KEMET推出替代MLCC的KO-CAP产品

2018-05-24 07:24:00 来源:EEFOCUS
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MLCC(贴片多层陶瓷电容)严重缺货的今天,寻遍大半世界找不着一颗料,是颇令采购抓狂的事情。眼见这股缺货潮越演越烈,而你却无力抵抗?



当你读到这篇文章时,正是MLCC持续缺货的2018年。你要么可能正在发愁:下单采购的MLCC几时才能出货?要么已经对你最满意的分销商给出的交货期爆了粗口。没错,MLCC行业正在经历的产能危机,让我们仿佛又回到了1999-2000年的“.Com”时期(指大约从1995年开始至2001年间的发生在美国的、对所谓“.com”类公司的过度投资产生投机、进而引发泡沫的历史事件)。尽管MLCC制造商们正在新增产能(行动上似乎没有口头上的那么给力),但一段较长时间还是可预期的,市场的短缺才会得到缓解,因此,“正在投产”并不能给那些处理断线问题的工程师,以及那些不得不去讨料、借料甚至偷零件的供应链经理带来丝毫安慰。


这个时机恰好促使研发和器件工程师们去探索新的选择,探寻不必做大规模重新设计的替代方案。KEMET(基美电子)的KO-CAP(聚合物钽电容)正是Mr. RIGHT。只要条件允许,它就能够让你的问题迎刃而解。选择KO-CAP作为替代虽然不是小菜一碟,信手拈来的事情,但把电容本身和电路中一些参数结合起来考虑,你就会发现事情并非那么复杂。

 

KO-CAP(聚合物钽电容)入门指南
我们先来了解一下它的基本情况。 KO-CAP 是KEMET(基美)生产的聚合物钽电容。和其它类别的钽电容(比如黄色的二氧化锰钽电容, 密封包装的液态钽电容)一样,它的介质层(五氧化二钽)是生成在由钽粉颗粒烧结而成的金属块上,同时以一层导电聚合物作为负极覆盖在介质层表面。这种导电聚合物最大的优点之一就是是使得电容的ESR(等效串联电阻)比传统的钽电容低得多 (5~20mohms vs 200~2000 mohms)。


从MLCC到KO-CAP
说实话,我也(曾)是一名工程师,当我在寻找合适的MLCC时,厂家推销给我的黄色钽电容(一般就是二氧化锰)并不能令我满意。工程师的本职工作是解决问题,那意味着要面对很多的突发问题。决定放弃MLCC,改用KO-CAP,正如设计中的其他任何问题一样,都需要考虑到各种因素,并权衡利弊。如果要替换零件,必须考虑到很多关键设计参数,比如:容值、电压、ESR(等效串联电阻)、频率、漏电流、尺寸和应用环境条件。


下面的流程图直观地告诉你哪些参数的哪些合适范围内可以考虑用聚合物钽电容来替换陶瓷电容。

 

 

容值
与相似尺寸或同尺寸的陶瓷电容相比,一般KO-CAP的容值会更大一些,且容值不会在加上直流偏压以后下降。KO-CAP的容值最小也在680nF (0.68uf) 以上。如果你的总电容量 (若干颗并联,且考虑X7R/X5R/X6S 等二类陶瓷电容的直流偏压特性)小于这个值,选用KO-CAP并不合适。单单就容值角度出发,用1~2颗聚合物电容替换一组由若干MLCC并联而成的MLCC bank是非常值得考虑的。


电压
KEMET的聚合物钽电容的额定电压最大是75V, 故若你的电路中实际的工作电压超过了50V, 就不用考虑用其来替换MLCC了。包括聚合物钽电容在内,所有钽电容门类的介质层都是非常的薄,一般也就在20nm左右(d), 若此薄的介质层使得它们可以有比较大的容值 (C=K*A/d)的同时,也决定了它们的电压不会太高。额定电压35V 以上的聚合物钽电容就会被归类成“高压”。同时聚合物钽电容推荐10% 的电压降额。


ESR(等效串联电阻)
一般而言,陶瓷电容的ESR比等同 (同尺寸、容值、电压)的KO-CAP要低。这并不是说没有超低ESR 的聚合物钽电容,部分KO-CAP的ESR甚至低至8mΩ。通常情况下,我们会以10mOhms为界,若您需要的ESR 小于10mohms, 选择KO-CAP替换MLCC 就可能不太合适了(从成本角度方面考虑)。


频率
关于聚合物钽电容的频率特性,自谐频率是一个需要注意的参数(大致在1MHz),通常建议电容在自谐频点以下,当然也并非总是如此。如果你的电源管理IC开关频率超过了1MHZ,用聚合物钽电容替换MLCC 也就不是太合适了。


反向偏置电压
聚合物钽电容是极性元器件,因此,它们一般不能承受反向电压()EMET 建议不超过额定电压的15%)。如果在电路板上所处的位置需要加载比较大的反向电压,那就不太合适选择KO-CAP了。

 

替换实例
在了解了以上的替换指导原则后,现在我们来看一个具体例子,在这个实际的某车载应用中,使用了TI TSP54560B-Q1这个DC/DC Converter。



作为一名硬件工程师,我设计了上面的电路,一切都很完美。直到采购人员告诉我,他们买不到需要的MLCC。抱怨他们也解决不了问题,那咱们硬件工程师试试按照上面的指导原则用聚合物钽电容来替换MLCC来从技术角度上解决这个问题。


输入端
输入端电容器为:C1、C2、C3和C10,加入MLCC 的规格是2.2uF 50V 1206 X7R,结果找不到一个换一个PIN-2-PIN 的聚合物钽电容,但可用1个10uF 35V的 KO-CAP (T598V106M035ATE120)替换这4个总容量为8.8uf陶瓷电容,这比我们最初设计所需的容值要高,但仍然在这个调节器要求的范围以内,在输入端只要不是电池供电,电容的ESR、漏电流和频率不要考虑。我们用模拟工具K-SIM来展示他们的功能对比测试——

 


接着我们计算一下,这样替换划不划算。4个MLCC的总成本是4.16美元,1个KO-CAP的成本是3.10美元,用一个KO-CAP代替这4个MLCC,居然可以节省1美元多点。



输出端
输入端电容器有C6 C7 C9和C11,假如所选规格为22 uf _10V_ X7R_1206。很幸运,KO-CAP有可以直接替代的型号。它的耐压值是6.3V,完全可以工作在5Vdc 下。虽然 KO-CAP 的ESR比同等容量的陶瓷电容要高,仍在设计范围以内。电路的开关频率为300kHz,而聚合物电容的的自谐振平率在1MHz左右,这样也就没有问题了。

 
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