浅谈电容（基础）

电容分类

陶瓷介质一类：NP0，C0G容量多在1000pF下面，温度特性稳定。这种电容器低功耗的主要性能指标是损耗角的正切值tanδ(DF)；NP0电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一；温度从-55℃到 125℃容量变为0±30ppm/℃，电容量随频率的变化小于±0.3ΔC0

二级陶瓷介质：容量主要集中在1nF以上电容器低功耗性能指标主要涉及等效串联电阻(ESR)，我们公司常用的是X7R、X5R；

• I类瓷：顺电体、线性温度系数、热稳定型或热补偿型C0G：0±30ppm/℃
• II类瓷：铁电体，非线性温度特性，高比体积电容，小型化X5R：-55~ 85 ℃ ，±15%

X6*：-55~ 105 ℃ ；X7*： -55~ 125 ℃

陶瓷电容器的温度特性

温度特性>> 由于铁电体晶体结构，陶瓷电容器的分子结构在温度变化下发生变化，导致容量值波动。如曲线图所示，二级瓷（X5R//X6S/X7R/X7T）在温度范围内，铁电晶体结构的内容值发生了很大变化（C0G）由于晶体结构为顺电体，在温度区间内容值依然保持稳定。

X7R在125℃容量变化约为15%，相当于降低一个精度档位，X7R电容本身的精度一般是K档，容量损失已达到25%，而NP0电容一般用J而且温度变化对容量基本没有影响，所以NP0容量损失约为5%。再考虑到X7R电压-超过容量变化50%，因此，两者之间的容量差异最大70%。同时考虑到NP0电容量一般较小，应用于耦合电路等对容量稳定性要求较高的电路。5%的情况，X7R代替NP0是不可行，容量稳定性要求超过25%优先选择X7R，没有必要选NP0。

以104以电容为例，从图2可以看出，X5R在105℃，容值变化小，可替代X6S，但X5R在125℃容量变化约为20%左右，X7R在125℃容量变化约为15%，结合X5R和X7R的MTTF值，寿命约为1/4，不能替代。

老化特性>> 第二种陶瓷的容量会随着时间的推移而变化，我们会变老。当温度低于室内温度点时，陶瓷介质中立方晶体结构的对称性降低，导致容量降低。

直流偏压特性不同：直流偏压特性由电容器的内部分子结构决定，外部性能与电容器包装与电容器的额定电压有关。同参数下，电容器包装减少，直流偏压特性增强；电容器额定电压增加，直流偏压特性减弱。

mlcc容量和电压是决定电路能量的主要因素(电压*容量=能量)，所以在需要相同能量的情况下，如果容量随电压降低，电路使用的电容值越低，数量就越少。mlcc直流偏压特性是一个非常重要的参数。

同规格不同额定电压的直流偏压特性

可从上述直流偏压曲线中得出：1）电容容量选降额到50%，2）电压高代低是可以的，3）电压跨档一个档位替代也可行，但考虑使用寿命，MTTF会减少为原来的1/4左右，针对消费级别的需求可以考虑替代。

同规格不同尺寸的直流偏压特性

从上述直流偏压曲线对比可以得出：1）尺寸越大，电压升高，电容容值降低越慢；2）小尺寸代替大尺寸，由于每相邻一个封装级别电压升高容量降低10%左右，故一般使用小电容数量需要增加。

电容各项参数

标称电压	耐电压
≤50V（一类瓷）	3.0Ur
≤50V（二类瓷）	2.5Ur
100V~250V	2.0Ur
500V~1000V	1.5Ur
＞1000V	1.2Ur

失效电容典型切片形态，因受高电压击穿，导致电容内部短路，持续供电导致电容大面积熔融，并烧黑PCB周边部分。

MLCC的寿命计算

MTTF=Lx-y=n*La-b*At*Av

 其中

n：安排寿命试验的样品数量

 Lx-y：使用温度x，使用电压y下的寿命为Lx-y

 La-b：寿命试验温度a，寿命试验电压b下的试验时间为La-b

At: 温度加速项，其计算公式为At=exp[eA/K(1/Tu-1/Ts)]

K=（8.62×10）-5 玻尔兹曼常数

eA=1.1(单位为eV)    主动作用能量

Tu=使用温度+273（开尔文常数）

Ts=上限温度+273（开尔文常数），如X7R的上限温度为125℃

Av:电压加速项，其计算公式为Av=（V2/V1）3

V1=额定电压  V2=使用电压

关于电容应用环境，我司建议应用工作电压不超过0.7Ur，应用工作温度≤Tmax-20℃；以便电容更好的保持长时间稳定工作

MLCC(片式多层陶瓷电容器)自谐振频率：     

低于自谐振频率点的部分，容抗起主要作用；

高于自谐振点的部分，电容表现为感性，

在自谐振点处，容抗Xc=Xl，表现为纯电阻ESR。

ESR和|Z|是会随频率发生变化的，自谐振频率点(SRF)处，|Z|=ESR

MLCC四大失效模式

机械应力裂：PCB弯曲，PCB扭曲，SMT nozzle冲击、SMT chucking冲击；热冲击裂：电击穿失效、碰撞损失失效、其他；

应用

MLCC一般应用于电源电路，实现旁路、去藕、滤波和储能的作用。

滤波：电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。高容MLCC通低频，低容MLCC通高频，电容的作用就是通高频阻低频。由于电容的两端电压不会突变，信号频率越高则衰减越大，它把电压的变动转化为电流的变化，频率越高，峰值电流就越大，从而缓冲了电压。

旁路：将混有高频电流和低频电流的交流电中的高频成分旁路滤掉的电容，称做“旁路电容”。旁路电容产生一个交流分路，从而消去进入易感区的那些不需要的能量，即当混有高频和低频的信号经过放大器被放大时，要求通过某一级时只允许低频信号输入到下一级，而不需要高频信号进入，则在该级的输入端加一个适当大小的接地电容，使较高频率的信号很容易通过此电容被旁路掉（这是因为电容对高频阻抗小），而低频信号由于电容对它的阻抗较大而被输送到下一级放大。

去耦：从电路来说，可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大， 驱动电路要把电容充电、放电， 才能完成信号的跳变， 在上升沿比较陡峭的时候， 电流比较大， 这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是所谓的“耦合”。去藕电容就是起到一个“电池”的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。将旁路电容和去藕电容结合起来将更容易理解。旁路电容实际也是去藕合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源，这应该是他们的本质区别（参考如下）。

储能：储能型MLCC通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其它组合的形式。应用于信号电路，主要完成耦合、振荡/同步及时间常数的作用。