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      如何用聚合物和電容代替高CV MLCC?

      發(fā)布時(shí)間:2019-01-05 責(zé)任編輯:xueqi

      【導(dǎo)讀】目前在整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)中,客戶正在經(jīng)歷MLCC短缺,特別是對(duì)于外殼尺寸更大和電容更高的設(shè)備。在這種情況下,客戶正在評(píng)估將聚合物鉭和模塑鉭電容作為替代方案。他們希望尋找電路應(yīng)用中的“甜蜜點(diǎn)”,如濾波、穩(wěn)壓和緩沖。本文介紹了評(píng)估和測(cè)試過程,并為成功替換提供一些必要提示。
       
      這些電容系列是一些最常用的表面黏著組件,是許多應(yīng)用的理想選擇。為了確保成功替換,需要考慮使用不同材料和結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的一些性能差異,然后考慮一些參數(shù)差異,看它們是否與電路性能目標(biāo)相符。
       
      電容
       
      用于替換最可能的MLCC候選者采用“II類”電介質(zhì)材料。這種II類陶瓷(通常為X7R或X5R)的容值會(huì)在溫度范圍內(nèi)變化,這種特征稱為電容溫度系數(shù)(TCC),參見圖1。
       
      圖1:電容溫度系數(shù)
       
      對(duì)于典型的X5R組件,溫度范圍為-55°C~+85°C(此范圍±15%)。II類電介質(zhì)還具有壓電效應(yīng)(VCC),參見圖2。隨著施加到MLCC的電壓接近額定電壓,電容將顯著下降,這些TCC和VCC特征是附加的,因此,對(duì)于工作在+85°C且接近額定電壓的II類組件,電容可能只有指定數(shù)據(jù)表值的30%。
       
      圖2:壓電效應(yīng)
       
      相比而言,聚合物鉭電容不具有顯著的VCC效應(yīng),因此在施加電壓的條件下,容值保持非常穩(wěn)定。此外,隨著溫度的升高,這些組件的電容實(shí)際上會(huì)略微增加(圖3)。
       
      圖3:溫度與電容容值關(guān)系圖
       
      總體來講,對(duì)于需要更大容值的表面黏著應(yīng)用,如大容量?jī)?chǔ)能或電源濾波,聚合物鉭電容提供的電容性能優(yōu)于具有相似額定值的MLCC。事實(shí)上,如果電容是應(yīng)用中的驅(qū)動(dòng)因素,可以用單個(gè)聚合物鉭替換多個(gè)MLCC。
       
      額定電壓、降額和極性
       
      人們通常認(rèn)為MLCC以滿額定電壓運(yùn)作是“安全的”,盡管許多設(shè)計(jì)人員降額約20%以提供VCC效應(yīng),從而在電路中產(chǎn)生較低的有效容值。
       
      然而,對(duì)于10V及以下的額定值,設(shè)計(jì)人員必須將聚合物鉭組件降額10%,對(duì)10V以上額定值的產(chǎn)品,必須降額20%。相比之下,傳統(tǒng)的鉭(MnO2)組件必須降額50%,但如果滿足技術(shù)要求,則可以提供優(yōu)秀的成本解決方案。
       
      盡管極性不是MLCC的考慮因素,但對(duì)于聚合物和鉭組件,極性必須保持。這使得它不能用于可能發(fā)生反向電壓浪涌的一些開關(guān)應(yīng)用。
       
      等效串聯(lián)電阻(ESR)
       
      ESR是阻抗(Z)的實(shí)數(shù)部分,并且包含電容中的所有電阻損耗。當(dāng)訊號(hào)通過電容時(shí),由于ESR的加熱效應(yīng),能量會(huì)損失。
       
      MLCC的ESR低于聚合物鉭,而電壓和電容相似。更低ESR的組件在地線噪聲解耦時(shí)更有效,可以處理更高的RMS波紋電流,并且在提供瞬時(shí)高電流方面更有效。其次,低ESR組件有效地滿足脈沖電流需求,避免放電期間的壓降,并使輸入電壓參數(shù)更低,但是極低的ESR有時(shí)會(huì)導(dǎo)致反饋回路電路的不穩(wěn)定性。
       
      等效串聯(lián)電感(ESL)
       
      電容的物理尺寸是ESL的主要決定因素。MLCC的長(zhǎng)邊端接設(shè)計(jì)已用于降低高速應(yīng)用中的電感,但總的來說,對(duì)于具有“正常”結(jié)構(gòu)的類似尺寸設(shè)備,由于電感組件,性能不太可能存在重大差異。
       
      高速電路是一個(gè)例外,其中的感應(yīng)負(fù)載可能會(huì)延遲傳送來自電容的所需電流,從而影響電路性能。阻抗(Z)的影響因外殼尺寸而有不同,如圖4所示。
       
      圖4:阻抗影響因外殼尺寸而有不同。
       
      DC泄漏電流(DCL)
       
      此值根據(jù)電容類型而指定不同的數(shù)值。可以這樣總結(jié):MLCC的漏電流更低,并且比聚合物鉭的性能高出約五倍。
       
      其他相關(guān)信息
       
      MLCC提供了優(yōu)異的ESR和DCL結(jié)果,而且也是非極化的,因此,如果選擇聚合物鉭,則必須在PCB上保持極性。在機(jī)械方面,當(dāng)在拾取和放置,以及裝配過程中在板卡上使用較大尺寸的外殼時(shí),MLCC更容易破裂。
       
      高電容MLCC可能表現(xiàn)出壓電效應(yīng),這可能會(huì)導(dǎo)致與較高頻率的干擾,并且出現(xiàn)帶有可聽噪聲的“唱/哨聲”,使其在某些DC/DC轉(zhuǎn)換和音訊應(yīng)用中成為不佳的選擇。
       
      聚合物鉭電容提供了高而穩(wěn)定的容值,在施加電壓時(shí)幾乎不受影響。但它們的ESR和DCL高于II類MLCC,且材料和結(jié)構(gòu)使它們不易受到板卡彎曲和高溫回流方法而造成的機(jī)械損壞。
       
      替換設(shè)備
       
      在變更時(shí),設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮:
      電容(TCC和VCC)。
      外殼尺寸(尤其是剖面高度)。
      電壓額定和降額。
      極性(對(duì)于聚合物和鉭)。
      動(dòng)態(tài)參數(shù),包括DCL、ESR與ESL。
       
      作者:Craig Hunter
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