<p>本文转载自： <a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4MTc0MDIyMQ==&mid=2247484901&am…;硬件工程师炼成之路微信公众号</a></p>
<p>DCDC实测出来的纹波比公式计算出来的大，电容ESR的锅？</p>
<p>我们设计DCDC电路的时候，经常会用下面的公式计算一下纹波输出电压，然后在输出端选择合适的电容。</p>
<p>下面是某DCDC规格书的纹波说明：</p>
<p><img alt="某DCDC规格书的纹波说明" data-entity-type="file" data-entity-uuid="c1ee130e-ca3d-43ab-bc40-e3ae695501e4" src="/sites/default/files/inline-images/01_58.png" /></p>
<p>陶瓷电容的ESR都说很小，可以忽略。那么根据输入输出电压，开关频率，目标纹波，就可以求得电容容量的大小。</p>
<p>然而，不知道你发现没有，电路做出来实测一下，一般都比算出来的纹波要大，那么这是为什么呢？这是因为陶瓷电容的ESR实际不能忽略吗？而一般情况下我们并不知道电容ESR多大，所以就这样让陶瓷电容背锅了（我以前就是这么干的，汗。。。。）。</p>
<p>那么真是这样吗？</p>
<p>实际上是这样的，陶瓷电容MLCC有一个直流偏压特性：在电容上施加直流电压之后，电容容量会下降。</p>
<p><strong> 电容的直流偏压特性</strong></p>
<p>下图是村田的47uF/6.3V电容直流偏压特性</p>
<p><img alt="村田的47uF/6.3V电容直流偏压特性" data-entity-type="file" data-entity-uuid="80bf7006-f60a-4b1f-9973-f3666e546269" src="/sites/default/files/inline-images/02_61.png" /></p>
<p>可以看到，在电容上面施加直流电压6.3V的时候，电容量只剩下初始值的15%左右。我勒个去，这也太恐怖了吧。。。。。</p>
<p>真的是这样吗？</p>
<p><strong>实验验证</strong></p>
<p>实验条件，12V转3.3V的DCDC，开关频率800Khz的DCDC，输出滤波电容型号为47uF/6.3V，经查询ESR在800Khz时为2mΩ。</p>
<p>计算公式：</p>
<p><img alt="计算公式" data-entity-type="file" data-entity-uuid="8eba4195-e75c-4518-97da-ee5ef39d64b5" src="/sites/default/files/inline-images/03_49.png" /></p>
<p>第一种纹波计算值：电容量按照满容量47uF计算。</p>
<p>ESR造成的纹波=2.7mV</p>
<p>电容量造成的纹波=4.5mV</p>
<p>所以总纹波为：2.7mV+4.5mV = 7.2mV</p>
<p>第二种纹波计算值：电容量按照电容偏压曲线在3.3V时容量大概为18.8uF。</p>
<p>ESR造成的纹波=2.7mV</p>
<p>电容量造成的纹波=11.3mV</p>
<p>所以总纹波为：2.7mV+11.3mV=14mV</p>
<p>电路板实测：</p>
<p>电路板实测，纹波为15mV，与第二种方法算出来的值非常接近。</p>
<p>所以，MLCC陶瓷电容的直流偏压特性的确是存在的</p>
<p><strong>各种容量的电容直流偏压曲线</strong></p>
<p>为了方便我们设计，我在村田官网上下载了一些常规电容的直流偏压特性曲线，可供设计参考。</p>
<p><img alt="04" data-entity-type="file" data-entity-uuid="74434459-103b-414c-a35d-09200b44bfe5" src="/sites/default/files/inline-images/04_41.png" /></p>
<p><img alt="04" data-entity-type="file" data-entity-uuid="ec688864-1936-4e0f-ac2e-3481530474f5" src="/sites/default/files/inline-images/04-1.png" /></p>
<p><img alt="05" data-entity-type="file" data-entity-uuid="0d77dd43-aa37-4c55-badd-906d01b59fc6" src="/sites/default/files/inline-images/05_28.png" /></p>
<p><img alt="06" data-entity-type="file" data-entity-uuid="b965d77b-2fd4-4c3e-babc-fc141c211ab9" src="/sites/default/files/inline-images/06_28.png" /></p>
<p><img alt="07" data-entity-type="file" data-entity-uuid="c5216285-49f6-4467-a554-f83e2c4a5638" src="/sites/default/files/inline-images/07_20.png" /></p>
<p><img alt="08" data-entity-type="file" data-entity-uuid="46a7b11c-c76d-49b4-805c-bcf64bc2e421" src="/sites/default/files/inline-images/08_17.png" /></p>
<p><img alt="09" data-entity-type="file" data-entity-uuid="5adcfd75-f505-46e6-9be0-365753c3eeba" src="/sites/default/files/inline-images/09_15.png" /></p>
<p>从图片之间对比可得出：</p>
<p>----容量越大，偏压特性越明显，随电压升高，容量下降得更多</p>
<p>----同容量，不同耐压电容，在相同电压下，电容量下降差不多（不存在高耐压值的电容电容下降得少）</p>
<p>----同容量，同耐压，封装大的电容量下降得慢</p>
<p><strong>总结：</strong></p>
<p>MLCC电容的直流偏压特性很明显，容量越大随电压升高容量下降越快，设计电路时必须考虑。</p>