陶瓷電容具有諸多的好處，容量大，體積小，無極性，內(nèi)阻低。容量大、內(nèi)阻低的特性對于取得低輸出紋波是有很大助益的，對于抑制高頻噪聲也有極大的好處。但是，陶瓷電容在高壓下的容量衰減卻很厲害，這篇應(yīng)用筆記中所提到的型號為GRM21BR61C106KE的電容，其規(guī)格為10μF/16V，0805封裝，溫度特性為X5R，但在12V直流偏置下的電容量卻只有2μF多一點，這是大大出乎很多人的意料的，廠商提供的規(guī)格書中的圖形對此進行了很好的描述：

由此圖可以看出，我們所理解的10μF的容量只是在直流偏置電壓為大約0.5V以下時才具備的特性，隨著電壓的上升，電容量就迅速下降了。如果我們真的按照它所具有的16V耐壓能力給它加電壓，它的容量就只有大約1.5μF了，如果我們在此情況下仍然把它當(dāng)作10μF的器件來使用，由此導(dǎo)致的電路的穩(wěn)定性和輸出紋波特性都將不能被我們所接受，而要用同類的電容堆疊出同樣的額定容量來，我們就將發(fā)現(xiàn)其成本可能是我們根本不能接受的，所以我們在高壓下就不得不改用容量穩(wěn)定的鋁電解電容來滿足對輸出電容的需求。

為什么陶瓷電容在高壓下的容量會下降呢？這與陶瓷電容所用材料的特性有關(guān)。

所有的電容器都是由兩個導(dǎo)體構(gòu)成的，這兩個導(dǎo)體之間是相互絕緣的，絕緣可以借助真空、空氣或是其他的絕緣材料來實現(xiàn)。當(dāng)兩個導(dǎo)體之間加上電壓時，電場就會在兩個導(dǎo)體之間形成。受此電場的作用，導(dǎo)體之間的介質(zhì)里的電荷會向兩個導(dǎo)體方向聚集，它們形成的電場是與原電場方向相反的，因而介質(zhì)內(nèi)部的電場會被削弱，原外加電場（在真空中進行計量）與介質(zhì)中的電場強度之比就是這種介質(zhì)的相對介電常數(shù)，這是一個沒有量綱的量，它還有一個稱呼叫做誘電率，其代號通常為希臘字母 。

由于電介質(zhì)能夠?qū)㈦妶龅膹姸冉迪聛恚ㄟ@樣就不容易被擊穿了），因而可以提高電容器儲存電荷的能力，也就是提高了電容量。相對介電常數(shù)是一種介質(zhì)相對于真空的介電能力，是一個相對的量，而真空的絕對介電常數(shù)為，所以一種介質(zhì)的絕對介電常數(shù)，也就是真空絕對介電常數(shù)的倍。當(dāng)兩個導(dǎo)體之間為真空時的電容為，有了介質(zhì)之后的電容就變成了。

這個世界上介電能力最高的物質(zhì)其實是導(dǎo)體，它們在電場作用下形成的新的電場將使得其內(nèi)部的電場為0，所以其相對介電常數(shù)等于無窮大，但是很顯然它們不可以被安置在電容器的兩個電極之間，如果你這么一做，兩個電極就被連通了，電容器已經(jīng)不再存在，失去了它原本的作用。即使加入的導(dǎo)體與兩個電極之間是隔離的，由于間距的縮小，其間的電場強度將提高，其空間很容易就會被擊穿，最后導(dǎo)致電容能力的喪失。

常用的具有高介電常數(shù)的物質(zhì)是陶瓷，它的主要成分是鈦酸鋇，其相對介電常數(shù)大約為5000，而且成本低廉 ，因而成為高容量電容器的首選。鈦酸鋇陶瓷晶體在不同溫度下具有不同的晶形，在我們的常用溫度下，它們呈現(xiàn)的晶形為四方晶（+130℃ ~ +5℃）和正交晶（+5℃ ~ -90℃），都是具有鐵電性的晶形，因而被稱為鐵電體。

