我们设计DCDC电路时,通常用以下公式计算纹波输出电压,然后在输出端选择合适的电容。
下面是某DCDC规格书的纹波说明:
陶瓷电容的ESR都说很小,可以忽略。然后,根据输入输出电压、开关频率和目标纹波,可以获得电容量。
然而,我不知道你是否发现电路通常比计算出来的纹波大。为什么?这是因为陶瓷电容ESR实际上不能忽视吗?一般来说,我们不知道电容ESR多大,就这样让陶瓷电容背锅(我以前这么干,汗。。
那是真的吗?
事实上,陶瓷电容器是这样的MLCC在电容上施加直流电压后,电容容量会下降。
下图为村田47uF/6.3V电容直流偏压特性
可以看出,在电容器上施加直流电压6.3V当时,电容量只剩下初始值的15%左右。我勒死它。太可怕了。
真的是这样吗?
实验条件,12V转3.3V的DCDC,开关频率800Khz的DCDC,输出滤波电容型号47uF/6.3V,经查询ESR在800Khz时为2mΩ。
计算公式:
第一种纹波计算值:满容量47uF计算。
ESR造成的纹波=2.7mV
电容引起的纹波=4.5mV
所以总纹波是:2.7mV 4.5mV = 7.2mV
第二种纹波计算值:根据电容偏压曲线,电容量为3.3V时容量约为18.8uF。
ESR造成的纹波=2.7mV
电容量造成的纹波=11.3mV
所以总纹波是:2.7mV 11.3mV=14mV
电路板测量:
电路板测量,纹波为15mV,接近第二种方法计算的值。
所以,MLCC陶瓷电容器的直流偏压特性确实存在
为了方便我们的设计,我在村田官网下载了一些常规电容的直流偏压特性曲线,供设计参考。
从图片之间的对比可以看出:
MLCC电容计电路时,必须考虑电容的直流偏压特性。容量越大,容量随电压升高而下降越快。