實際應用中,溫度、電壓、老化 (放置時間) 等這些“隱藏”因素會對陶瓷電容的實際電容值產生影響。我們將通過系列文章分別從溫度、電壓、老化三個方面詳細分析這幾個因素和電容值之間的關系。
以鐵電材料(比如鈦酸鋇)作為介電材料的陶瓷電容,應用電壓對實際電容值的影響往往比較明顯。鈦酸鋇常常使用在X5R與X7R陶瓷電容當中。由于應用電壓的影響,有些電容甚至為此損失掉70%的標稱電容值。因此對于Class-II/III的電容,如果在對穩定性要求比較高的電路中隨意替換,可能會面臨風險。
DC電壓對電容值的影響
如果要掌握電壓對陶瓷電容容值的影響。除了實際測試與查看數據手冊之外,在線免費工具KEMET K-SIM可以直接查詢基于KEMET型號的各種參數與曲線,包括DC電壓與標稱電容值變化的關系曲線。
舉例:比較以下三個電容(C0G/X5R/X7R)DC電壓對標稱容值變化的影響
C0G (KEMET C1206C104J4GACTU, 0.1UF 16V C0G 1206 ±5%)
X5R (KEMET C0402C104K4PACTU, 0.1UF 16V X5R 0402 ±10% )
X7R (KEMET C0402C104K4RACTU, 0.1UF 16V X7R 0402 ±10%)
在Digi-Key網站產品頁面中的設計資源欄里,可以直接鏈接到KEMET K-SIM在線工具。無需再次輸入型號,一鍵打開KEMET K-SIM。Digi-Key網站中的KEMET 陶瓷電容基本都能通過該方法鏈接到K-SIM。
圖1,通過Digi-Key網站KEMET產品頁面,鏈接到在線免費工具KEMET K-SIM
如下圖,當電壓從0升到12VDC時:
C0G (C1206C104J4GACTU) 電容值下降0%
X7R (C0402C104K4RACTU) 電容值下降40%
X5R (C0402C104K4PACTU) 電容值下降53.33%
我們可以看出,對于Class I C0G,電壓對電容值的影響很少。對于Class II X5R/ X7R,電壓對電容值的影響比較大。
圖2,DC電壓與標稱電容值變化的關系(圖片來源:KEMET K-SIM)
AC電壓對電容值的影響
下圖是典型的AC電壓對于Class-II電容影響的曲線圖。不同的AC電壓,電容值的誤差也不一致,甚至有可能高于標稱電容值。
圖3,典型AC電壓對于Class-II電容的影響(圖片來源:KEMET)
封裝對電容值的影響
有時陶瓷電容生產廠家為了在更小的封裝里,維持相同水準的電容值,而選擇性地減少電介質的厚度或者調整電介質配方。這種設計的改變可能會導致更高的電壓應力以及更大的電容值損失。
下圖比較了0805/1206/1210封裝下47uF/6.3V陶瓷電容,應用電壓對實際電容值的影響:在5V電壓下封裝越小,實際電容值下降越快。
圖4,不同封裝47uF/6.3V陶瓷電容電壓對實際電容值影響(圖片來源:KEMET)
封裝的大小影響了電介質的厚度,在施加相同電壓的情況下,尤其是對以鐵電材料作為介電材料的陶瓷電容,電介質的厚度越小,內部的電場應力越大。
總結
實際應用中,電壓的大小、介電材料的類型、電介質的厚度等都會對陶瓷電容的實際電容值產生影響。其中鐵電材料作為介電材料往往是罪魁禍首。借助Digi-Key網站的在線工具以及KEMET K-SIM來協助陶瓷電容選型設計,可以了解電壓與電容值之間的關系,做到事半功倍。
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原文標題:這3個“隱藏”因素,是陶瓷電容選型最容易被忽視的!
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