一文详解MLCC电容的直流偏压特性
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：
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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） 。
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
文章插图
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：
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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
【一文详解MLCC电容的直流偏压特性】 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 。
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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 。
责任编辑人：CC
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