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来自工程师的声音

最适合开关电源的电容器与电感

不仅要了解电气规格,
还要了解包括材料和规格在内的特性

电容器篇 -其2-

关键词
  • 温度特性
  • DC偏置
  • 规格尺寸+发热量少

-根据您之前的介绍,可以认为叠层陶瓷电容器在ESR、容值/尺寸、可靠性/寿命方面相当有优势对吧。

的确,ESR、容值/尺寸、可靠性/寿命、甚至等效串联电感ESL也非常低,电介质被膜的厚度不仅对可靠性有利,还有助于实现更高耐压。但是,还不能说叠层陶瓷电容器是完美的。这是各种电容器的优缺点总结表,也有一些课题。

正如表中所示,不得不说叠层陶瓷电容器在高温条件下的温度特性和DC偏置特性上逊色于其他产品。

-具体是怎样的特性?

请看下面的静电电容温度特性图和DC偏置特性图。对于温度特性,蓝色线和红色线是叠层陶瓷电容器,绿色线是铝电解电容,橙色线是钽电容器。姑且不论低温侧的铝电解电容器的容值下降,可以看出高温侧的叠层陶瓷电容器的容值下降比其他产品大。蓝线的温度特性是X6S,支持-55℃~105℃,变化率是±22%。红线是X7R,-55℃~105℃/±15%。这些是温度特性比较好的等级,是经常被用于DC/DC转换器的等级。而例如Y5V之类的低等级产品,支持-30℃~85℃,变化率是+22%/-82%。这种等级可能不适用于通常的DC/DC转换器。

顺便说一句,这里的电容器的温度特性符号遵循EIA标准,在日本通常较多使用JIS,但世界范围内以EIA为标准。请参考这份表格资料。

DC偏置特性如字面所示,是指施加DC电压时的容值变化。这里也是红色线与蓝色线的叠层陶瓷电容器的容值随着偏置电压的上升而显著减少。由于变化率很大,在遇到此类条件时需要注意。

-您介绍过叠层陶瓷电容器的ESR较低。由于DC/DC转换器有纹波,ESR的频率特性是怎么样的呢?

这个也是看图表更容易理解。左侧图表示表示相对于频率的ESR与阻抗的变化。洋红色线与宝蓝色细线是叠层陶瓷电容器,其他是钽电解电容器与导电性高分子电容器的特性。叠层陶瓷电容器直线下降直至谐振点,其他产品散漫分布,ESR也有非常大的差异。另外,下表为ESL与主要数值。

另一个图表是纹波电流与温度上升的曲线图。理所当然地,ESR较低的叠层陶瓷电容器温升较少。这对电容器的寿命影响很大,发热量少是重要的要点。

-还有其他需要知道的叠层陶瓷电容器的特征吗?

有一个。就是规格尺寸不同导致的寄生成分ESR与ESL存在差异。实际上有规格越小它们就变得越小的倾向。关于这点也请看图表。这是尺寸从10µF的1005到3225的5种数据。应该看范围以DC/DC转换器为前提的话,频率从数百KHz到最近高速的6MHz、其中好像也有宣称10MHz产品,以蓝色线大致划分的范围即可。

开关频率的频段中,规格较小的产品ESR较小。超过谐振点的电容成分成为电感成分即ESL后,3216和3225因规格的纵横比关系发生了逆转,但整体来看,还是有规格越小ESL就越小的倾向。

-通过您的介绍我明白了提到IC其电气特性一般主要关注对象,而电容器即使容值和耐压相同由于结构和材料的不同而具有固有的特性。

实际上这是相当重要的要点。电容器虽然是简单的部件,选型时如果没有很好的了解不同材料带来的特性差异和注意事项等,有时会成为问题的主要原因。例如,在DC/DC转换器的应用例中,有时不仅要指定静电电容,甚至要指定具体的种类和品牌。也就是说,这当中是有原因的,仅根据容值和耐压相同而任意更换为不同种类的产品,有可能导致不能正常工作。

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