陶瓷电容昨天你对我爱理不理,今天我让你
今年最热门元器件非MLCC（片式多层陶瓷电容器）莫属，从首季开始，全球MLCC需求火爆，缺货、涨价、交期延迟，市场竟然出现了罕见的MLCC一件难求的窘况。例如一向价格低廉的NPO电容，需求暴增，上游开始着手囤货，从原来的0.1元上涨到了1元、1.25元、1.5元，不仅价格暴涨了十几倍，而且更让人觉得恐慌的是：无货，交期无法保证！市场开始出现恶性竞价交易模式，价高者得，价格有效期按照小时计算。这简直是需求市场的灾难！而今天，创易栈则从技术的角度，来说说一个由小小陶瓷电容引发的灾难！
电容是最常见的电子元器件之一，所有从事电子行业的工程师都或多或少与其接触，也是最容易被忽略的器件，特别是陶瓷电容。
和其他电容器相比，具有使用温度较高，耐潮湿性好，介质损耗较小，电容温度系数可在大范围内选择等优点。正因为这些优点，经常被工程师遗忘其他缺点，今天笔者和大家分享由一个几分钱的陶瓷电容引发的数十万损失的案例。
一、一个小陶瓷电容引发的灾难
去年年初，我们公司发布了一款车载视频编解码器，产品的主要定位是高可靠性的车载音视频编解码设备，主要用于军用、工业现场、野外等恶劣的环境条件，所选用的器件绝大部分都是军用级别，最低也是工业级别。产品方案采用了TI公司的DM（ARM芯片）和C（DSP芯片）的作为主框架，使用直流24V/2A输入，对现场采集的音视频进行编码压缩后传输，或者从远端IP传输过来解码至本地显示，支持多方64路高清同时音视频通话，产品物料成本超过1万元。
老板也非常重视此产品，所有的测试都是按照陆军国军标A标准测试，包括环境测试，并且产品都是实打实通过第三方实验室的认证的。全公司上下对这个产品都由信心，产品不但国内销售，还卖给三哥（印度）、毛叔（俄罗斯）等国外。
噩耗在一年后传来，首先是在夏天的印度，设备偶尔不能启动，或者运行过程中掉电，特别是温度高的时候，概率非常大。公司马上派项目组去现场分析解决问题，经过数天的分析，由于仪器有限，也没有分析到根本原因，只能确认和高温有关，只要把设备搬运到办公环境，设备就%正常。
没有办法，只好建议三哥把空调开起来凑合着用（三哥都不舍得吹空调，这个要求优点有点高了），我们搬运数台设备回国内分析研究。
设备回到国内，项目组马上将设备放到高温箱内，开始以下的验证步骤：
1、将环境问题设置为50℃（设备内部超过70℃），上述现象很容易复现，再继续监控电源，发现电源无法启动或者出现了掉电，问题锁定在电源。
2、电源采用的是UCA芯片，只有八个引脚，我们直接将8个引脚全部引出到温箱外面，使用示波器和万用表监测。
3、问题很快定位到，高温时，UCA的7引脚电源供电只有7.2V。规格书中要求大于8.6V才能启动。
4、继续定位，影响该电压的因素有：
（1）变压器绕组无法提供足够的电压。
（2）uF电容或者nF电容ESR变低，漏电流变大。我们直接使用替换大法，先后替换变压器和uF电容，均未解决，直到替换nF/C电容时，设备工作正常了，如图2所示位置。
图1：DC24V电源输入原理图图2：出现问题的电容所在位置问题分析到这里，根本原因还没有解决，先留一个悬念，后文给大家分析。先给大家普及以下无极性陶瓷电容的特点。贴片陶瓷电容目前主要使用NPO、X7R、X5R、Z5U、Y5V等不同的材质规格，不同的材质介质损耗、容量稳定性等也不相同。
二、各种介质陶瓷电容的特性对比
NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。NPO电容器是电容量和质损耗最稳定的电容器之一。在温度从-55℃到℃时容量变化为0±30ppm/℃，电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。
