详解MLCC的四个主要电气特性
发布日期：2019-03-30

详解MLCC的四个主要电气特性

详解MLCC的四个主要电气特性


原创： 木子  村田中文技术社区  2018-04-28
多层陶瓷电容MLCC，作为主要的滤波元件，从选型上讲，通常只需关注尺寸，容值，耐压，温度特性及精度等规格。但是具体到产品的实际电路应用，我们需要对比不同型号下的电气特性参数，以下作进一步说明。


一、容值，绝缘阻抗I.R.及损耗因素D.F. 




村田的陶瓷电容小到pF级，大到几百uF级，大容值滤低频，多用于电源线上的去耦电路，减少电路纹波；小容值滤高频，多用于射频端匹配电路上。


理想电容的绝缘阻抗无限大，但是实际上电容存在寄生参数，故实际的绝缘阻抗有限，一般在兆欧级别，具体参见对应型号的规格书。


损耗因素（损耗角正切）=有功功率/无功功率=漏电流/充电电流=1/Q（品质因素）
D.F.=2*π*f*C*R (R为等效串联电阻)


二、直流DC偏压特性和交流AC偏压特性




静电容量随着施加的交流或直流电压发生变化的特性称为“AC(交流)偏压特性”和“DC(直流)偏压特性”，一类材料温度补偿性的AC/DC曲线基本为水平线，二类高介电常数型材料对应曲线如下图：




这是因为高介电常数型电容的陶瓷材料的主成分是钛酸钡BaTiO3，其晶体结构为正立方体。


当施加交流电压后，中间的Ti离子随着AC 电压的方向将进行移动，进行充电和放电，就产生了容量。而施加直流电压后，Ti 离子随着DC 电压的方向移动，使之偏向一边，难以移动，容值下降。Ti 离子的移动对于MLCC的有效容量是很重要的。




三、阻抗|Z|/等效串联电阻ESR-频率特性




了解电容器的频率特性，可对电源线消除噪音能力和抑制电压波动能力进行判断，是设计时不可或缺的重要参数。频率越高，越不能忽视寄生成分ESR和 ESL 的影响。需要选择 低ESR 和低ESL 的产品以减少损耗。


真实电容存在寄生参数，其简化的等效原理图如下：


ESR: 电介质（低频）或电极损耗（高频）产生的寄生电阻。
ESL: 电极或导线产生的寄生电感。


对应的阻抗-频率图示例如下：


具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电（噪声）所起的阻碍作用叫做阻抗  (Impedance), 用 Z 表示 。


ω角频率：描述物体振动快慢的物理量，频率、角频率和周期的关系为ω = 2πf


从|Z|/ESR-F曲线我们可以看出，在低频范围，电容与理想电容（红色曲线）接近，阻抗与频率成反比，ESR反映出电介质分极延迟的介质损耗。在自谐振点附近，阻抗受寄生电感及电极比电阻影响，偏离理想值，达到最小。当频率高于自谐振点，电容呈感性，阻抗增加。


四、温升/自发热特性 




将直流额定电压产品用在交流电压的电路或者脉冲电压的电路中时，由于会通过交流电压或者脉冲电压，会存在由于介电损耗引起的发热情况。


对DC100V以下产品，在环境温度为25℃的状态下测定时，产品本身的自发热温度在20℃以内，应确保在实机中电容器的表面温度在最高使用温度范围内使用。


关于电容器的自生热，请参考技术数据表中的正弦波纹波电流作为参考数据。还请使用设计辅助工具 (村田片状电容器特性数据库) 来获得仿真设计电路的参考数值。


示例图如下：