【導讀】目前在整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)中，客戶(hù)正在經(jīng)歷MLCC短缺，特別是對于外殼尺寸更大和電容更高的設備。在這種情況下，客戶(hù)正在評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用中的“甜蜜點(diǎn)”，如濾波、穩壓和緩沖。本文介紹了評估和測試過(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(zhù)組件，是許多應用的理想選擇。為了確保成功替換，需要考慮使用不同材料和結構導致的一些性能差異，然后考慮一些參數差異，看它們是否與電路性能目標相符。
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 )在溫度范圍內變化，這種特征稱(chēng)為電容溫度系數(TCC)，參見(jiàn)圖1。
圖1：電容溫度系數
對于典型的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(VCC)，參見(jiàn)圖2。隨著(zhù)施加到MLCC的電壓接近額定電壓，電容將顯著(zhù)下降，這些TCC和VCC特征是附加的，因此，對于工作在+85°C且接近額定電壓的II類(lèi)組件，電容可能只有指定數據表值的30%。
圖2：壓電效應
相比而言，聚合物鉭電容不具有顯著(zhù)的VCC效應，因此在施加電壓的條件下，容值保持非常穩定。此外，隨著(zhù)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，對于需要更大容值的表面黏著(zhù)應用，如大容量?jì)δ芑螂娫礊V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，如果電容是應用中的驅動(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
人們通常認為MLCC以滿(mǎn)額定電壓運作是“安全的”，盡管許多設計人員降額約20%以提供VCC效應，從而在電路中產(chǎn)生較低的有效容值。
然而，對于10V及以下的額定值，設計人員必須將聚合物鉭組件降額10%，對10V以上額定值的產(chǎn)品，必須降額20%。相比之下，傳統的鉭(MnO2)組件必須降額50%，但如果滿(mǎn)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)應用。
等效串聯(lián)電阻(ESR)
ESR是阻抗(Z)的實(shí)數部分，并且包含電容中的所有電阻損耗。當訊號通過(guò)電容時(shí)，由于ESR的加熱效應，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(xiàn)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(mǎn)足脈沖電流需求，避免放電期間的壓降，并使輸入電壓參數更低，但是極低的ESR有時(shí)會(huì )導致反饋回路電路的不穩定性。
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(cháng)邊端接設計已用于降低高速應用中的電感，但總的來(lái)說(shuō)，對于具有“正常”結構的類(lèi)似尺寸設備，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，其中的感應負載可能會(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)
此值根據電容類(lèi)型而指定不同的數值?？梢赃@樣總結：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。在機械方面，當在拾取和放置，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可能表現出壓電效應，這可能會(huì )導致與較高頻率的干擾，并且出現帶有可聽(tīng)噪聲的“唱/哨聲”，使其在某些DC/DC轉換和音訊應用中成為不佳的選擇。
聚合物鉭電容提供了高而穩定的容值，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，且材料和結構使它們不易受到板卡彎曲和高溫回流方法而造成的機械損壞。
替換設備
在變更時(shí)，設計人員應考慮：
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(對于聚合物和鉭)。
動(dòng)態(tài)參數，包括DCL、ESR與ESL。
作者：Craig Hunter
