問(wèn)題：

如何在電路仿真中考慮多層陶瓷電容器(MLCC)的直流偏置影響？

答案：

使用LTspice的非線性電容功能和合理的模型。

本文說(shuō)明如何使用LTspice?仿真來(lái)解釋由于使用外殼尺寸越來(lái)越小的陶瓷電容器而引起的電壓依賴(lài)性（或直流偏置）影響。尺寸越來(lái)越小、功能越來(lái)越多、電流消耗越來(lái)越低，為滿足這些需求，必須對(duì)元件（包括MLCC）的尺寸加以限制。因此，電壓依賴(lài)性或直流偏置的影響也受到關(guān)注。

要實(shí)現(xiàn)陶瓷電容器的微型化，就必須在越來(lái)越小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的電容值。為此，具有高介電常數(shù)(ε)和越來(lái)越薄的介電絕緣層的材料正在被實(shí)現(xiàn)，這使得現(xiàn)在有可能在工業(yè)級(jí)規(guī)模上生產(chǎn)高質(zhì)量的陶瓷層。

遺憾的是，介電常數(shù)εr = ?()是電場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)，因此電容表現(xiàn)出電壓依賴(lài)性。根據(jù)陶瓷類(lèi)型和層厚度，這種影響可以非常顯著。在最大允許電壓下，電容下降到標(biāo)稱(chēng)值的10％以下并不罕見(jiàn)。

在將恒定電壓作用于MLCC的應(yīng)用中（例如去耦電容），很容易考慮此影響。只要電壓保持恒定，就可以從制造商提供的數(shù)據(jù)手冊(cè)或在線工具中獲取剩余電容值。

但是，對(duì)于電壓可變的情況該怎么辦？例如在圖4中，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器上的輸入濾波器采用5 V USB電源至24 V工業(yè)電源供電。另一個(gè)例子是，2線以太網(wǎng)PHY與相同線路上不同電壓值的電源交流耦合。

在此類(lèi)情況下，使用LTspice進(jìn)行電路仿真可提供有用的洞察。有些MLCC制造商已經(jīng)提供了相應(yīng)的直流偏置模型供下載。此外，LTspice提供了模仿電壓依賴(lài)行為的方法及實(shí)施工具。對(duì)此，電容與電壓關(guān)系的曲線及圖3中描述的方法之一很有用。

LTspice提供了一個(gè)眾所周知的具有恒定電容的電容模型以及一個(gè)非線性模型。該非線性模型用于求解電荷方程。由于需要保留電荷，直接求解非線性電容模型是不合適的。但在這里，這不應(yīng)該是問(wèn)題，因?yàn)殡娙菔峭ㄟ^(guò)電荷對(duì)電壓微分來(lái)獲得的。反過(guò)來(lái)，必須對(duì)電壓相關(guān)電容進(jìn)行積分。這已經(jīng)針對(duì)如下方法完成，因此無(wú)需任何數(shù)學(xué)知識(shí)便可使用這些模型。

作者簡(jiǎn)介

Reiner Bidenbach是中歐地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師。他于2010年加入ADI公司，擁有14年的模擬IC設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。Reiner于1996年畢業(yè)于德國(guó)烏爾姆大學(xué)，獲電氣工程特許工程師文憑。