概述

多层陶瓷电容器 (MLCC) 通常是需要小值电容的应用的首选电容器。它们用作旁路电容器、运算放大器电路、滤波器等。

MLCC 的优点包括：

与铝电解电容器相比，小寄生电感提供更好的高频性能。

更好的温度稳定性，具体取决于温度系数。

缺点

每体积电容小，尤其适用于 1 类介电材料 (NO/COG)。

直流偏置不稳定。

建造

MLCC 由金属电极和介电陶瓷的交替层制成，如下图 1 所示。

图 1：多层陶瓷片式电容器 (MLCC) 的构造，1 = 金属电极，2 = 介电陶瓷，3 = 连接端子

图片来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#/media/File :MLCC-Principle.svg

两个非常重要的数据表参数是温度系数和额定电压。

温度系数

1 类陶瓷材料（例如 NPO、COG）具有非常低的温度系数，这意味着它们的电容随温度变化非常小。它们还具有低介电常数，这意味着用 1 类材料制成的电容器单位体积的电容非常小。NPO 和 COG 是非常常见的 1 类温度系数，温度系数为 0，公差为 +/-30 ppm。

2 类 (X,Y,Z) 陶瓷材料的温度稳定性较差，但具有更高的介电常数，这意味着在相同的体积中可以使用容量更大的电容器。X7R 是非常常见的 2 类温度系数，X7R 电容器通常具有 5%、10% 和 20% 的容差。

表 1 有助于解码 2 类 MLCC 的温度系数。下面包括示例。

表 1：IEC/EN 60384-9/22 的温度范围和电容随温度变化的代码系统

图片来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#Class_2_ceramic_capacitors

例子包括：

X7R 的额定工作温度范围为 -55 C 至 +125 C，在整个温度范围内电容变化为 +/-15%。

X5R 的额定工作温度范围为 -55 C 至 +85 C，在整个温度范围内电容变化为 +/-15%。

Y5V 的额定工作温度范围为 -30 C 至 +85 C，在整个温度范围内电容变化为 +22/-82%。

具有更宽温度范围和更稳定温度特性的电容器往往成本更高。

额定电压

额定电压表示可以施加在电容器两端的最大安全电压。实际上，为了可靠性，设计人员应该使用额定电压高于预期实际电压的电容器。与铝电解电容器不同，MLCC 是非极化的，因此它们可以在任一方向放置在电路中而不会爆炸。

频率响应

图 3 是 MLCC 的电路模型。MLCC具有寄生ESL（等效串联电感）和ESR（等效串联电阻）。它们形成一个谐振电路，其中最小阻抗等于 ESR，谐振频率为 f=1/(2π√LC)，其中 L 是 ESL，C 是电容。寄生效应与封装尺寸有关。SMT 封装的 ESL 低于通孔封装。

图 3：真实电容器的电路模型

电容器的阻抗根据公式 Z=1/jωC 下降，直到谐振频率。此时，电容器的阻抗就是 ESR。随着频率的增加，阻抗以等效串联电阻为主，呈感性，导致阻抗增加。图 4 是电容器的阻抗与频率的关系图，显示了这种行为。

图 4：MLCC 阻抗与频率的 SpiCap 图

图片来源：AVX SpiCap 3.0 工具的屏幕截图。

可以并联使用多个具有不同值和封装的电容器，以在宽频率范围内提供低阻抗。

直流偏置漂移

X7R 电容器上的直流偏置会导致电容发生轻微变化。图 5 是两个 0.010 uF 0805 X7R 电容器的曲线图。一个电容器两端有 50 V 电压。我们可以看到共振频率偏移了 10–20 MHz。

图 5：直流偏置导致电容偏移

实际考虑

反馈回路中应使用具有稳定温度和严格公差的电容器。

旁路电容器的要求不那么严格。

选择具有高额定电压的电容器以提供余量。

注意电容容差。

注意温度系数。

注意高频应用的 ESL。

请注意高纹波电流应用的 ESR。

并行不同的值以提供广泛的频率覆盖范围。

结论

本文概述了多层陶瓷电容器 (MLCC)、其结构和重要的数据表参数，重点是温度系数、频率响应和直流偏置问题。

来源：RKER.IO