鐵電性是某些晶體物質(zhì)具有的一種性質(zhì)，其晶胞結(jié)構(gòu)因正負電荷中心不重合而出現(xiàn)了電荷極矩，形成了不等于零的電極化強度，使晶體具有自發(fā)極化的特性。通常情況下，這些極化了的電荷極矩是自由排列的，一旦外部電場加入，電荷極矩的排列方向就會改變，因而呈現(xiàn)出類似于鐵磁體的特點。不同物質(zhì)的自發(fā)極化的方式是不同的，根據(jù)物理學(xué)家對鈦酸鋇晶體的分析，它的自發(fā)極化主要來自于Ti4+的離子位移極化和氧八面體中一個O2-的電子位移極化。

既然是隨機排列的，自然就有一部分電荷極矩會比較容易被馴化，只要有電場的出現(xiàn)它們就扭轉(zhuǎn)了，這樣就可以表現(xiàn)出比較高的介電常數(shù)。那些比較不容易被馴化的電荷極矩就需要比較高的電場的作用才能被馴化，所以就需要一直提高電場的強度，但到最后它們都是能被馴化的，那時候更強的電場的加入就沒有什么作用了，介質(zhì)中的電場強度會不斷地提高，介電常數(shù)就逐漸降下來了，這也就是電容量不斷下降的過程。其實由此我們就可以想象到一點，終有那么一個時候，介質(zhì)中的電場強度將超過介質(zhì)的承受能力而被擊穿，這個時候電容就被損壞了，所以陶瓷電容也會有自己的最高電壓承受能力，而像上述型號的陶瓷電容，它的額定最高工作電壓為16V，如果再高，它離損壞也就不遠了。很顯然，通過增加介質(zhì)的厚度可以降低其內(nèi)部電場，但是其成本也提高了，同時其容量也會下降，所以要得到高壓大容量的陶瓷電容，其成本一定是高昂的。

影響一顆電容的電容量的外部偏置還有加在其上的電壓紋波，上述同一顆電容的容量與其紋波偏置之間的關(guān)系是這樣的：

由此圖可見，我們所知的電容量是在1kHz 0.5V的外加信號下測得的。如果紋波幅度增加，則測得的電容量將會增大，如果紋波幅度減小，則測得的電容量將會降低。在我們的使用條件下，電源輸出端的紋波通常是比較小的，一般是處于mV級或幾十mV級，在這樣的情況下，實際的電容量就會比單純的直流偏置下所得到的電容量還要小，這是在設(shè)計的過程中需要考慮到的。至于為什么紋波會造成電容量的變化，筆者確實是還沒有想明白，這里就不多談了，如果有讀者能告訴我，我將不勝感激。

在立锜為客戶所提供的設(shè)計工具中，Richtek Designer是很好用的輔助設(shè)計、仿真工具，客戶在利用該工具的時候只需輸入具體的工作條件、選中相應(yīng)的型號，實用的電路就會被自動生成，啟動過程、穩(wěn)態(tài)過程、瞬態(tài)過程的仿真也可以順利完成，還可以進行交流分析和效率評估。這個工具的使用需要我們預(yù)先準(zhǔn)備器件的精確模型，目前RT6204的模型已經(jīng)處于調(diào)試階段，即將很快投入使用，目前它已配備了一百多種立锜器件的電路模型，可以滿足很多應(yīng)用的需要。像我們在這里探討的電容的容量問題，該仿真工具是不能主動進行評估的，讀者在使用的時候需要根據(jù)具體的電容型號在具體條件下的特性提取出參數(shù)再輸入其中才可以得到模擬，你也可以根據(jù)模擬所得到的結(jié)論對電容參數(shù)進行調(diào)整，然后再從眾多的電容中尋找到實際可用的器件，這是需要大家注意的。其實這個問題也不是不可以用軟件自動解決，只是這樣的做法會將系統(tǒng)變得太復(fù)雜，真正地會變得得不償失，這是需要大家理解的。