【经验】以NTS系列为例讲解多层陶瓷电容在板载DCDC电源设计中的应用和使用要点

2020-03-12 世强
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多层陶瓷电容因为有很低的等效电阻(ESR)、很强的抗浪涌能力,以及较大的抗纹波电流能力,并且体积很小,得到了广泛的应用。本文以实际案例讲解了多层陶瓷电容在板载DC-DC电源中的应用,以及设计和使用中的要点。


本文选用的是Nippon Chemi-Con的多层陶瓷电容,NCC作为知名电容制造商,产品质量有保障。不选择铝电解电容的原因是铝电解电容的电解质一般都是液体,在高温环境下工作时,液体会逐渐挥发,最终电解电容就会失效,电路中的电容一旦失效,电源的纹波、外界的干扰就都会进入到我们脆弱的芯片里,使芯片不能正常工作,那么整个系统也就失效了;不选择钽电容的原因在于其易燃易爆炸特性和耐压不够高。军工行业的很多应用场合,最担心的问题之一就是起火,而钽金属易燃易爆的特性一直是钽电容使用中不可忽视的问题,而且钽电容耐压很难做到很高。


陶瓷电容采用钛酸钡材料制作,其熔点为1618℃,不易燃,具有小型、高耐压、无极性和频率特性好等特点,而且随着技术发展,电容容量也越来越大,最大容量已经可以做到330uF,最高耐压可以做到3千多伏,价格也在稳步降低。综上,因为陶瓷电容体积小、耐压高、ESR小、抗纹波电流高、抗脉冲电压等优异特性,我们首选陶瓷电容作为DCDC电源的滤波器件,以减小电源纹波,并用NCC的NTS系列和AVX的X5R系列做了一些对比。


 

从上面的对比来看,NCC有一定优势。并且因为项目要求工作环境温度为-40~+85℃,当环境温度为85℃时,电容的温度会超过85℃,所以我们优先选择了NTS系列。下图是某研究所通信处理板上的部分DC-DC电源电路。


图 1 DC/DC电源原理图


该DC-DC电路采用凌特公司的LTM4644作为电源转换器件,负责把12V转换为3.3V、2.5V、1.8V和1.35V,供给主处理器和外设使用。在12V输入处选用了4颗NCC的22uF /25V陶瓷电容对电源进行滤波和平滑处理。该DC-DC电源的PCB布局布线如下图所示。


图 2 PCB布局和布线图


电容在板载DC-DC电源的PCB布局中很关键。所有电容都要靠近电源芯片放置,因为输出电流大,所以电容和电源芯片之间的走线都采用铺铜进行连接,缩短长度,减少走线造成的电压降,并且电容的两端应该采用铺铜来提高电流的通流能力。同时电容的正负极铺铜需要加多个过孔和中间层进行连接,从而减小过孔的电感效应,消除地弹效应对电源质量的影响。该DC-DC电源的实物照片如下图所示。


图3 DC-DC电源实物图


陶瓷电容虽然有不易燃、ESR低、抗脉冲电压的优秀特性,但也有不足,那就是它的静电偏置问题,即陶瓷电容的静电容量会随着偏置电压的升高下降。如下图所示。


图4 陶瓷电容的容量和直流电压关系曲线图


从图中可见,不同类型的陶瓷电容容量会随着偏置电压的升高而下降,特别是Y5V类型。其中C0G的特性最好,而Y5V的最差。目前解决此问题的办法有几种:一是采用多颗电容并联,增加电容的总容量来抵消容量的下降;二是选择高耐压的型号,这样在同样直流偏置电压条件下其容量下降会减小;三是选择X5R或X7R类型的电容,避免电容量大幅下降。

