用大电容ESR公式计算DCDC测得的纹波系数?
在设计DCDC电路时,我们经常使用下面的公式来计算纹波输出电压,然后在输出端选择合适的电容。
以下是DCDC规范的详细描述:
陶瓷电容的ESR非常小,可以忽略不计。然后根据输入输出电压,开关频率,目标纹波,就可以计算出电容。
不过不知道你发现没有,测得的电路一般都比计算出来的纹波大,这是为什么呢?这是因为陶瓷电容的ESR实际上不能忽略吗?一般情况下,我们不知道电容的ESR有多大,就让陶瓷电容背黑锅(我以前就是这么干的,汗。。。。)。
那么真的是这样吗?
实际上,陶瓷电容器MLCC具有DC偏置特性:当DC电压施加到电容器上时,电容将减小。
电容器的DC偏置特性
下图显示了村田公司47uF/6.3V电容器的DC偏置特性。
可以看出,当向电容器施加6.3V的DC电压时,电容仅为初始值的大约15%。天啊,这太可怕了。。。。。
真的是这样吗?
实验验证
实验条件:12V至3.3V DCDC,开关频率800Khz DCDC,输出滤波电容型号47uF/6.3V,查询800 khz ESR 2mω。
计算公式:
第一纹波计算值:电容按47uF满容量计算。
ESR =2.7mV引起的纹波
电容引起的纹波=4.5mV
因此,总纹波为:2.7mV+4.5mV = 7.2mV
第二个纹波计算值:根据电容偏置曲线,3.3V时电容约为18.8uF。
ESR =2.7mV引起的纹波
电容引起的纹波=11.3mV
因此,总纹波为2.7mV+11.3mV=14mV。
被测电路板:
电路板的实测纹波为15mV,与第二种方法计算的值非常接近。
因此,MLCC陶瓷电容器确实存在DC偏置特性。
不同容量电容器的DC偏压曲线
为了方便我们的设计,我从村田官网下载了一些常规电容的DC偏置特性曲线,供设计参考。
从图片之间的比较,可以得出这样的结论:
-容量越大,偏置特性越明显,随着电压的增加,容量下降越多。
-同样容量,不同耐压的电容器,在同样电压下,电容下降的差不多(没有高耐压的电容器电容下降的少)
-同样的容量,同样的耐压,大封装电容下降慢。
总结:
MLCC电容器的DC偏置特性是明显的。容量越大,随着电压的升高,容量下降越快,这是设计电路时必须考虑的。