陶瓷電容器在高壓下有效容值的最大化
陶瓷電容器基本可劃分為兩大類：穩(wěn)定的2級(jí)電介質(zhì)，包括X7R、X5R和X8R，以及超穩(wěn)定的1級(jí)電介質(zhì)，包括C0G/NP0。實(shí)際上還存在3級(jí)電介質(zhì)，但是這種極少用到。電介質(zhì)的類型決定了它們的性能特色，電路設(shè)計(jì)工程師據(jù)此可視應(yīng)用的具體情形預(yù)測(cè)電路性能。
一般說(shuō)來(lái)，電介質(zhì)特性越穩(wěn)定，所能獲得的容值就越低，為了實(shí)現(xiàn)最高的穩(wěn)定性、最低的損耗和0老化，我們選擇1級(jí)電介質(zhì)，代價(jià)就是只能實(shí)現(xiàn)低容值；而為了獲取較高的容值，我們選擇2級(jí)電介質(zhì)，然而后果就是如上圖所示的性能的波動(dòng)，以及老化現(xiàn)象和更高的損耗。
2級(jí)電介質(zhì)另一個(gè)極少提及或定義的屬性就是容值的電壓系數(shù)（VCC）。VCC有時(shí)非常重要，根據(jù)具體的應(yīng)用要求，它可對(duì)電路的性能產(chǎn)生重大的影響。
有些種類的電介質(zhì)材料和電容器的VCC性能有所提升，但是選擇性有限。Knowles/Syfer的VC1系列陶瓷電容器（穩(wěn)定VCC，抗壓電效應(yīng)）旨在針對(duì)該領(lǐng)域的應(yīng)用給出更寬范圍的選項(xiàng)。
長(zhǎng)久以來(lái)，隨著材料和制造工藝的進(jìn)步以及對(duì)于電容器設(shè)計(jì)和失效模式的理解的加深，多層陶瓷電容的體積效率也得到了巨大提升。例如，10年前，Knowles/Syfer僅能提供1812，1kV，56nF的電容，現(xiàn)如今針對(duì)同樣的尺寸和電壓，已能實(shí)現(xiàn)180nF的容值。3倍容值的提升是一項(xiàng)重大進(jìn)步，而在低電壓應(yīng)用領(lǐng)域，賤金屬電極及超薄介質(zhì)層技術(shù)的改進(jìn)更是大幅提高了電容的容值密度。但與之相對(duì)應(yīng)的代價(jià)在于，電容器在工作中的實(shí)際容值，即“殘余容值”可能急劇地降低。
VCC與電介質(zhì)材料本身和應(yīng)用于該介質(zhì)材料的電壓應(yīng)力相關(guān)。改進(jìn)電介質(zhì)材料的品質(zhì)以提升介質(zhì)強(qiáng)度可降低介質(zhì)材料的厚度，而這正是提高體積效率的方式。電介質(zhì)材料厚度減半可使得容值提升四倍，因?yàn)獒槍?duì)給定厚度，相當(dāng)于使得多層陶瓷電容的層數(shù)變?yōu)橹暗膬杀，層?shù)之間的距離變?yōu)橹暗?/2，容值與由電極隔開各層之間重疊的面積之和成一定比例。
介質(zhì)材料厚度的逐步減小導(dǎo)致VCC性能的持續(xù)降低；額定電壓下電容器失去90%的名義容值這類現(xiàn)象并不鮮見。由于相關(guān)的安全余量不同，通常情況下高壓電容的性能表現(xiàn)要劣于低壓電容。盡管存在這一缺點(diǎn)，減薄介質(zhì)層厚度畢竟可以提供更高的容值，同時(shí)很多用戶也會(huì)選擇降額使用電容，因此容值的衰減情況還是可控的。在一些穩(wěn)定性要求高的應(yīng)用中，使用電容器時(shí)要謹(jǐn)記這個(gè)特性，而且VCC是可以計(jì)算的。
為了達(dá)到穩(wěn)定性的要求，一些應(yīng)用中會(huì)指定電介質(zhì)的選用，如軍標(biāo)BZ和BX或IECQ-CECC 2C1和2X1分級(jí)：
采用這些電介質(zhì)的電容器能提供卓越的穩(wěn)定性，然而也需要付出代價(jià)，即其僅限于在參數(shù)范圍內(nèi)使用。就2C1(BZ)系列的電容而言，Knowles/Syfer可提供最大的產(chǎn)品范圍到200V，2225尺寸，120nF。
但是我們需要在普通X7R電介質(zhì)的高容值和軍工類電介質(zhì)的高穩(wěn)定性間取得一個(gè)平衡，同樣我們也要求提升大尺寸和高電壓的電容器的電壓穩(wěn)定性。Knowles/Syfer評(píng)估了各種電介質(zhì)材料的特性，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性和一致性。
Knowles/Syfer的VC1系列多層陶瓷電容在額定電壓下提供更大的更穩(wěn)定的容值。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，在室溫環(huán)境下，隨著電壓逐漸上升到額定電壓值，VC1電容器的容值衰減不會(huì)超過(guò)50% （相比1Vrms 1kHz時(shí)的名義容值）。該系列電容器可在額定電壓下持續(xù)可靠地工作，但如果在低于額定電壓的條件下工作，則可提供更大比例的殘余容值，若在80%的額定電壓下工作，其容值會(huì)下降大約40%。下圖是容值隨著電壓的變化而產(chǎn)生的變化曲線，藍(lán)色曲線是VC1系列，而紅色曲線是普通X7R系列。
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樓氏集團(tuán)(Knowles Corporation)是一家紐約證交所上市的公司，它是先進(jìn)的微型聲學(xué)器件、特殊元件和人機(jī)界面解決方案的全球供應(yīng)商和行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。
樓氏集團(tuán)(Knowles)下轄電容器業(yè)務(wù)單元提供多層電容、高可靠性電容、單層電容、精密可調(diào)電容、EMI濾波器和薄膜器件。電容器業(yè)務(wù)單元由四家卓越的特殊電容器制造商Dielectric Laboratories, Novacap, Syfer 和 Voltronics合并重組而成，制造歷史合計(jì)逾175年。我們專業(yè)設(shè)計(jì)并制造用于高性能、高可靠性應(yīng)用的元器件。服務(wù)市場(chǎng)涵蓋醫(yī)療植入和醫(yī)療設(shè)備、軍工、航天/航空電子設(shè)備、EMI和連接器濾波、石油勘探、儀器儀表、工業(yè)電子、光纖網(wǎng)絡(luò)、通信及汽車電子。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2017-09-05
