【導(dǎo)讀】目前在整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)中，客戶正在經(jīng)歷MLCC短缺，特別是對(duì)于外殼尺寸更大和電容更高的設(shè)備。在這種情況下，客戶正在評(píng)估將聚合物鉭和模塑鉭電容作為替代方案。他們希望尋找電路應(yīng)用中的“甜蜜點(diǎn)”，如濾波、穩(wěn)壓和緩沖。本文介紹了評(píng)估和測(cè)試過(guò)程，并為成功替換提供一些必要提示。
這些電容系列是一些最常用的表面黏著組件，是許多應(yīng)用的理想選擇。為了確保成功替換，需要考慮使用不同材料和結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的一些性能差異，然后考慮一些參數(shù)差異，看它們是否與電路性能目標(biāo)相符。
電容
用于替換最可能的MLCC候選者采用“II類(lèi)”電介質(zhì)材料。這種II類(lèi)陶瓷(通常為X7R或X5R)的容值會(huì)在溫度范圍內(nèi)變化，這種特征稱(chēng)為電容溫度系數(shù)(TCC)，參見(jiàn)圖1。
圖1：電容溫度系數(shù)
對(duì)于典型的X5R組件，溫度范圍為-55°C~+85°C(此范圍±15%)。II類(lèi)電介質(zhì)還具有壓電效應(yīng)(VCC)，參見(jiàn)圖2。隨著施加到MLCC的電壓接近額定電壓，電容將顯著下降，這些TCC和VCC特征是附加的，因此，對(duì)于工作在+85°C且接近額定電壓的II類(lèi)組件，電容可能只有指定數(shù)據(jù)表值的30%。
圖2：壓電效應(yīng)
相比而言，聚合物鉭電容不具有顯著的VCC效應(yīng)，因此在施加電壓的條件下，容值保持非常穩(wěn)定。此外，隨著溫度的升高，這些組件的電容實(shí)際上會(huì)略微增加(圖3)。
圖3：溫度與電容容值關(guān)系圖
總體來(lái)講，對(duì)于需要更大容值的表面黏著應(yīng)用，如大容量?jī)?chǔ)能或電源濾波，聚合物鉭電容提供的電容性能優(yōu)于具有相似額定值的MLCC。事實(shí)上，如果電容是應(yīng)用中的驅(qū)動(dòng)因素，可以用單個(gè)聚合物鉭替換多個(gè)MLCC。
額定電壓、降額和極性
人們通常認(rèn)為MLCC以滿額定電壓運(yùn)作是“安全的”，盡管許多設(shè)計(jì)人員降額約20%以提供VCC效應(yīng)，從而在電路中產(chǎn)生較低的有效容值。
然而，對(duì)于10V及以下的額定值，設(shè)計(jì)人員必須將聚合物鉭組件降額10%，對(duì)10V以上額定值的產(chǎn)品，必須降額20%。相比之下，傳統(tǒng)的鉭(MnO2)組件必須降額50%，但如果滿足技術(shù)要求，則可以提供優(yōu)秀的成本解決方案。
盡管極性不是MLCC的考慮因素，但對(duì)于聚合物和鉭組件，極性必須保持。這使得它不能用于可能發(fā)生反向電壓浪涌的一些開(kāi)關(guān)應(yīng)用。
等效串聯(lián)電阻(ESR)
ESR是阻抗(Z)的實(shí)數(shù)部分，并且包含電容中的所有電阻損耗。當(dāng)訊號(hào)通過(guò)電容時(shí)，由于ESR的加熱效應(yīng)，能量會(huì)損失。
MLCC的ESR低于聚合物鉭，而電壓和電容相似。更低ESR的組件在地線噪聲解耦時(shí)更有效，可以處理更高的RMS波紋電流，并且在提供瞬時(shí)高電流方面更有效。其次，低ESR組件有效地滿足脈沖電流需求，避免放電期間的壓降，并使輸入電壓參數(shù)更低，但是極低的ESR有時(shí)會(huì)導(dǎo)致反饋回路電路的不穩(wěn)定性。
等效串聯(lián)電感(ESL)
電容的物理尺寸是ESL的主要決定因素。MLCC的長(zhǎng)邊端接設(shè)計(jì)已用于降低高速應(yīng)用中的電感，但總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于具有“正常”結(jié)構(gòu)的類(lèi)似尺寸設(shè)備，由于電感組件，性能不太可能存在重大差異。
高速電路是一個(gè)例外，其中的感應(yīng)負(fù)載可能會(huì)延遲傳送來(lái)自電容的所需電流，從而影響電路性能。阻抗(Z)的影響因外殼尺寸而有不同，如圖4所示。
圖4：阻抗影響因外殼尺寸而有不同。
DC泄漏電流(DCL)
此值根據(jù)電容類(lèi)型而指定不同的數(shù)值?？梢赃@樣總結(jié)：MLCC的漏電流更低，并且比聚合物鉭的性能高出約五倍。
其他相關(guān)信息
MLCC提供了優(yōu)異的ESR和DCL結(jié)果，而且也是非極化的，因此，如果選擇聚合物鉭，則必須在PCB上保持極性。在機(jī)械方面，當(dāng)在拾取和放置，以及裝配過(guò)程中在板卡上使用較大尺寸的外殼時(shí)，MLCC更容易破裂。
高電容MLCC可能表現(xiàn)出壓電效應(yīng)，這可能會(huì)導(dǎo)致與較高頻率的干擾，并且出現(xiàn)帶有可聽(tīng)噪聲的“唱/哨聲”，使其在某些DC/DC轉(zhuǎn)換和音訊應(yīng)用中成為不佳的選擇。
聚合物鉭電容提供了高而穩(wěn)定的容值，在施加電壓時(shí)幾乎不受影響。但它們的ESR和DCL高于II類(lèi)MLCC，且材料和結(jié)構(gòu)使它們不易受到板卡彎曲和高溫回流方法而造成的機(jī)械損壞。
替換設(shè)備
在變更時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮：
電容(TCC和VCC)。
外殼尺寸(尤其是剖面高度)。
電壓額定和降額。
極性(對(duì)于聚合物和鉭)。
動(dòng)態(tài)參數(shù)，包括DCL、ESR與ESL。
作者：Craig Hunter
