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取代固体钽和钽聚合物电容器表面贴装mlcc

文章作者:David Richardson

研究关键性能特征将有助于简化替代多层陶瓷芯片电容器技术的评估过程。

由于电流采购了表面安装陶瓷电容器的电流瓶颈，设计人员正在寻找替代品以保持其生产线路运行顺利运行，并寻找难以找到评级的长期更换。本文将检查关键性能特征，有助于简化替代多层陶瓷芯片电容器（MLCC）的替代电容技术的评估过程。由钽技术成功替代的最有可能的MLCC候选者是0402至1210的尺寸较高的电容值。需要高电容用于过滤或电压稳定的应用是替代的良好候选者。

有两个主要电容器技术最常考虑用于表面贴装应用：静电和电解。最常见的静电类型是MLCC和薄膜电容器。最常见的电解类型是铝和钽（包括固体和聚合物钽技术）。在寻找替代高电容MLCC时，拾取钽电解装置可以获得最广大重叠，表面安装能力，电容值，电压额定值和可靠性是有意义的。

虽然电容、电压、公差和尺寸的顶级比较是有用的起点，但mlcc和表面贴装钽在其结构中采用了不同的设计和材料。万博投注网址因此，它们具有不同的电气和机械性能。本文将尝试研究与电容器性能相关的关键参数差异，而不是将大量的性能数据扔给设计团队。此外，为实现固体钽或聚合物钽电容在mlcc中以最大效率成功替代钽电容提供了一些有益的测试提示和建议。

电容的等效电路
为了简化和组织我们的研究，我们将使用电容等效电路作为一个模型，并讨论在mlcc和钽之间电路的不同元素是如何变化的。图1电容的通用等效电路:

图1电容器的通用等效电路

RESR =等效串联电阻，单位为欧姆。这是通过产生热量而产生损失的阻抗的实部
C =电容值，单位为法拉。该组分的电抗为XC = 1 / 2πfC
L =亨利电感。该组分的电抗为XL = 2πfL
RIR =绝缘电阻(在一个理想的电容中，这将等于无穷大，但在一个实际的电容中，它是一个有限的阻值，可以用来计算直流泄漏电流值IDCL)

电路的总阻抗为: Z =√(R_ESR)²+（xc - x_l)²在欧姆。

图2电容阻抗作为频率的函数

让我们逐个考虑等效电路的元件，并考虑它们对电路整体性能的影响。

电容(C)
当今应用中使用的大多数mlcc都是“II类”类型。这意味着电容值随温度变化(电容温度系数(TCC))的方式如下:

±15%从−55°C到+125°C的X7R介质
±15%从−55°C到+85°C的X5R介质

图3II类电容器的温度系数

mlcc还有一个影响电容值的特性:电容电压系数(VCC)。当你对II类MLCC施加电压时，你越接近电容器的额定电压，电容值减少的越多。

图4II类电容器的电容电压系数

此外，这些TCC和VCC属性是累积。

对于额定电压为85ºC的II类MLCC电容，其有效电容值可降低至规定值的30%。

但对于固体钽和钽聚合物器件，这种VCC效应并不显著。无论施加电压如何，电容值基本上保持不变。

固体钽电容器和聚合物钽电容器的电容值均随温度升高而增大。

图5钽电容随温度升高而增大

总的来说，钽和钽聚合物电容器比mlcc提供更高和更稳定的电容值，特别是在高温下。因此，对于需要高电容值的应用，如电力滤波和大块储能，钽和钽聚合物电解装置将提供更好的电容保持比MLCCs相同的电容额定。在某些情况下，可以用更少的或单个电解钽取代并联组合的多个mlcc。

ESR (R_ESR)
一个电容的ESR代表阻抗(Z)的真实部分，包括电容的所有电阻元件，包括终端，引线框架(如果使用)，电极，介质，和固体或聚合物电解质系统。

一般来说，mlcc的ESR比相同额定电压和电容值的固体钽电容器或聚合物钽电容器低。

对于一个典型的47µF, 6.3V 1206电容，最大100 kHz的ESR水平将是这样的:

固体钽~ 0.9 Ω
钽聚合物~ 0.1 Ω
MLCC ~ 0.003 Ω

这些ESR的差异可能会也可能不会显著影响电路的性能，这取决于内置的ESR的设计容忍度。

以下是一些关于社会责任的一般评论:

较低的ESR通常导致电容器可以处理更高的RMS纹波电流
较低的ESR电容更有效地解耦噪声对地
较低的ESR更有效地提供高瞬时电流从大块能量电容器
非常非常低的ESR有时会导致反馈回路电路中的不稳定性
ESR与温度可以随着不同的电容技术而变化，所以一定要检查在工作温度范围的低和高两端的纹波电流和功耗
在定时电路中，ESR的变化会引起RC时间常数的变化

[继续阅读EDN美国:电感]

Dave Richardson目前担任Vishay公司钽和陶瓷电容器的现场应用工程高级经理。此前，他曾担任Sprague Electric和TRW的电容器应用工程师。他是EIA钽工程委员会的前任主席。他持有the University of South Carolina的电气工程学士学位和the Massachusetts Institute of Technology的电气工程硕士学位。