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何謂最適合開關電源的電容和電感器

除了電氣性規格外亦須了解包含材料或CASE在內的特性

電容篇 -2-

Keyword
  • 溫度特性
  • DC偏壓
  • CASE尺寸+發熱量少

- 根據過去的説明,積層陶瓷電容在ESR、容量/尺寸、信賴性/壽命方面似乎有相當的優勢。

的確,除了ESR、容量/尺寸、信賴度/壽命外,甚至連等效串聯電感ESL都非常低,介電膜的厚度不只信賴性,亦有利於高耐壓化。但是,積層陶瓷電容並不能說完美無缺,如以下彙整的優劣表所示,也有幾個課題。

如您所見,高溫部的溫度特性和DC偏壓特性不得不說比其他種類差。

- 具體上有什麼樣的特性呢?

我這裡有靜電容量溫度特性表以及對DC偏壓的圖表。溫度特性方面,藍線和紅線是積層陶瓷電容,綠線是鋁電解,橘線是鉭質。低溫部的鋁電解容量極端下降一事暫且不談,在高溫部可以看到積層陶瓷的容量降低情形比其他明顯。由於藍的溫度特性為X6S,故對應範圍在-55℃~105℃,變化率±22%。紅為X7R、-55℃~105℃/±15%。這些是溫度特性較佳的等級,經常被使用於DC/DC轉換器,不過如果是Y5V等下級等級的話,對應範圍則在-30℃~85℃且變化率為+22%/-82%,這個等級恐怕不適合一般的DC/DC轉換器。

順便一提,此電容的溫度特性記號為EIA標記,雖然在日本大多使用JIS,不過國際性標準則為EIA。請參考圖表資料。
DC偏壓特性,如文字所示,係表示施加DC電壓時的容量變化。同樣的,紅和藍的積層陶瓷容量會隨著偏壓的上升而大減。由於變化率大,因此若變為這種條件時必須注意。

- 您已經說明積層陶瓷電容的ESR低,但是DC/DC轉換器有漣波﹙ripple﹚,ESR的頻率特性如何呢?

這個問題我想您看圖表也會比較快一些。左圖是ESR和阻抗﹙impedance﹚對頻率的變化。紫紅色和寶藍色細線是積層陶瓷電容,其他則是鉭質電解和功能性高分子的特性。積層陶瓷直到共振點為止皆朝直線下降前進,其他則趨緩,ESR也有極大差異。此外,下方表格則顯示ESL及在點﹙point﹚上的數值。

另一個圖是漣波電流和溫度上升的圖。ESR低的積層陶瓷理所當然溫度上升不大,由於這對電容的壽命也有極大的影響,因此發熱少是一大重點。

- 積層陶瓷還有沒有其他應該事先了解的特徵?

有1點需要了解的是,屬於寄生成分的ESR和ESL因CASE尺寸而有所不同。實際上,兩者有CASE越小就越小的傾向,關於此點也請看圖表。從10µF的1005尺寸到3225為止有5種數據。應該看的範圍若以DC/DC轉換器為前提的話,頻率在數百kHz以上,最近較快的為6MHz,其中似乎還有標榜10MHz者,我想大概是藍線所區分的範圍。

ESR在開關頻率的頻寬中CASE小者會變小,過了共振點後容量成分會變為電感成分,也就是ESL,然後3216和3225會因CASE的縱橫比關係而倒轉,不過整體來看CASE小者ESL還是有變小的傾向。

- 可以知道IC方面傾向以電氣特性為主體,不過電容即使容量或耐壓相同也會因某些構造或材料而具有原來的特性。

其實,這是相當重要的一點。電容雖然是簡單的零件,不過特性因材料而異或倘若不清楚注意點等而選擇的話,有時會成為問題發生的主要原因。例如在DC/DC轉換器的應用例中,我想除了靜電容量外,有時甚至也指定種類或廠牌。總之這就原因所在,要事先知道的是,不能因為容量和耐壓相同等就隨便更換不同的種類,否則很有可能無法正常動作。

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