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硬件十万个为什么
最近在准备开源的电源设计,把《电源是怎样炼成的》相关内容全部开源。所以在做一些器件选型。如下是一个电容的选型过程。
BUCK型开关电源规格需求：5V0~24V0→1V~5V0 输出电流：2A
电源控制器备选型号：MP4420A（A表示：CCM模式，H表示：轻载降频模式）
PIN2PIN兼容： MPQ4420A-DJ（工业级），MPQ4420A-DJ-A（汽车级）
厂家：MPS
开关电源的 输入电容的选型：
1、 DCDC输入电容的作用：
降低输入纹波电压、以及纹波电流。
输入电容的主要作用就是降低电源模块输入端的纹波幅值。
使用大容量电容可以有效降低纹波电流的有效值；陶瓷电容器放置在电源的输入端，有效降低纹波电压幅度。陶瓷电容的低ESR特性有效降低纹波电压的幅度。（在纹波电流比较小的情况下，用陶瓷电容即可解决纹波电流和纹波电压的问题）
因为我们需要利用陶瓷电容的低ESR的特性，所以，我们需要把输入电容靠近电源模块放置。
第一步：计算纹波电流
输入电流时域波形图
有效电流定义：
有效值在相同的电阻上分别通过直流电流和交流电流，经过一个交流周期的时间，如果它们在电阻上所消耗的电能相等的话，则把该直流电流（电压）的大小作为交流电流（电压）的有效值
有效值也称为
方均根值
。
方均根值指的是在规定时间间隔内一个量的各瞬时值的平方的平均值的平方根
，
对于周期量,时间间隔为一个周期。
求输入纹波电流的有效值：
考虑输出纹波对输入纹波的影响：
即：输入电流的顶部也是按照一定斜率变化的，变化幅度与输出电流相同。
所以：
第二步：输入电容的纹波电流的选定
可以查电容的数据手册查看其承受纹波电流能力。以高分子电容为例，其额定的纹波电流（Rated ripple）为3.89A。
如果电源输入电流纹波为9A，则该电容需要放置3个。
铝电解电容：
陶瓷电容：
第三步：容值的选择：
利用充放电的电量相同可得：
Q=C*ΔU
Q=Iout*D * T* (1-D)
C=Iout*D* T* (1-D)/ΔU
举例：
• V IN = 12 V
• V OUT = 3.3 V
• I OUT = 10 A
• η = 90%
• f SW = 333 kHz
• dc = 0.3
根据我们现在设计的规格：2A
12V输入、3V3输出、输出电流2A、效率90%，计算：
CMIN=16.8uF
所以，我们可以看到典型设计中，放置了两个10uF的电容，满足上述设计要求；
第四步：电容的选择：
电容的种类太多了，是“电阻”、“电感”、“电容”三大无源器件中，种类最多的一种。
此处，考虑容值需求，成本需求，我们用于电源滤波的，一般只会选择三类：铝电解电容、钽电容、陶瓷电容
贴片钽电容封装、尺寸
封装尺寸：毫米（英寸）
AVX
常规系列
(TAJ)
贴片钽电容：容量和额定电压
(
字母表示封装大小
)
封装尺寸：毫米（英寸）
此处我们应该可以发现规律，在这个容量等级，需要高耐压的话，钽电容的体积优势已经没有了，成本的劣势会非常明显。我们首先需要淘汰钽电容的选择。
另外，考虑钽电容的可供应性的问题，还有失效模式的问题，这个应用场景下我们果断淘汰。高分子聚合物（Polymer）钽电容的耐压和成本问题更严重。
铝电解电容
铝电解
电容
的优缺点
优点：
(1)大容量电容，相当单位体积的容量大。
(2)相当单位静电容的价格便宜。
(3)酸化皮膜（诱电体）具有自身修复性。
(4)故障状态的大部分状态是磨耗故障，不容易出现短路故障。
(5)没有容量的电压依存性。
缺点：
(1)寿命有限。
(2)温度变化引起的特性变化比较大。
(3)使用非正常条件，电容内压易上升造成压力阀动作。一般条件下电解液自身也是可燃物
热击失效的原理是：在制造多层陶瓷电容时，使用各种兼容材料会导致内部出现张力的不同热膨胀系数及导热率。当温度转变率过大时就容易出现因热击而破裂的现象，这种破裂往往从结构最弱及机械结构最集中时发生，一般是在接近外露端接和中央陶瓷端接的界面处、产生最大机械张力的地方（一般在晶体最坚硬的四角），而热击则可能造成多种现象：
第一种是显而易见的形如指甲狀或U-形的裂縫
第二种是隐藏在内的微小裂缝
第二种裂缝也会由裸露在外的中央部份，或陶瓷/端接界面的下部开始，并随温度的转变，或于组装进行时，顺着扭曲而蔓延开来（见图4）。
第一种形如指甲狀或U-形的裂縫和第二种隐藏在内的微小裂缝，两者的区别只是后者所受的张力较小，而引致的裂缝也较轻微。第一种引起的破裂明显，一般可以在金相中测出，第二种只有在发展到一定程度后金相才可测。
（２）扭曲破裂失效
此种不良的可能性很多：按大类及表现可以分为两种：
第一种情况、SMT阶段导致的破裂失效
当进行零件的取放尤其是SMT阶段零件取放时，取放的定中爪因为磨损、对位不准确，倾斜等造成的。由定中爪集中起来的压力，会造成很大的压力或切断率，继而形成破裂点。
这些破裂现象一般为可见的表面裂缝，或2至3个电极间的内部破裂；表面破裂一般会沿着最强的压力线及陶瓷位移的方向。
