硬件学习笔记(器件篇)—— MLCC(二)

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一、电容的容值

容值表

常用陶瓷电容容量范围:0.5pF~100uF
实际生产的电容的陶瓷容量值也是离散的,常用电容容量如下表:
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陶瓷电容容量从 0.5pF 起步,可以做到 100uF,并且根据电容封装(尺寸)的不同,容量也会不同。

如何选择合适的电容

选购电容器不能一味的选择大容量,选择合适的才是正确的,例如 0402 电容可以做到 10uF/10V,0805
的电容可以做到 47uF/10V,但是为了好采购、成本低,一般都不会顶格选电容。

一般推荐 0402 选 4.7uF-6.3V,0603 选 22uF/6.3,0805 选 47uF/6.3V,其它更高耐压需要对应降低
容量。

满足要求的情况下,选择主要就看是否常用,价格是否低廉。

二、阻抗-频率曲线

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为什么会出现阻抗-频率曲线

电容都不是理想的!!!!!可以将电容等效成以下模型:

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R:等效串联电阻
L:等效串联电感
C:理想电容

由等效模型得到电容复阻抗的计算公式:
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对于等效模型和阻抗-频率曲线的分析

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很容易看出,在频率比较低(𝑤比较小)的时候,容抗远大于感抗,电容主要成容性,在频率比较高的时候,电容主要呈感性。当谐振的时候,阻抗等于等效串联电阻,此时阻抗达到最小值,如果是用来滤波的话,此时效果最好。

看曲线选电容

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阻抗低在电容上产生的电压波动就比较小,也就是说噪声会比较小

(重点)电容去耦的两种方式分析

先提起按引入一个概念(本文下面要讲)
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由上图可以得到,不同的电容曲线不同,容量大的ESR要小一些,谐振频率低些,主要滤低频;容量小的ESR要大一些,谐振频率高些,主要滤高频

实际中,我们需要去耦的频率范围会比较宽,所以一个电容可能搞不定,所以我们经常用两种方式,我们来分析一下这两种方法分别达到的效果

方式一:一大一小并联

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  • 频率较低时,两个电容都成容性
  • 频率较高时,两个电容都成感性、
    所以并联后总体阻抗曲线都会保持原来的变化趋势,因此,数值上会比任意一个电容都小。
    但是在频率位于f1和f2之间时,大电容呈感性,小电容呈容性,两者并联就像一个电感和一个电容并联,构成了LC谐振电路,如下图所示:
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    会在某一点阻抗很大,如果负载刚好落在这个频率,会导致电压波动超标,所以,需要选好电容搭配

方式二:多个同容值并联

n个相同的电容并联,谐振频率和单个电容一样,但是在谐振点处的阻抗是原来的n分之一
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需要注意:实际中安装电感(引线电感和过孔引入的电感等)会导致谐振频率降低

三、ESR

关心的场景

在电源设计中,我们会关注电压纹波的大小,电源纹波太大会对系统造成影响。所以在设计时需要评估纹波大小,根据DCDC原理,可以得到纹波计算公式:

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当ESR增大时,公式计算结果会变大(输出纹波大小和ESR正相关)

影响ESR的因素

  1. 频率
    根据ESR-频率曲线(如下)
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ESR值受频率影响很大,并且基本在电容自谐振频率处最小。以10uF电容为例:100hz时3欧,800Khz是是3毫欧,相差了一千倍。
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开关电源频率通常在100Khz-2Mhz。陶瓷电容的ESR较小,所以DCDC通常使用陶瓷电容

  1. 不同容量大小的MLCC的ESR值是不同的
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可以通过村田官网查询准确的ESR值

由上表可以大概推测,但是想知道准确的可以去村田官网
查询ESR方法:https://www.bilibili.com/video/BV1wT4y1J7oL/

四、谐振频率

常见电容的谐振频率表

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C减小,谐振频率F增大。这也解释了我们常说的:小电容滤高频,大电容滤低频

注意

第二点已经提到需要注意:实际中安装电感(引线电感和过孔引入的电感等)会导致谐振频率降低

本文为学习课程“硬件工程师练成之路”的笔记文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-538279.html

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