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这3个“隐藏”因素,是陶瓷电容选型最容易被忽视的!

2018-10-12
内容详细

实际应用中,温度、电压、老化 (放置时间) 等这些“隐藏”因素会对陶瓷电容的实际电容值产生影响。我们将通过系列文章分别从温度、电压、老化三个方面详细分析这几个因素和电容值之间的关系。


以铁电材料(比如钛酸钡)作为介电材料的陶瓷电容,应用电压对实际电容值的影响往往比较明显。钛酸钡常常使用在X5R与X7R陶瓷电容当中。由于应用电压的影响,有些电容甚至为此损失掉70%的标称电容值。因此对于Class-II/III的电容,如果在对稳定性要求比较高的电路中随意替换,可能会面临风险。


DC电压对电容值的影响


如果要掌握电压对陶瓷电容容值的影响。除了实际测试与查看数据手册之外,在线免费工具KEMET K-SIM可以直接查询基于KEMET型号的各种参数与曲线,包括DC电压与标称电容值变化的关系曲线。


举例:比较以下三个电容(C0G/X5R/X7R)DC电压对标称容值变化的影响


  • 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网站产品页面中的设计资源栏里,可以直接链接到KEMET K-SIM在线工具。无需再次输入型号,一键打开KEMET K-SIM。Digi-Key网站中的KEMET 陶瓷电容基本都能通过该方法链接到K-SIM。


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图1,通过Digi-Key网站KEMET产品页面,链接到在线免费工具KEMET K-SIM


如下图,当电压从0升到12VDC时:


  • C0G (C1206C104J4GACTU) 电容值下降0%

  • X7R (C0402C104K4RACTU) 电容值下降40%

  • X5R (C0402C104K4PACTU) 电容值下降53.33%


我们可以看出,对于Class I C0G,电压对电容值的影响很少。对于Class II X5R/ X7R,电压对电容值的影响比较大。


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图2,DC电压与标称电容值变化的关系(图片来源:KEMET K-SIM)


AC电压对电容值的影响


下图是典型的AC电压对于Class-II电容影响的曲线图。不同的AC电压,电容值的误差也不一致,甚至有可能高于标称电容值。


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图3,典型AC电压对于Class-II电容的影响(图片来源:KEMET)


封装对电容值的影响


有时陶瓷电容生产厂家为了在更小的封装里,维持相同水准的电容值,而选择性地减少电介质的厚度或者调整电介质配方。这种设计的改变可能会导致更高的电压应力以及更大的电容值损失。


下图比较了0805/1206/1210封装下47uF/6.3V陶瓷电容,应用电压对实际电容值的影响:在5V电压下封装越小,实际电容值下降越快。


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图4,不同封装47uF/6.3V陶瓷电容电压对实际电容值影响(图片来源:KEMET)


封装的大小影响了电介质的厚度,在施加相同电压的情况下,尤其是对以铁电材料作为介电材料的陶瓷电容,电介质的厚度越小,内部的电场应力越大。

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