MLCC電容用作LLC諧振電容和輸出濾波電容的風(fēng)險(xiǎn)

在電力電子領(lǐng)域，MLCC(多層陶瓷電容器)因其小尺寸、低ESR(等效串聯(lián)電阻)和大耐紋波電流等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。然而，將MLCC電容用作LLC諧振電容和輸出濾波電容時(shí)，存在一些潛在的風(fēng)險(xiǎn)和問題。

#### 1. 容值衰減和直流偏壓特性

MLCC電容的容值會(huì)隨著施加的直流電壓而衰減，這一現(xiàn)象稱為直流偏壓特性。對(duì)于用作諧振電容的MLCC，這意味著在實(shí)際工作中，其諧振頻率可能會(huì)發(fā)生變化，影響電路的性能。此外，容值的衰減也會(huì)影響輸出濾波電容的性能，可能導(dǎo)致輸出電壓的穩(wěn)定性降低。

#### 2. 熱應(yīng)力裂紋

MLCC電容在受到過強(qiáng)熱應(yīng)力沖擊時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生裂紋，無固定形態(tài)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致在電容側(cè)面形成水平裂紋。這種裂紋會(huì)隨著時(shí)間、溫度轉(zhuǎn)變或組裝時(shí)外部應(yīng)力影響而逐漸擴(kuò)大，最終可能導(dǎo)致電容失效。

#### 3. 機(jī)械應(yīng)力失效

MLCC電容在受到過強(qiáng)機(jī)械應(yīng)力沖擊時(shí)，一般會(huì)形成45度裂紋和Y型裂紋。這些裂紋可能會(huì)導(dǎo)致電容短路或斷路，影響電路的可靠性。

#### 4. 電應(yīng)力失效

過電應(yīng)力導(dǎo)致MLCC產(chǎn)品發(fā)生不可逆變化，表現(xiàn)為耐壓擊穿，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電容開裂、爆炸，甚至燃燒等嚴(yán)重后果。在LLC諧振電容和輸出濾波電容的應(yīng)用中，過高的電壓應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致MLCC電容的早期失效。

#### 5. 諧振頻率和寄生參數(shù)的影響

MLCC電容都有寄生電感，導(dǎo)致阻抗-頻率曲線為典型LC諧振阻抗曲線。諧振頻率之前表現(xiàn)為容性，之后表現(xiàn)為感性，這對(duì)LLC諧振電路的設(shè)計(jì)和性能有著重要影響。如果MLCC電容的諧振頻率與LLC電路的工作頻率不匹配，可能會(huì)導(dǎo)致電路效率降低和EMI問題。

#### 6. 并聯(lián)使用時(shí)的均勻性問題

在實(shí)際應(yīng)用中，為了達(dá)到所需的電容值，常常需要將多個(gè)MLCC電容并聯(lián)使用。這可能會(huì)帶來并聯(lián)均勻性的問題，導(dǎo)致部分電容承受的電壓或電流超過其額定值，從而增加失效風(fēng)險(xiǎn)。

#### 7. 老化和可靠性問題

隨著時(shí)間的推移，MLCC電容的容值會(huì)減小，從老化曲線中可以看到，某些類型的電容器(如C0G)相對(duì)穩(wěn)定，但其他類型的電容可能會(huì)有較大的容值變化。這種老化效應(yīng)可能會(huì)影響LLC諧振電容和輸出濾波電容的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。

#### 8. 交流電壓有效值和電流有效值的問題

在高頻下的交流電壓有效值和電流有效值是否滿足設(shè)計(jì)要求是一個(gè)重要的考量因素。對(duì)于大功率應(yīng)用，MLCC電容可能無法滿足這些要求，導(dǎo)致性能下降或失效。

MLCC電容的壽命受多種因素影響，包括存儲(chǔ)條件、工作溫度、電壓等。根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和使用條件，MLCC電容的壽命可以從數(shù)千小時(shí)到數(shù)十年不等。

1. **加速試驗(yàn)與壽命推算**：

根據(jù)村田制作所提供的信息，陶瓷電容器的壽命可以通過加速實(shí)驗(yàn)來推算。這些實(shí)驗(yàn)通常在更高的電壓和溫度下進(jìn)行，以預(yù)測(cè)在實(shí)際使用環(huán)境下的使用壽命。例如，通過在85°C、施加20V電壓的環(huán)境下進(jìn)行1000小時(shí)的耐久試驗(yàn)，可以推算出在65°C、施加5V電壓的環(huán)境下產(chǎn)品使用年限為362039小時(shí)，約合41年。

2. **溫度與電壓對(duì)壽命的影響**：

MLCC電容的壽命受到溫度和電壓的影響。一般而言，如果使用溫度升高10℃，產(chǎn)品的壽命就會(huì)減少一半，即所謂的“10℃2倍定律”。此外，紋波電流導(dǎo)致的自發(fā)熱量變大也會(huì)縮短產(chǎn)品的壽命。

3. **特定條件下的壽命**：

對(duì)于移動(dòng)設(shè)備專用的MLCC產(chǎn)品，如果使用環(huán)境為“使用溫度比最高使用溫度低20度或以下、使用電壓為額定電壓的80%或以下”，則預(yù)計(jì)有效壽命為5年以上(一般產(chǎn)品為10年以上)。

4. **實(shí)際使用中的壽命**：

在實(shí)際使用中，如果超過了電容器的額定電壓或工作溫度范圍，可能會(huì)加速電容器的老化，導(dǎo)致壽命縮短。通常情況下，MLCC電容的使用壽命可達(dá)到5000小時(shí)以上。

5. **長(zhǎng)壽命特性**：

MLCC電容因其長(zhǎng)壽命特性，在一些應(yīng)用中可以滿足數(shù)十萬小時(shí)以上的使用壽命需求，遠(yuǎn)超電解電容，能夠滿足對(duì)長(zhǎng)壽命有特別需求的應(yīng)用場(chǎng)景。

綜上所述，雖然MLCC電容因其諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用，但在用作LLC諧振電容和輸出濾波電容時(shí)，需要仔細(xì)考慮其直流偏壓特性、熱應(yīng)力裂紋、機(jī)械應(yīng)力失效、電應(yīng)力失效、諧振頻率和寄生參數(shù)的影響、并聯(lián)使用時(shí)的均勻性問題、老化和可靠性問題以及交流電壓有效值和電流有效值的問題。通過合理的設(shè)計(jì)和選擇，可以最大限度地減少這些風(fēng)險(xiǎn)，確保LLC諧振電容和輸出濾波電容的穩(wěn)定性和可靠性。