我可以用陶瓷电容器替换所有电解电容器吗？

我正在为需要多个电源的系统设计电源电路，我的问题是：

• 是否可以用陶瓷帽替换所有电解帽（大多数为100uF）？陶瓷的局限性是什么？

• 我是否应该像对电解一样对陶瓷使用2倍的额定电压？

• 纹波电流额定值如何？当选择陶瓷作为电解材料时，这是一个重要因素吗？

添加1/9/2014：有关陶瓷限制的更多信息

我发现Dave在EEVBlog上提交的这段精彩视频展示了不同类型的陶瓷盖的局限性，以及它们如何受到施加的电压和偏置电压的影响。值得一看！

100 µF确实推动了陶瓷电容的极限。如果您的电压很低，例如几伏到10伏或20伏，那么并联多个陶瓷可能是合理的。

高电容陶瓷盖各有优缺点。优点是等效串联电阻更低，因此纹波电流能力更高，对更高频率的有用性，更低的热敏性，更长的使用寿命，以及在大多数情况下更好的机械强度。他们也有自己的问题。电容会随着电压而显着降低，并且密度更大（单位体积的能量存储量更大）的陶瓷表现出压电效应，通常被称为“麦克风”。在错误的情况下，这可能会导致振荡，但这很少见。

对于开关电源应用，除非您需要太多的电容，否则陶瓷通常比电解质更好。这是因为它们可以吸收更多的纹波电流并更好地加热。电解质的寿命会因热而严重降低，这通常是电源的问题。

您不需要像降低电解液一样降低陶瓷的额定值，因为陶瓷的寿命从一开始就更大，而与施加电压的函数相比却要少得多。陶瓷要注意的是，致密的陶瓷是由非线性材料制成的，在电压范围的较高端，这表现为电容减小。

添加了有关麦克风的信息：

一些电介质根据所施加的电场而物理地改变尺寸。对于许多人来说，效果是如此之小，以至于您不会注意到，可以忽略不计。但是，某些陶瓷具有足够强的效果，您最终可以听到由此产生的振动。通常，您不会听到电容器本身的声音，但是由于这些电容器是相当牢固地焊接到板上的，因此电容器的微小振动会导致更大的板也产生振动，尤其是在板的谐振频率处。结果可能是相当可听的。

当然，相反的方法也适用，因为物理属性通常会同时起作用，而这也不例外。由于施加的电压可以改变电容器的尺寸，因此通过施加应力来改变其尺寸可以改变其开路电压。实际上，电容器充当麦克风。它可以吸收电路板所遭受的机械振动，这些振动可以进入电路板上的电信号中。因此，在高灵敏度音频电路中避免使用此类电容器。

有关其背后物理原理的更多信息，请以钛酸钡的属性为例。这是某些陶瓷盖的常用电介质，因为它具有理想的电性能，与陶瓷范围相比，具有特别好的能量密度。它是通过钛原子在两种能量状态之间切换来实现的。但是，原子的有效尺寸在两种能量状态之间有所不同，因此晶格的尺寸会发生变化，并且我们得到的物理变形是施加电压的函数。

轶事：我最近直接遇到了这个问题。我设计了一个Gizmo，它连接到模型火车使用的DCC（数字命令和控制）电源。DCC是一种将功率和信息传输到轨道上特定“机车车辆”的方式。它是一个高达22 V的差分电源信号。通过在特定时间翻转极性来承载信息。翻转速率约为5-10 kHz。为了获得功率，设备需要全波整流。我的设备并没有尝试解码DCC信息，只是获得了一点能量。我使用一个二极管对DCC进行半波整流，将其整流到10 µF的陶瓷帽上。在关断的半周期内，该电容上的压降仅为3 V，但3 Vpp足以使它唱歌。电路运行良好，但是整个电路板发出了令人讨厌的抱怨声。这在产品中是不可接受的，因此对于生产版本，将其更改为20 µF电解电容。我最初使用陶瓷是因为它更便宜，更小并且寿命更长。幸运的是，该设备不太可能在高温下使用，因此电解盖的寿命应比其最坏情况下的额定寿命长很多。

从评论中我可以看到关于为什么开关电源有时会发牢骚的一些讨论。其中一些可能是由于陶瓷帽造成的，但是诸如电感器之类的磁性组件也会由于两个原因而振动。首先，电感器中导线的每一位上都有与通过它的电流平方成正比的力。该力在导线的侧面，如果没有很好地固定到位，会使线圈振动。第二，有一种类似于静电压电效应的磁性能，称为磁致伸缩。电感器芯材料可以根据施加的磁场而略微改变尺寸。铁氧体不会非常强烈地表现出这种效应，但是总会有一点，磁场中可能还有其他物质。我曾经研究过将磁致伸缩效应用作磁头的产品。是的，

没有将设计从电解转换为陶瓷的原因有两个：

• 某些线性稳压器设计要求在其输出电容器上具有较高的电解质ESR，以保持稳定性。

• 经受板弯曲时，陶瓷不如电解质坚固。尤其是在大尺寸（例如1206及以上）的情况下，就像您需要使用合理的WV在10-20 uF以上的值一样，如果板上有任何挠曲，陶瓷很容易破裂。破坏性的弯曲可能发生在现场，或者可能发生在将板从制造面板中分离出来的某些方法中。

根据OP的降额问题，以及进一步针对Olin的正确答案：

IPC-9592A（这是高可靠性电源转换设备的标准）引用了以下降额指南：

固定陶瓷MLCC：

• 直流电压<=制造商额定值的80％
• 温度：低于制造商额定温度至少10°C
• 尺寸：大于1210的尺寸不建议使用，因为可能会破裂

铝电解电容器：

• 直流电压<=制造商额定值的80％（对于250V或更高的设备，<= 90％）
• 寿命/耐久性：> =在40°C下为10年，对于II类设备（数据中心填充物），负载为80％，对于I类设备（消费级），则为5年

铝电解电容器的寿命/耐久性等级是其所有应力（电压，纹波电流和环境温度）的函数。如果盖子的气流良好，则会产生更多波纹并保持较长的使用寿命。热帽将不会有很长的寿命。

对于陶瓷电容器，它也与温度有关。环境温度和纹波电流将导致温度上升。这并不是说陶瓷不会老化-某些介电材料（X7R和Y5V等2类材料）的电容会随着时间的推移而降低 -1 类材料在很大程度上不受此影响。

而且，正如奥林所说，某些介电材料会遭受明显的电容衰减，这是直流偏置电压的函数。同样，第2类材料会遭受此损失，而第1类材料则不会。

本质上，如果您使用任何一种电容器，则将最大电压保持在应力的80％以下。

陶瓷电容器（相对于电解电容）的ESR低得多，这意味着具有反馈环路稳定性。假设您的转换器将是一个切换器并具有一个输出LC滤波器，则可能需要3型补偿网络来稳定转换器。

低ESR导致开环增益在很长的间隔内以-40 dB / decade衰减（ESR下降时ESR零被推出），因此补偿网络中需要+ 20dB /十倍频的增益来进行分频达到-20dB /十倍频程（这是电源设计人员所追求的三个环路稳定性标准之一，以及增益裕度和相位裕度）。

我可能是错的，但改用陶瓷大容量电容帽会在大容量电容帽和较小的去耦电容帽之间产生反谐振。除非仔细选择，否则大容量电容的电感会与去耦电容的电容产生谐振。钽电容和电解电容不会发生这种情况，因为这些器件的ESR会抑制共振。再一次，我可能是错的，因为我从未在实践中尝试过。