DCDC實(shí)測(cè)出來(lái)的紋波比公式計(jì)算出來(lái)的大，電容ESR的鍋？

我們?cè)O(shè)計(jì)DCDC電路的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)用下面的公式計(jì)算一下紋波輸出電壓，然后在輸出端選擇合適的電容。

下面是某DCDC規(guī)格書(shū)的紋波說(shuō)明：

陶瓷電容的ESR都說(shuō)很小，可以忽略。那么根據(jù)輸入輸出電壓，開(kāi)關(guān)頻率，目標(biāo)紋波，就可以求得電容容量的大小。

然而，不知道你發(fā)現(xiàn)沒(méi)有，電路做出來(lái)實(shí)測(cè)一下，一般都比算出來(lái)的紋波要大，那么這是為什么呢？這是因?yàn)樘沾呻娙莸腅SR實(shí)際不能忽略嗎？而一般情況下我們并不知道電容ESR多大，所以就這樣讓陶瓷電容背鍋了（我以前就是這么干的）。

那么真是這樣嗎？

實(shí)際上是這樣的，陶瓷電容MLCC有一個(gè)直流偏壓特性：在電容上施加直流電壓之后，電容容量會(huì)下降。

電容的直流偏壓特性

下圖是村田的47uF/6.3V電容直流偏壓特性

可以看到，在電容上面施加直流電壓6.3V的時(shí)候，電容量只剩下初始值的15%左右。我勒個(gè)去，這也太恐怖了吧。

真的是這樣嗎？

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)條件，12V轉(zhuǎn)3.3V的DCDC，開(kāi)關(guān)頻率800Khz的DCDC，輸出濾波電容型號(hào)為47uF/6.3V，經(jīng)查詢(xún)ESR在800Khz時(shí)為2mΩ。

計(jì)算公式：

第一種紋波計(jì)算值：電容量按照滿(mǎn)容量47uF計(jì)算。

ESR造成的紋波=2.7mV

電容量造成的紋波=4.5mV

所以總紋波為：2.7mV+4.5mV = 7.2mV

第二種紋波計(jì)算值：電容量按照電容偏壓曲線(xiàn)在3.3V時(shí)容量大概為18.8uF。

ESR造成的紋波=2.7mV

電容量造成的紋波=11.3mV

所以總紋波為：2.7mV+11.3mV=14mV

電路板實(shí)測(cè)：

電路板實(shí)測(cè)，紋波為15mV，與第二種方法算出來(lái)的值非常接近。

所以，MLCC陶瓷電容的直流偏壓特性的確是存在的

各種容量的電容直流偏壓曲線(xiàn)

為了方便我們?cè)O(shè)計(jì)，我在村田官網(wǎng)上下載了一些常規(guī)電容的直流偏壓特性曲線(xiàn)，可供設(shè)計(jì)參考。

從圖片之間對(duì)比可得出：

----容量越大，偏壓特性越明顯，隨電壓升高，容量下降得更多

----同容量，不同耐壓電容，在相同電壓下，電容量下降差不多（不存在高耐壓值的電容電容下降得少）

----同容量，同耐壓，封裝大的電容量下降得慢

總結(jié)：

MLCC電容的直流偏壓特性很明顯，容量越大隨電壓升高容量下降越快，設(shè)計(jì)電路時(shí)必須考慮。
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