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NIPPON CHEMI-CON  -  陶瓷电容器,CERAMIC CAPACITORS,浸铅径向多层陶瓷电容器,变阻器,扼流圈,多层陶瓷电容器,MULTILA YER CERAMIC CAPACITORS,VARISTORS,DIPPED RADIAL LEAD MULTILAYER CERAMIC CAPACITORS,CHOKE COILS,KTS350B476□76N0T00,KVD250L225□32A0T00,KTS101B225□43N0T00,KTD101B155□32A0T00,KTS350B685□43N0T00,KTS251B155□55N0T00,KTJ250B336M55BFT00,KVF250L474□31NLT00,KTS350B155□31N0T00,KTS251B103□31N0T00,KTD101B226M90A0B00,KTF101B685□55FHT00,KTS500B685□43N0T00,KTS500B155□31N0T00,KVF500L475□55NHT00,KTD250B107M80A0B00,KTS501B564□55N0T00,KTD500B686M90A0B00,KTS101B225M32N0T00,KTS251B683□31N0T00,KTF500B335□32NHT00,KTF500B155□32NHT00,KVJ500L106M55BRT00,KVF250L685□43NHT00,KTF350B156□55NHT00,KTF250B155□31NLT00,KTF500B106□55NHT00,KTD500B475□43A0T00,KVD500L684□32A0T00,KVD SERIES,KTF250B105□31NLT00,KTS501B105□76N0T00,KTS251B334□32N0T00,KTS501B125 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'24.04  - 选型指南 代理服务 技术支持 采购服务

多层陶瓷电容器产品指南

本指南详细介绍了多层陶瓷电容器的使用注意事项,包括安装、焊接、清洗、储存等方面的安全与性能要求。指南强调在使用过程中需遵守额定性能范围,避免超过额定电压,注意温度和电压对静电容量的影响,并采取冗余设计和安全措施以防止故障和事故。此外,还提供了不同尺寸电容器的共振频率信息,以及焊接温度和清洗液选择的建议。指南还提到了AEC-Q200可靠性试验标准和环境法规的符合情况。

NIPPON CHEMI-CON  -  电容器,多层陶瓷电容器

2024/4/3  - 用户指南 代理服务 技术支持 采购服务 查看更多版本

多层陶瓷电容器的额定纹波电流

Nippon Chemi-Con的多层陶瓷电容器规定了额定纹波电流值。频率范围为10kHz~1MHz(正弦波、纹波电压的Vp-p在额定电压以内)。

2024-10-30 -  技术问答 代理服务 技术支持 采购服务

【选型】KTJ系列金属帽型多层陶瓷电容器用于直流电源,大容量最大可达200MF,小尺寸节省设计面积

本文在直流电源应用中输入处推荐加黑金刚(Nippon Chemi-Con)的100V、50V的支架电容NTJ系列,可以消除母线电路中的干扰;在输出加支架电容,可以降低输出纹波噪声。

2022-01-01 -  器件选型 代理服务 技术支持 采购服务

NTD 系列 树脂外装径向引线型多层陶瓷电容器

该资料介绍了NTD系列树脂外装径向引线型多层陶瓷电容器的产品特性、规格和应用领域。产品具有小型化、高静电容量、优异的温度特性和耐湿、高温负荷寿命等特点,适用于开关电源、DC-DC转换器和平滑电路等领域。

NIPPON CHEMI-CON  -  树脂外装径向引线型多层陶瓷电容器,多层陶瓷电容器,KTD501B105□76A0T00,KTD251B334□32A0T00,KTD101B155□32A0T00,KTD101B335□55A0T00,KTD101B226M90A0B00,KTD101B107M99A0B00,KTD101B475□43A0T00,KTD250B106□43A0T00,KTD251B684□43A0T00,KTD500B225□32A0T00,KTD101B474□32A0T00,KTD500B476M90A0B00,KTD250B475□32A0T00,KTD250B107M80A0B00,KTD500B686M90A0B00,KTD251B154□32A0T00,KTD350B336□76A0T00,KTD250B336□55A0T00,KTD251B474□43A0T00,KTD251B105□55A0T00,KTD250B156□55A0T00,KTD500B475□43A0T00,KTD350B226□55A0T00,KTD250B337M99A0B00,KTD350B335□32A0T00,KTD101B476M99A0B00,KTD250B157M90A0B00,KTD350B685□43A0T00,KTD350B476□76A0T00,KTD101B106M80A0B00,KTD251B685M99A0B00,KTD501B474□55A0T00,KTD250B227M90A0B00,KTD101B684□32A0T00,KTD501B125□76A0T00,KTD101B334□32A0T00,KTD251B224□32A0T00,KTD500B336M80A0B00,KTD251B335M90A0B00,NTD系列,NTD,KTD250B476□76A0T00,KTD501B684□76A0T00,KTD250B226□55A0T00,KTD101B685□55A0T00,KTD500B157M99A0B00,KTD350B156□55A0T00,KTD250B335□32A0T00,KTD250B685□43A0T00,KTD500B156□55A0T00,KTD251B104□32A0T00,KTD101B155□43A0T00,KTD250B156□43A0T00,KTD500B107M90A0B00,KTD101B156M80A0B00,KTD101B686M99A0B00,KTD250B686M80A0B00,KTD500B226□76A0T00,KTD101B475□55A0T00,KTD251B155□55A0T00,KTD101B225□43A0T00,KTD101B685□76A0T00,KTD251B225□76A0T00,KTD251B475M90A0B00,KTD500B106□55A0T00,KTD500B227M99A0B00,KTD251B106M99A0B00,KTD501B564□55A0T00,KTD101B105□32A0T00,KTD251B225M80A0B00,KTD350B106□43A0T00,KTD250B477M99A0B00,KTD500B685□43A0T00,KTD500B106M55A0T00,KTD101B335□43A0T00,NTD 系列,KTD500B105□32A0T00,KTD500B335□32A0T00,KTD350B475□32A0T00,KTD101B336M90A0B00,KTD500B155□32A0T00,KTD101B225□32A0T00,KTD251B156M99A0B00,开关电源,汽车,医疗设备,列车,运输设备,电子器械,信息处理设备,旁路电路,船舶,海底设备,交通机构控制设备,防灾防盗设备,去耦电路,航空航天设备,车载用设备,核能设备,DC-DC 转换器

