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MLCC陶瓷电容的直流偏压特性-你的DCDC为什么实测纹波总比计算值要大

我们设计DCDC电路的时候,经常会用下面的公式计算一下纹波输出电压,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。

下图是村田的47uF/6.3V电容直流偏压特性

可以看到,在电容上面施加直流电压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

电容引起的纹波=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。

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