解决MLCC电容常见的5大问题
多层陶瓷电容在开发板上应该常用的器件了。虽然只是一个小小的无源器件,在使用过程中,也会常常出现问题。
5道MLCC常见的问题:MLCC的特性、高介电常数型与温度补偿型两种电容的区别、低温环境中使用多层陶瓷电容器是否存在问题、为何会产生啸叫
一 ,多层陶瓷电容器具备何种特性?
MLCC的两大特性是:具备静电容量随温度变化而变化的温度特性,及较好的高频特性即低ESL、低ESR。
先说温度特性:
陶瓷电容器分为温度补偿型与高诱电型。由于各种温度条件下的静电容量变化情况各不相同,因此需要根据电容的特点来确定其用途。像日本所采用的JIS规格、欧洲所采用的EIA规格均做出了详细的分类:
(1)温度补偿型的电容:温度变化所造成的静电容量变化率较小,主要用于滤波、高频电路的耦合。当线圈与电容器被结合使用时,线圈的电感会随着温度的上升而增加,这时则可以利用负温度系数电容器来进行修正。
(2)高诱电型的电容:是一种采用了介电常数较高材料的电容器,具有静电容量较高的特点。主要作为电源电路的去耦电容器或平滑电路使用。与温度补偿型电容器相比,由于温度能够造成的静电容量变化较大,因此当用于滤波器等信号电路中时需要十分注意。
再来看看低ESR、低ESL特性:
实际的电容器,他不是一个干净的电容,还存在ESR(等效串联电阻)和ESL(等效串联电感)。
与其他种类的电容器相比,MLCC具有良好的高频特性,具备能够减小电阻及残余电感的构造,因此在高频条件下也能保证电容器的工作。像铝电解电容器及钽电解电容器的ESR较高,因此阻抗也就较高。但陶瓷电容器却是频率越高则阻抗越低,这对于去藕来说非常有效,并能够发挥高性能的滤波能力。
二,高介电常数型(X5R/B、X7R/R特性等)与温度补偿型(CH、C0G特性等)的特征和用途有哪些区别?
从这张表格里,可以清楚的对比这两种MLCC的区别。(读表格内容)
三,在低于温度范围、使用温度范围的低温环境中使用多层陶瓷电容器是否存在问题?
低于温度范围的低温环境中使用MLCC时,需要担心的是"静电容量的变化率"、"可靠性"、"耐温周期"这三个问题。
关于静电容量的变化率,例如X5R特性产品的温度范围是在-55~85°C,在这个温度范围内,静电容量变化率规定为"±15%",如果说超过温度范围则无法满足其静电容量变化率规定。
关于可靠性,由于陶瓷电容具有温度加速特性,会有严格控制高温这一倾向。那么在低于温度范围进行使用时并不会降低产品的可靠性,但注意在使用时,电容表面不能结露。
此外,温度范围扩大会使耐热周期降低,因此要避免在超高温度与较低温度间往复变化的温度环境中使用。
四,为什么无法得到与标称静电容量相同的值
使用LCR测量仪对高诱电率型陶瓷电容器进行测量时,有时无法得到与标称静电容量相同的值。前面我们说过高诱电率型陶瓷电容器的静电容量,会随着温度、电压、频率及时间的变化而发生变化,因此,为了得到标称静电容量,需要按照表格中:1. 日本工业标准 JIS C 5101-1-1998年静电容量(4.7项)中规定的测量条件实施测量。
大家记住,虽然陶瓷电容器具有体积小、低阻抗、无极性等特点,但同时也有其缺点,即其静电容量会随着温度、电压(DC、AC)、频率以及时间的变化而发生变化。
测量静电容量时,需要按照规定的测量条件实施测量。此外,在设计电路时,使用前需充分考虑到相应的使用环境条件下的陶瓷电容器的特性。
五,陶瓷电容器为何会产生啸叫现象
这个也是很常见的问题了,由于具有强介电性的陶瓷的电致效应,在施加交流电压时,独石陶瓷电容器贴片会发生叠层方向伸缩。因此电路板也会平行方向伸缩,而因电路板的振动而产生了噪声。虽然贴片及电路板的振幅仅为1pm~1nm左右,但发出的声响却十分大。
其实几乎无法听到电容器本身发出的噪声,但将电容安装于电路板后振动会随之增强,振幅的周期也达到了人耳能够听到的频率带(20Hz~20kHz),所以声音可通过人耳进行识别。例如可听到"ji----"、"ki----""pi----"等声响。
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