2023/6/12  - 数据手册 代理服务 技术支持 采购服务 查看更多版本

多层陶瓷电容器的产品标注(引线型)

多层陶瓷电容器的产品(引线型),在第1段或第2段标注额定电压和静电容量。最下段则标注产品批次编号。

2024-10-30 -  技术问答 代理服务 技术支持 采购服务

多层陶瓷电容选型:0.033~47uf高性能黑金刚牌多层陶瓷电容,温度循环高达1000次

Nippon Chemi-Con,俗称黑金刚,创立于1931年,总部位于日本,是铝电解电容器的顶级制造商,全球市场占有率位列首位,同时,在铝电极箔的生产方面,其产量位居也世界第一。黑金刚的主要产品包括铝电解电容,多层陶瓷电容,薄膜电容,陶瓷压敏电阻,超级电容等,具有高电压、寿命长的特点,主要应用于汽车、工业变频、新能源、家电、ICT、PC、IoT、通信基站等领域。其生产的多层陶瓷电容具有25~50

2018-07-19 -  原厂动态 代理服务 技术支持 采购服务

多层陶瓷电容器的波峰焊应对事宜

Nippon Chemi-Con多层陶瓷电容器可支持的波峰焊尺寸为,尺寸代码31,32,43的产品。

2024-10-30 -  技术问答 代理服务 技术支持 采购服务
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品牌:Nippon Chemi-Con

品类:贴片型MLCC

价格:¥2.7787

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品牌:Nippon Chemi-Con

品类:METAL CAP TYPE MULTILAYER CERAMIC CAPACITORS

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品牌:Nippon Chemi-Con

品类:METAL CAP TYPE MULTILAYER CERAMIC CAPACITORS

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品牌:Nippon Chemi-Con

品类:引线型MLCC

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品牌:Nippon Chemi-Con

品类:引线型MLCC

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品牌:Nippon Chemi-Con

品类:引线型MLCC

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品牌:Nippon Chemi-Con

品类:引线型MLCC

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品牌:Nippon Chemi-Con

品类:引线型MLCC

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品牌:Nippon Chemi-Con

品类:引线型MLCC

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品牌:Nippon Chemi-Con

品类:引线型MLCC

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品牌:华科半导体

品类:电容

价格:¥0.0700

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品牌:国巨

品类:电容

价格:¥0.0035

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品牌:SAMSUNG

品类:电容

价格:¥0.8700

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品牌:微容科技

品类:通用片式多层陶瓷电容器

价格:¥0.0044

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品牌:TAIYO YUDEN

品类:电容

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品牌:微容科技

品类:通用片式多层陶瓷电容器

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品牌:国巨

品类:电容

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品牌:TAIYO YUDEN

品类:电容

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品牌:Walsin

品类:电容

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