高容量MLCC測量中的常見問題及解決方案

在使用LCR儀表測量高容量MLCC（例如X5R/X7R材質(zhì)）時，經(jīng)常遇到測得的電容值低于規(guī)定公差范圍的情況。這主要是由于II類材質(zhì)MLCC的容量會隨著溫度、電壓（AC/DC）和頻率的變化而顯著變化。導(dǎo)致測量結(jié)果偏差的主要原因包括：

1. 測量條件不符合規(guī)定：MLCC的特性會受到溫度、頻率和電壓的影響，因此測量時應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定條件進(jìn)行。具體的測量條件如下表所示：

2. 儀器測量能力不足或設(shè)置不正確：測量儀器的精度和測量條件必須滿足上述要求，才能得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。因此，需要使用具備精確測量能力的儀器，如德科技的E4980A、4981A等LCR儀表。

典型測量儀器及其測量原理

典型的LCR儀表使用自動平衡電橋法進(jìn)行測量。電橋的測量原理是通過保持電阻R和被測元件（DUT）之間的電流相等，以確定DUT的阻抗值。通過測量輸入和輸出電壓及其相位差，計算出電阻和電抗的分量，從而確定電容和損耗因子。

LCR儀表的實際測量電壓往往與設(shè)定的電源電壓不同，尤其是在測量高容量MLCC時，實際施加在元件上的電壓可能不足，導(dǎo)致測量偏差。因此，建議使用具備自動電平控制（ALC）功能的LCR電橋，確保測量電壓保持在預(yù)設(shè)值。

