TDK 的 MLCC 电容器：为谐振电路提供高效解决方案

在电子电路领域，电容器的性能和适用性对于电路的整体表现起着至关重要的作用。TDK 推出了适用于谐振电路的 MLCC 电容器解决方案，这一方案在传统的无线充电器或 DC - DC 转换器的谐振电路应用中具有重大意义。

在传统的谐振电路里，薄膜电容器是常用的选择。然而，随着电子技术的飞速发展，MLCC 在容量和额定电压方面取得了显著的进步。如今，MLCC 凭借其诸多优势，正逐渐取代薄膜电容器。MLCC 相较于薄膜电容器，能够有效缩减电路尺寸，降低能量损耗，提升电路的整体性能。本《解决指南》不仅为大家介绍谐振电路中无线充电的测量示例，还会详细推荐适用于谐振电路的 MLCC 产品。

MLCC大体上可分为第1类(用于温度补偿)和第2类(高介电常数系统)。第2类MLCC的优点是容量大，缺点是静电容量的变化率受温度影响大。另一方面，以C0G特性为代表的第1类MLCC的容量低于第二类MLCC，但静电容量的变化率受温度影响小，且具有优秀的频率特性，因此被用于追求高精度等的电路中。

铝电解电容器、薄膜电容器、MLCC(第1类和第2类)三种主要电容器的额定电压-静电容量对应范围如图1所示。

以C0G特性为代表的第1类MLCC与薄膜电容器一直以来仅有部分重叠，但随着近年来定额电压的提升和电容量范围的不断扩大，重叠范围也在不断扩大，两者的重叠范围在持续增加。

图 1：各种电容器额定电压 - 静电容量的对应范围

在谐振电路中，要使电容器和线圈发生谐振，电容器起着关键作用。用于谐振的电容器应具备以下几种重要特性：

首先，需要具有优异的温度特性。因为谐振频率公式为 f = 1/(2π√LC)，当静电容量受温度影响发生变化时，谐振频率也会随之改变，进而导致功率效率降低。所以，电容器特性变化受温度影响小是至关重要的。

其次，要具备优异的耐击穿电压特性。在谐振过程中，电容器和线圈会降低谐振电路的阻抗，使大电流通过，这就要求电容器能够承受较大的电压，因此需要足够高的耐击穿电压（额定电压）特性。

最后，还需具有优异的 ESR 特性。由于电容器中流经的电流较大，为了抑制损耗，就需要较低的 ESR。电容器的 ESR 或 tanδ 越小，其产生的损耗也就越小。聚丙烯薄膜电容器和第 1 类 MLCC 满足上述条件，所以常被用作谐振电路的电容器。特别是第 1 类 MLCC，其静电容量变化受温度影响小，损耗低，并且体积小、高度低，作为薄膜电容器的理想替代品，正受到越来越多的关注。

表 1：薄膜电容器特性与 MLCC 的比较

接下来以智能手机无线充电器内的谐振电容器为例进行评估。该无线充电器输入为 5V/2A，输出为 5W。通过比较两种充电器在效率和贴装面积方面的变化，可以更直观地了解不同电容器的性能差异。

图 2：关于用各种电容器替换无线充电器谐振电容器后的评估结果

从施加到谐振电容器上的电压和电流波形（如图 3 所示）可以看出，其接近正弦波。由于电容器会使交流电流通过，必然会产生一定的损耗。为了抑制这一损耗，就要求电容器的 ESR 足够小。

图 3：施加在谐振电容器上的电压和电流波形

通过比较谐振频率下薄膜电容器（PP）和 MLCC（第一类）的 ESR 以及谐振电容器的整体损耗（如图 4 所示），可以发现第 1 类 MLCC 的 ESR 比薄膜电容器约小一个数量级。因为电容器损耗为 ESR x I²，所以 ESR 较小的第 1 类 MLCC 更能有效抑制谐振电路中的损耗。

图 4：薄膜电容器 (PP) 与 MLCC (第 1 类) 的 ESR 特性比较

图 5：谐振电容器中的损耗比较 (计算值)

从无线充电器效率的测量结果（如图 6 所示）可以看出，通过改变无线充电器的负载电流，与薄膜电容器相比，第一类 MLCC 的充电效率提高了约 1%。这充分说明谐振电容器的损耗越小，充电器的功率效率就越高。

图 6：无线充电器的功率效率比较

在贴装面积方面（如图 7 所示），MLCC 的体积比薄膜电容器小很多，因此能够大大减少贴装面积，这对于电子产品的小型化设计具有重要意义。

图 7：谐振电容器贴装面积的减少情况

以无线充电器谐振电容器为例，对比不同种类电容器的损耗和贴装面积后可以发现，第 1 类 MLCC 具有低 ESR 的特性，能够有效减少谐振电容器的损耗，对提高功率效率十分有利。而且与薄膜电容器相比，第 1 类 MLCC 体积更小、高度更低，可显著缩小组装面积。所以，以 C0G 为代表的第 1 类 MLCC 非常适用于谐振电容器，有助于提高功率效率和实现电子产品的小型化设计。