高容量MLCC測量中的常見(jiàn)問(wèn)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(shí)，經(jīng)常遇到測得的電容值低于規定公差范圍的情況。這主要是由于II類(lèi)材質(zhì)MLCC的容量會(huì )隨著(zhù)溫度、電壓（AC/DC）和頻率的變化而顯著(zhù)變化。導致測量結果偏差的主要原因包括：

1. 測量條件不符合規定：MLCC的特性會(huì )受到溫度、頻率和電壓的影響，因此測量時(shí)應嚴格按照規定條件進(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置不正確：測量?jì)x器的精度和測量條件必須滿(mǎn)足上述要求，才能得到準確的測量結果。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?jì)x器及其測量原理

典型的LCR儀表使用自動(dòng)平衡電橋法進(jìn)行測量。電橋的測量原理是通過(guò)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(guò)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(shí)際測量電壓往往與設定的電源電壓不同，尤其是在測量高容量MLCC時(shí)，實(shí)際施加在元件上的電壓可能不足，導致測量偏差。因此，建議使用具備自動(dòng)電平控制（ALC）功能的LCR電橋，確保測量電壓保持在預設值。

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。

當測量超過(guò)10µF的電容器時(shí)，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測量的準確性，可以采取以下完整的解決方案：

1. 選擇合適的測量設備
   • 使用具備高精度和自動(dòng)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(wú)法滿(mǎn)足這些要求，從而導致測量誤差。因此，選擇合適的儀表是確保測量準確性的關(guān)鍵。
2. 測量前的準備工作
3. 設備預熱：測量前需提前打開(kāi)設備預熱至少30分鐘，確保儀器各項參數穩定。
4. 校準操作：進(jìn)行短路和開(kāi)路校準，消除系統誤差，確保測量結果的準確性。
5. 原因：預熱可以讓儀器達到穩定狀態(tài)，減少由于溫度變化引起的測量漂移；校準則可以消除儀器自身的誤差。
6. 根據高容量MLCC的標稱(chēng)容量，嚴格按照表1中列出的測量溫度、頻率和電壓條件進(jìn)行設置，以減少測量條件不當導致的誤差。
7. 操作方法：檢查并設置儀表的溫度、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(huì )隨著(zhù)溫度、頻率和電壓的變化而變化，因此嚴格遵循規定條件才能獲得準確的測量值。
9. 根據待測電容器的阻抗值，選擇并聯(lián)或串聯(lián)等效電路模式。當電容器的容量較大（超過(guò)10µF）時(shí)，應使用串聯(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(guò)程中，應確保LCR儀表的ALC功能開(kāi)啟，以保持測量電壓的穩定。例如，當ALC關(guān)閉時(shí)，實(shí)際輸出電壓可能低于設定值，導致測量結果偏低。
13. 原因：開(kāi)啟ALC功能可以保證輸出電壓與設定值一致，從而避免因電壓不足導致的測量偏差。
14. 例如，測量1206 X5R 47µF ±20% 6.3V的MLCC時(shí)，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(zhù)偏低，甚至低于20%以上。
15. 另一個(gè)例子是測量0805 X7R 10µF ±10% 16V的產(chǎn)品，使用1kHz和1Vrms的條件。當ALC開(kāi)啟時(shí)，測量結果為10.31µF，符合公差范圍；而當ALC關(guān)閉時(shí)，實(shí)際輸出電壓不足，測量結果為8.32µF，明顯偏低。
16. 1206 X7R 10µF 25V ±10% 測量實(shí)例：
    • 使用錯誤的測量條件（1kHz和1.0Vrms）測量時(shí)，得到的電容值為8.45µF，低于標稱(chēng)值10µF的容差范圍。這是由于測量頻率過(guò)高，導致高容量MLCC的容量表現降低。
    • 使用正確的測量條件（120Hz和0.5Vrms）測量時(shí)，得到的電容值為10.12µF，符合公差范圍。這說(shuō)明按照規定條件進(jìn)行測量，可以有效保證測量的準確性。
17. 原因：這些實(shí)例展示了錯誤測量條件和設置對測量結果的影響，幫助工程師理解正確操作對于測量準確性的重要性。
18. 溫度控制：測量環(huán)境的溫度應控制在規定范圍內（例如25±3℃），因為溫度對MLCC的容量和損耗有顯著(zhù)影響。
19. 減少干擾：遠離大型電氣設備，避免外部電磁干擾，確保測量穩定性。
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(huì )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(shí)應記錄測量條件（溫度、頻率、電壓）和結果（容量、損耗因子）。對測量數據進(jìn)行分析，以判斷測量的穩定性和重復性。
23. 原因：數據記錄和分析有助于追蹤測量結果的變化，發(fā)現潛在問(wèn)題并及時(shí)改進(jìn)，確保測量的可靠性和一致性。
24. 設置合適的測量條件
25. 選擇正確的測量電路模式
26. 使用ALC（自動(dòng)電平控制）功能
27. 測量實(shí)例
28. 測量環(huán)境的控制
29. 數據記錄與分析

專(zhuān)業(yè)參考文獻與技術(shù)文獻

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

1. 《MLCC測量的理論與實(shí)踐》 - 詳細介紹了MLCC的測量原理和實(shí)際應用中的注意事項。
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(lèi)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。

通過(guò)參考以上文獻，可以加深對高容量MLCC測量技術(shù)的理解，以便在實(shí)際應用中取得更好的測量結果。

• 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