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【避坑指南】电容耐压降额裕量不合理导致电容频繁被击穿

MLCC虽然是比较简单的,但是,也是失效率相对较高的一种器件.失效率高:一方面是MLCC结构固有的可靠性问题;另外还有选型问题以及应用问题。由于电容算是“简单”的器件,所以有的设计工程师由于不够重视,从而对MLCC的独有特性不了解。在理想化的情况下,电容选型时,主要考虑容量及耐压两个参数就够了。但即便是容量和耐压这两个问题,在设计的时候如果不小心,也会翻车。今天讲下我所遇到电容耐压这个问题上遇到的坑。

1. 问题描述

问题 起因是这样的, 新设计的一块电源板卡在小批量时出现多例板卡损坏的情况,故障率较高

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进一步排查发现均是MLCC电容失效,对失效MLCC进行测量发现均为短路失效模式。板卡供电是19V供电,而选取的电容均为25V耐压,在插拔设备适配器时,19V电压会产生2-3V的毛刺。已经接近所使用电容的耐压极限参数。因此比较容易损坏。

2. 解决方案

解决这个问题的办法也很简单,那就是替换耐压更高的电容选型,例如上述的板子中,后面修改了SMT 生产BOM,把22uf/25V换成了22uf/35V规格的,把0.1uf/25V换成0.1uf/100V规格的。经过整改后,后面批量中再无因电容耐压降额不够而导致MLCC失效的问题。

3. 扩展:电容容量与工作电压的关系

静态容量随其直流偏置工作电压的增大而减少,最大甚至会下降90%。比如一个X5R 47UF 25V的电容,在25V的直流电压下,其容量可能只有4.7uF,下图附录TDK 一个X5R电容的规格书 关于容量与电压的关系图,(其实仔细看下图的的话,你会发现电容容量温度跟容量也有关系)

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下图为X7R 材质的电容(TDK 0.1UF 50V)的参数图

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这也是为什么电容需要电容的使用必须保证足够多的降额的原因。

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