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

Posted 2022-12-03 无痕幽雨

DCDC实测出来的纹波比公式计算出来的大，电容ESR的锅？

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。那么根据输入输出电压，开关频率，目标纹波，就可以求得电容容量的大小。

然而，不知道你发现没有，电路做出来实测一下，一般都比算出来的纹波要大，那么这是为什么呢？这是因为陶瓷电容的ESR实际不能忽略吗？而一般情况下我们并不知道电容ESR多大，所以就这样让陶瓷电容背锅了（我以前就是这么干的，汗。。。。）。

那么真是这样吗？

实际上是这样的，陶瓷电容MLCC有一个直流偏压特性：在电容上施加直流电压之后，电容容量会下降。

电容的直流偏压特性

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的时候，电容量只剩下初始值的15%左右。我勒个去，这也太恐怖了吧。。。。。

真的是这样吗？

实验验证

实验条件，12V转3.3V的DCDC，开关频率800Khz的DCDC，输出滤波电容型号为47uF/6.3V，经查询ESR在800Khz时为2mΩ。

计算公式：

第一种纹波计算值：电容量按照满容量47uF计算。

ESR造成的纹波=2.7mV

电容量造成的纹波=4.5mV

所以总纹波为：2.7mV+4.5mV = 7.2mV

第二种纹波计算值：电容量按照电容偏压曲线在3.3V时容量大概为18.8uF。

ESR造成的纹波=2.7mV

电容量造成的纹波=11.3mV

所以总纹波为：2.7mV+11.3mV=14mV

电路板实测：

电路板实测，纹波为15mV，与第二种方法算出来的值非常接近。

所以，MLCC陶瓷电容的直流偏压特性的确是存在的

各种容量的电容直流偏压曲线

为了方便我们设计，我在村田官网上下载了一些常规电容的直流偏压特性曲线，可供设计参考。

从图片之间对比可得出：

----容量越大，偏压特性越明显，随电压升高，容量下降得更多

----同容量，不同耐压电容，在相同电压下，电容量下降差不多（不存在高耐压值的电容电容下降得少）

----同容量，同耐压，封装大的电容量下降得慢

总结：

MLCC电容的直流偏压特性很明显，容量越大随电压升高容量下降越快，设计电路时必须考虑。