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          電源設(shè)計(jì)小貼士:MLC電容器常見(jiàn)缺陷的規(guī)避方法

          作者: 時(shí)間:2013-10-14 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          因其小尺寸、低等效串聯(lián)電阻(ESR)、低成本、高可靠性和高紋波電流能力,多層陶瓷(電子產(chǎn)品中變得極為普遍。一般而言,它們用在電解質(zhì)leiu中,以增強(qiáng)系統(tǒng)性能。相比使用電解鋁氧化絕緣材料時(shí)相對(duì)介電常數(shù)為10的電解質(zhì),電容器擁有高相對(duì)介電常數(shù)材料(2000-3000)的優(yōu)勢(shì)。這一差異很重要,因?yàn)殡娙葜苯优c介電常數(shù)相關(guān)。在電解質(zhì)的正端,設(shè)置板間隔的氧化鋁厚度小于陶瓷材料,從而帶來(lái)更高的電容密度。

          溫度和DC偏壓變化時(shí),陶瓷電容器介電常數(shù)不穩(wěn)定,因此我們需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中理解它的這種特性。高介電常數(shù)陶瓷電容器被劃分為2類。圖1顯示了如何以3位數(shù)描述方法來(lái)對(duì)其分類,諸如:Z5U、X5R和X7R等。例如,Z5U電容器額定溫度值范圍為+10到+85℃,其變化范圍為+22/~56%。再穩(wěn)定的電介質(zhì)也存在一定的溫度電容變化范圍。

          電源設(shè)計(jì)小貼士之MLC電容器常見(jiàn)缺陷的規(guī)避方法(電子工程專輯)

          圖1:2類電介質(zhì)使用3位數(shù)進(jìn)行分類。注意觀察其容差!

          當(dāng)我們研究偏壓電容依賴度時(shí),情況變得更加糟糕。圖2顯示了一個(gè)22μF、6.3伏、X5S電容器的偏壓依賴度。我們常常會(huì)把它用作一個(gè)3.3伏負(fù)載點(diǎn)(POL)穩(wěn)壓器的輸出電容器。3.3伏時(shí)電容降低25%,導(dǎo)致輸出紋波增加,從而對(duì)控制環(huán)路帶寬產(chǎn)生巨大影響。如果您曾經(jīng)在5伏輸出時(shí)使用這種電容器,則在溫度和偏壓之間,電容降低達(dá)60%之多,并且由于2:1 環(huán)路帶寬增加,可能產(chǎn)生一個(gè)不穩(wěn)定的。許多陶瓷電容器廠商都沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明這一問(wèn)題。

          電源設(shè)計(jì)小貼士之MLC電容器常見(jiàn)缺陷的規(guī)避方法(電子工程專輯)

          圖2:注意電容所施加偏壓變化而降低

          陶瓷電容器的第二個(gè)潛在缺陷是,它們具有相對(duì)較小的電容和低ESR。在頻域和時(shí)域中,這會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題。如果它們被用作某個(gè)的輸入濾波電容器,則它們很容易隨輸入互連電感諧振,形成一個(gè)振蕩器。要想知道是否存在潛在問(wèn)題,可將寄生互連電感估算為每英寸15 nH,然后根據(jù)這兩篇文章介紹的方法把濾波輸出阻抗與電源輸入電阻進(jìn)行對(duì)比。第二個(gè)潛在問(wèn)題存在于時(shí)域中,我們可在以太網(wǎng)電源(POE)等系統(tǒng)中看到它們的蹤影。

          在這些系統(tǒng)中,電源通過(guò)大互連電感連接至負(fù)載。負(fù)載通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟,并可能會(huì)使用陶瓷電容器構(gòu)建旁路。這種旁路電容器和互連電感可以形成一個(gè)高Q諧振電路。由于負(fù)載電壓振鈴可以高達(dá)電源電壓的兩倍,因此在負(fù)載下關(guān)閉開(kāi)關(guān)會(huì)形成一個(gè)過(guò)電壓狀態(tài)。這會(huì)引起意外電路故障。例如,在POE中,負(fù)載組件的額定電壓變化可以高達(dá)電源額定電壓的兩倍。

          第三個(gè)潛在缺陷的原因是陶瓷電容器為壓電式。也就是說(shuō),當(dāng)電容器電壓變化時(shí),其物理尺寸改變,從而產(chǎn)生可聽(tīng)見(jiàn)的噪聲。例如,我們將這種電容器用作輸出濾波電容器時(shí)(存在大負(fù)載瞬態(tài)電流),或者在“綠色”電源中,其在輕負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)入突發(fā)模式。這種問(wèn)題的變通解決方案如下:

          ●轉(zhuǎn)而使用更低介電常數(shù)的陶瓷材料,例如:COG等。

          ●使用不同的電介質(zhì),例如:薄膜等。

          ●使用加鉛和表面貼裝技術(shù)(SMT) 組件,可緊密貼合印制線路板(PWB)。

          ●使用更小體積器件,降低電路板應(yīng)力。

          ●使用更厚組件,降低施加電壓應(yīng)力和物理變形。

          SMT陶瓷電

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