的温度电容变化范围。当我们研究偏压电容依赖度时，情况变得更加糟糕。

图1

图2

       图 2 显示了一个 22 uF、6.3伏、X5S 电容器的偏压依赖度。我们常常会把它用作一个 3.3 伏负载点 (POL) 稳压器的输出电容器。3.3 伏时电容降低 25%，导致输出纹波增加，从而对控制环路带宽产生巨大影响。如果您曾经在 5 伏输出时使用这种电容器，则在温度和偏压之间，电容降低达 60% 之多，并且由于 2：1 环路带宽增加，可能产生一个不稳定的电源。许多陶瓷电容器厂商都没有详细说明这一问题。陶瓷电容器的第二个潜在缺陷是，它们具有相对较小的电容和低ESR。在频域和时域中，这会带来一些问题。如果它们被用作某个电源的输入滤波电容器，则它们很容易随输入互连电感谐振，要想知道是否存在潜在问题，可将寄生互连电感估算为每英寸15 nH，然后把滤波输出阻抗与电源输入电阻进行对比。

       第二个潜在问题存在于时域中，我们可在以太网电源 (POE) 等系统中看到它们的踪影。 在这些系统中，电源通过大互连电感连接至负载。负载通过一个开关实现开启，并可能会使用陶瓷电容器构建旁路。这种旁路电容器和互连电感可以形成一个高 Q谐振电路。由于负载电压振铃可以高达电源电压的两倍，因此在负载下关闭开关会形成一个过电压状态。这会引起意外电路故障。例如，在 POE 中，负载组件的额定电压变化可以高达电源额定电压的两倍。

       第三个潜在缺陷的原因是陶瓷电容器为压电式。也就是说，当电容器电压变化时，其物理尺寸改变，从而产生可听见的噪声。例如，我们将这种电容器用作输出滤波电容器时(存在大负载瞬态电流)，或者在“绿色”电源中，其在轻负载状态下进入突发模式。这种问题的变通解决方案如下： 转而使用更低介电常数的陶瓷材料，例如：COG 等。 使用不同的电介质，例如：薄膜等。使用加铅和表面贴装技术 (SMT) 组件，可紧密贴合印制线路板( PWB)。使用更小体积器件，降低电路板应力。使用更厚组件，降低施加电压应力和物理变形。SMT 陶瓷电容器存在的另一个问题是，在PWB弯曲时，由于电容器和 PWB之间存在的热膨胀系数 (TCE) 错配，它们的软焊接头往往会裂开。您可以采取一些预防措施来减少这种问题的发生：封装尺寸限制为 1210。 使电容器远离高曲率地区，例如：拐角区等。 使电容器朝向电路板短方向。 使电路板安装点远离边角。在所有装配过程均注意可能出现的电路板弯曲。

       总之，如果我们注意其存在的一些小缺点，则相比电解电容器，多层陶瓷电容器拥有低成本、高可靠性、长寿命和小尺寸等优势。它们具有非常宽的电容容差范围，因此需要对其温度和偏压变化范围内的性能进行评估。它们均为压电式，其意味着它们会在有脉冲电流的系统中产生可听见的噪声。最后，它们很容易出现破裂，因此我们必须采取预防措施来减少这一问题的发生。所有这些问题都有相应的解决办法。因此，MLC 电容器仍会变得越来越受欢迎。

多层陶瓷电容器 因其小尺寸、低等效串联电阻(ESR)、低成本、高可靠性和高纹波电流能力，越来越使用广泛. 如陶瓷电容器介电常数不稳定性, 使用时需要充分注意