詳解MLCC的四個主要電氣特性
發布日期：2019-03-30

詳解MLCC的四個主要電氣特性

詳解MLCC的四個主要電氣特性


原創： 木子  村田中文技術社區  2018-04-28
多層陶瓷電容MLCC，作為主要的濾波元件，從選型上講，通常只需關注尺寸，容值，耐壓，溫度特性及精度等規格。但是具體到產品的實際電路應用，我們需要對比不同型號下的電氣特性參數，以下作進一步說明。


一、容值，絕緣阻抗I.R.及損耗因素D.F. 




村田的陶瓷電容小到pF級，大到幾百uF級，大容值濾低頻，多用于電源線上的去耦電路，減少電路紋波；小容值濾高頻，多用于射頻端匹配電路上。


理想電容的絕緣阻抗無限大，但是實際上電容存在寄生參數，故實際的絕緣阻抗有限，一般在兆歐級別，具體參見對應型號的規格書。


損耗因素（損耗角正切）=有功功率/無功功率=漏電流/充電電流=1/Q（品質因素）
D.F.=2*π*f*C*R (R為等效串聯電阻)


二、直流DC偏壓特性和交流AC偏壓特性




靜電容量隨著施加的交流或直流電壓發生變化的特性稱為“AC(交流)偏壓特性”和“DC(直流)偏壓特性”，一類材料溫度補償性的AC/DC曲線基本為水平線，二類高介電常數型材料對應曲線如下圖：




這是因為高介電常數型電容的陶瓷材料的主成分是鈦酸鋇BaTiO3，其晶體結構為正立方體。


當施加交流電壓后，中間的Ti離子隨著AC 電壓的方向將進行移動，進行充電和放電，就產生了容量。而施加直流電壓后，Ti 離子隨著DC 電壓的方向移動，使之偏向一邊，難以移動，容值下降。Ti 離子的移動對于MLCC的有效容量是很重要的。




三、阻抗|Z|/等效串聯電阻ESR-頻率特性




了解電容器的頻率特性，可對電源線消除噪音能力和抑制電壓波動能力進行判斷，是設計時不可或缺的重要參數。頻率越高，越不能忽視寄生成分ESR和 ESL 的影響。需要選擇 低ESR 和低ESL 的產品以減少損耗。


真實電容存在寄生參數，其簡化的等效原理圖如下：


ESR: 電介質（低頻）或電極損耗（高頻）產生的寄生電阻。
ESL: 電極或導線產生的寄生電感。


對應的阻抗-頻率圖示例如下：


具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電（噪聲）所起的阻礙作用叫做阻抗  (Impedance), 用 Z 表示 。


ω角頻率：描述物體振動快慢的物理量，頻率、角頻率和周期的關系為ω = 2πf


從|Z|/ESR-F曲線我們可以看出，在低頻范圍，電容與理想電容（紅色曲線）接近，阻抗與頻率成反比，ESR反映出電介質分極延遲的介質損耗。在自諧振點附近，阻抗受寄生電感及電極比電阻影響，偏離理想值，達到最小。當頻率高于自諧振點，電容呈感性，阻抗增加。


四、溫升/自發熱特性 




將直流額定電壓產品用在交流電壓的電路或者脈沖電壓的電路中時，由于會通過交流電壓或者脈沖電壓，會存在由于介電損耗引起的發熱情況。


對DC100V以下產品，在環境溫度為25℃的狀態下測定時，產品本身的自發熱溫度在20℃以內，應確保在實機中電容器的表面溫度在最高使用溫度范圍內使用。


關于電容器的自生熱，請參考技術數據表中的正弦波紋波電流作為參考數據。還請使用設計輔助工具 (村田片狀電容器特性數據庫) 來獲得仿真設計電路的參考數值。


示例圖如下：