測量電路模式的選擇

測量電路模式通常包括并聯(lián)等效電路模式和串聯(lián)等效電路模式，選擇哪種模式取決于待測電容器的阻抗值：

• 小電容情況：小電容具有較大的電抗，適合采用并聯(lián)等效電路模式測量。
• 大電容情況：大電容的電抗較小，適合采用串聯(lián)等效電路模式測量。

當(dāng)測量超過10µF的電容器時，建議使用串聯(lián)等效電路模式，因為其阻抗較低。

測量高容量MLCC的完整解決方案

為了確保高容量MLCC測量的準(zhǔn)確性，可以采取以下完整的解決方案：

1. 選擇合適的測量設(shè)備
   • 使用具備高精度和自動電平控制（ALC）功能的LCR儀表，例如德科技的E4980A、4981A等。這些儀表能夠確保測量條件的穩(wěn)定性，從而提高測量精度。
   • 原因：高容量MLCC的測量對儀表精度要求高，普通儀表可能無法滿足這些要求，從而導(dǎo)致測量誤差。因此，選擇合適的儀表是確保測量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。
2. 測量前的準(zhǔn)備工作
3. 設(shè)備預(yù)熱：測量前需提前打開設(shè)備預(yù)熱至少30分鐘，確保儀器各項參數(shù)穩(wěn)定。
4. 校準(zhǔn)操作：進(jìn)行短路和開路校準(zhǔn)，消除系統(tǒng)誤差，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
5. 原因：預(yù)熱可以讓儀器達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，減少由于溫度變化引起的測量漂移；校準(zhǔn)則可以消除儀器自身的誤差。
6. 根據(jù)高容量MLCC的標(biāo)稱容量，嚴(yán)格按照表1中列出的測量溫度、頻率和電壓條件進(jìn)行設(shè)置，以減少測量條件不當(dāng)導(dǎo)致的誤差。
7. 操作方法：檢查并設(shè)置儀表的溫度、頻率和電壓，確保這些條件與表1中要求的一致。
8. 原因：MLCC的容量會隨著溫度、頻率和電壓的變化而變化，因此嚴(yán)格遵循規(guī)定條件才能獲得準(zhǔn)確的測量值。
9. 根據(jù)待測電容器的阻抗值，選擇并聯(lián)或串聯(lián)等效電路模式。當(dāng)電容器的容量較大（超過10µF）時，應(yīng)使用串聯(lián)等效電路模式，以減少測量誤差。
10. 操作方法：對于大容量電容，選擇串聯(lián)模式；對于小容量電容，選擇并聯(lián)模式。
11. 原因：不同電路模式對測量結(jié)果的影響不同，選擇合適的電路模式可以減小測量誤差。
12. 測量過程中，應(yīng)確保LCR儀表的ALC功能開啟，以保持測量電壓的穩(wěn)定。例如，當(dāng)ALC關(guān)閉時，實際輸出電壓可能低于設(shè)定值，導(dǎo)致測量結(jié)果偏低。
13. 原因：開啟ALC功能可以保證輸出電壓與設(shè)定值一致，從而避免因電壓不足導(dǎo)致的測量偏差。
14. 例如，測量1206 X5R 47µF ±20% 6.3V的MLCC時，正確的測量頻率和電壓為120Hz和0.5Vrms。如果使用錯誤的條件（如1kHz和1Vrms），測得的容量可能顯著偏低，甚至低于20%以上。
15. 另一個例子是測量0805 X7R 10µF ±10% 16V的產(chǎn)品，使用1kHz和1Vrms的條件。當(dāng)ALC開啟時，測量結(jié)果為10.31µF，符合公差范圍；而當(dāng)ALC關(guān)閉時，實際輸出電壓不足，測量結(jié)果為8.32µF，明顯偏低。
16. 1206 X7R 10µF 25V ±10% 測量實例：
    • 使用錯誤的測量條件（1kHz和1.0Vrms）測量時，得到的電容值為8.45µF，低于標(biāo)稱值10µF的容差范圍。這是由于測量頻率過高，導(dǎo)致高容量MLCC的容量表現(xiàn)降低。
    • 使用正確的測量條件（120Hz和0.5Vrms）測量時，得到的電容值為10.12µF，符合公差范圍。這說明按照規(guī)定條件進(jìn)行測量，可以有效保證測量的準(zhǔn)確性。
17. 原因：這些實例展示了錯誤測量條件和設(shè)置對測量結(jié)果的影響，幫助工程師理解正確操作對于測量準(zhǔn)確性的重要性。
18. 溫度控制：測量環(huán)境的溫度應(yīng)控制在規(guī)定范圍內(nèi)（例如25±3℃），因為溫度對MLCC的容量和損耗有顯著影響。
19. 減少干擾：遠(yuǎn)離大型電氣設(shè)備，避免外部電磁干擾，確保測量穩(wěn)定性。
20. 操作方法：確保測量環(huán)境符合要求，采取措施減少電磁干擾，如使用屏蔽裝置。
21. 原因：環(huán)境溫度和干擾會直接影響測量精度，控制這些因素有助于提高測量可靠性。
22. 每次測量時應(yīng)記錄測量條件（溫度、頻率、電壓）和結(jié)果（容量、損耗因子）。對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以判斷測量的穩(wěn)定性和重復(fù)性。
23. 原因：數(shù)據(jù)記錄和分析有助于追蹤測量結(jié)果的變化，發(fā)現(xiàn)潛在問題并及時改進(jìn)，確保測量的可靠性和一致性。
24. 設(shè)置合適的測量條件
25. 選擇正確的測量電路模式
26. 使用ALC（自動電平控制）功能
27. 測量實例
28. 測量環(huán)境的控制
29. 數(shù)據(jù)記錄與分析

專業(yè)參考文獻(xiàn)與技術(shù)文獻(xiàn)

為了進(jìn)一步幫助工程師理解并應(yīng)用以上測量方法，建議參考以下專業(yè)技術(shù)文獻(xiàn)：

1. 《MLCC測量的理論與實踐》 - 詳細(xì)介紹了MLCC的測量原理和實際應(yīng)用中的注意事項。
2. 《安捷倫LCR儀表使用手冊》包含了E4980A、4981A等儀表的詳細(xì)使用方法和測量案例，幫助工程師更好地掌握儀器的操作。
3. 《電容器特性與測量技術(shù)》 - 涵蓋了各種類型電容器的特性以及如何選擇合適的測量方法，提供了深入的理論基礎(chǔ)。

通過參考以上文獻(xiàn)，可以加深對高容量MLCC測量技術(shù)的理解，以便在實際應(yīng)用中取得更好的測量結(jié)果。

• 詳解抗彎性能（Bending Test, 3mm Flex Test）
• 詳解10μF以上MLCC電容的容值測試：如何正確測試并避免誤差