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<p><strong>DCDC实测出来的纹波比公式计算出来的大，电容ESR的锅？</strong></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="纹波说明" data-entity-type="file" data-entity-uuid="165e8ef9-1a28-491a-91bd-ce0a9087f4a2" height="384" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE1_65.png" width="621" /></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="电容直流偏压特性" data-entity-type="file" data-entity-uuid="e585a395-6679-4309-bb30-15da2fa7350e" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE2_79.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="9f0c3cb7-99e5-4631-8ede-ab7ab448d17f" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3_72.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="tu4" data-entity-type="file" data-entity-uuid="5263c268-fa88-44df-af65-4382f9ea3c86" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE4_51.png" /></p>
<p><img alt="tu5" data-entity-type="file" data-entity-uuid="9fcb0171-f3b0-4c6c-a62b-d1dc90dc974e" height="485" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE5_47.png" width="639" /></p>
<p><img alt="tu6" data-entity-type="file" data-entity-uuid="d23c2ee8-91ec-47be-8577-8ae5c54203a9" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE6_41.png" /></p>
<p><img alt="tu7" data-entity-type="file" data-entity-uuid="3543f0d1-a9f0-438c-be97-0f36a2156888" height="519" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE7_32.png" width="682" /></p>
<p><img alt="tu8" data-entity-type="file" data-entity-uuid="3cdc1e90-dc4b-4039-8df1-d7f1d9fb3055" height="490" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE8_19.png" width="662" /></p>
<p><img alt="tu9" data-entity-type="file" data-entity-uuid="c762fc3d-0974-4d1d-881e-5d755ad67413" height="475" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE9_20.png" width="642" /></p>
<p><img alt="tu10" data-entity-type="file" data-entity-uuid="acd537a7-5985-4ed4-8860-fa09da076fb4" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE10_10.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>
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