性能逆天的這種電容，你見過嗎？
發(fā)布時間：2022-12-12 17:07
作者：一博科技高速先生成員 孫小兵
我們都知道，理想狀態(tài)下電容的阻抗是隨頻率的增加而逐漸減小的。但在實際運用中，由于電容器存在等效電感（ESL）以及在電路板上存在一定的安裝電感，當頻率上升到一個特定值后電容的阻抗將不再減小，反而是逐漸增加的趨勢變化。這個特定頻率就是電容的自諧振頻率。在諧振頻率之前，電容器呈現(xiàn)容性特征，在諧振頻率之后，電容器將呈現(xiàn)感性特征。
實際電容的特性阻抗表示公式為：
寄生電感存在，影響了電容器在高頻段的濾波特性。而三端子電容可以通過其獨特的結構優(yōu)勢從而改善寄生電感的影響，從而使得電容器在高頻段的濾波特性得到改善。
三端子片狀多層陶瓷電容器的結構如下圖所示。在電容器的兩頭為貫通電極，兩邊接地，每層中間為電介質，貫通電極與接地電極交互層疊，從而形成類似于穿心電容器的結構。貫通電極的少量殘留電感可以起到類似于T型濾波器的電感作用，因此可減小寄生電感的影響。此外，由于接地端連接距離較短，因此該部分的電感也非常微小。并且，由于接地端連接兩端，因此呈并聯(lián)連接狀態(tài)，電感也將降低一半。
以下是三端子電容的原理圖封裝和C0603型及C0402型封裝。其中1、3引腳為貫通電極，可以作為電源端，2、4引腳為GND電極。
下圖是普通二端子陶瓷電容和三端子陶瓷電容的插入損耗性能對比。單從兩種電容自身的特性來看，它們的電容量相同，因此在低頻范圍內特性相同。但二端子電容器損耗最低點在10MHz頻點附件，在頻率超過10MHz后性能便開始下降。而三端子電容器在超過30MHz后才出現(xiàn)性能下降。故三端子電容器的高頻特性更好，有效濾波的頻帶范圍更寬泛，適用于需要去除高頻噪聲干擾的case。
三端子電容優(yōu)勢一：低ESL。由于三端子電容存在兩個貫通電極和兩個地極，電流通過電容的距離較短，并且可以有4個電流濾波通路，這種結構使得三端子電容的ESL較低，自諧振頻率點更高，且高頻衰減特性更好。同時通過加粗、縮短高頻電路路徑可實現(xiàn)更低的ESL特性。
優(yōu)勢二：減少電容數(shù)量。使用低ESL電容器，可維持與二端子電容器相同功能。同時可以得到更好的高頻特性。如下圖幾種電容特性阻抗圖，紅色是單個0.1uF普通電容的阻抗曲線，青色是單個1uF普通電容的阻抗曲線，綠色是單個1uF的三端子電容的阻抗曲線，藍色是10個0.1uF的普通電容的阻抗曲線，可以看到單個1uF的三端子電容和10個0.1uF的普通電容在低頻段和高頻段的阻抗特性曲線是一樣的。這說明使用三端子電容可以替換更多數(shù)量的二端子電容并達到相同的濾波效果。
這里也告訴大家一個好消息，村田已開發(fā)出了汽車用1005M（C0402）尺寸電容器中的4.3μF超大靜電容量3端子多層陶瓷電容器“NFM15HC435D0E3”，并且已經(jīng)開始量產。相信在不久的將來就能面向市場運用。