X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器。当温度在-55℃到+℃时其容量变化为15%，需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的，它也随时间的变化而变化，大约每10年变化1%ΔC，表现为10年变化了约5%。X7R电容器主要应用于要求不高的工业应用，而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。
X5R电容器从材料上与X7R比较接近，使用温度范围比X7R窄，当温度在-55℃到+85℃时其容量变化为15%，优点是价格便宜，其价格比X7R或者NPO便宜一半以上，有容量优势，相同封装比X7R或者ＮＰＯ容量高甚至数十倍。但是缺点也很明显，高温条件下其容量会减小，漏电流会增大（８５℃时，其漏电流会比常温高一百倍以上）。随着使用时间的加长，其漏电流会持续增大，使用一年以后，起漏电流会增加数十倍。
Z5U电容器称为”通用”陶瓷单片电容器。这里首先需要考虑的是使用温度范围，对于Z5U电容器主要的是它的小尺寸和低成本。对于上述三种陶瓷单片电容起来说在相同的体积下Z5U电容器有最大的电容量。但它的电容量受环境和工作条件影响较大，它的老化率最大可达每10年下降5%。尽管它的容量不稳定，由于它具有小体积、等效串联电感（ESL）和等效串联电阻（ESR）低、良好的频率响应，使其具有广泛的应用范围。尤其是在退耦电路的应用中。
Y5V电容器是一种有一定温度限制的通用电容器，在-30℃到85℃范围内其容量变化可达+22%到-82%。Y5V的高介电常数允许在较小的物理尺寸下制造出高达4.7μF电容器。
下图３是对上述各种介质电容的特性的一个汇总。可见COG(NPO)电容的温度特性最好，Y5V的温度特性最差。
图３：各种介质陶瓷电容的特性对比三、各种介质陶瓷电容的特性曲线
由下图４可知，大部分的陶瓷电容都是呈高温和低温容量降低的趋势，但是COG(NPO)电容的曲线最好，容量基本不随温度而变化。Y5V的特性最差。
图４：各种介质陶瓷电容的温度／容量特性由下图５可知，大部分的陶瓷电容都是随着温度升高，其漏电流呈增大的趋势，但是COG(NPO)电容的曲线最好，容量基本不随温度而变化。Y5V的特性最差。
图５：各种介质陶瓷电容的温度／漏电流特由下图６可知，大部分的陶瓷电容都是随着使用时间延长，其漏电流呈增大的趋势，但是COG(NPO)电容的曲线最好，容量基本不随温度而变化。Y5V的特性最差。
图６：各种介质陶瓷电容的使用年份／漏电四、上述灾难的原因
介绍到这里，相信很多读者都已经有了答案，就是上述C17的位置的电容漏电流太大了，我们设计时选用的是X7R的电容，后来经过送第三方机构的分析，其实供应商给我们供应的是X5R电容！
在温度和时间的双重摧残下，X5R电容最先投降，C17电容的漏电流太大，导致UCA的VCC引脚供电不足，在高温和使用时间久了以后更明显。这就可以解释为什么在常温可以正常工作，在最开始最的高低温实验的时候，也能通过实验。
五、陶瓷电容如何选择
文末，给大家介绍陶瓷电容的选用一般原则：
1、NPO电气性能稳定,基本上不随温度、时间、电压的改变而改变,适用于对稳定性、可靠性要求较严格的场合,由于电气性能稳定,可很好的工作在高频、特高频、甚高频频段;适用于例如缓启电路，晶振电路、靠近高温热源电路、电源电压检测电路等。
2、X7R电气性能较稳定,随温度、时间、电压的变化,其特性变化并不明显,适用于要求较高的耦合、旁路、滤波电路及10MHZ以下的中频场合;例如电源滤波电路、退耦电路、检测电路、旁路电路等。
3、X5R电容价格较便宜，容量可以做的较大，可用于电源滤波电路，漏电流要求不严格、温度不超过85℃的场合。
4、Y5V具有很高的介电系数,常用于生产小体积,大容量的电容器,其容量随温度改变比较明显,但成本较低,仍广泛用于对容量,损耗要求不高的耦合、滤波、旁路等电路场合。
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