Когато изграждат многослойни керамични кондензатори (MLCC), електроинженерите често избират два типа диелектрик в зависимост от приложението – клас 1, диелектрици от нефероелектричен материал като C0G/NP0 и клас 2, диелектрик от сегнетоелектричен материал като X5R и X7R.Ключовата разлика между тях е дали кондензаторът, с нарастващо напрежение и температура, все още има добра стабилност.За диелектрици от клас 1 капацитетът остава стабилен, когато се приложи постоянно напрежение и работната температура се повиши;Диелектриците от клас 2 имат висока диелектрична константа (K), но капацитетът е по-малко стабилен при промени в температурата, напрежението, честотата и във времето.
Въпреки че капацитетът може да бъде увеличен чрез различни конструктивни промени, като промяна на повърхностната площ на електродните слоеве, броя на слоевете, стойността K или разстоянието между двата електродни слоя, капацитетът на диелектриците от клас 2 в крайна сметка ще спадне рязко, когато се прилага постоянно напрежение.Това се дължи на наличието на феномен, наречен DC отклонение, което кара фероелектричните състави от клас 2 евентуално да изпитат спад в диелектричната константа, когато се приложи постоянно напрежение.
За по-високи K стойности на диелектрични материали, ефектът от DC отклонението може да бъде още по-тежък, като кондензаторите потенциално губят до 90% или повече от своя капацитет, както е показано на диаграмата.
Диелектричната якост на даден материал, т.е. напрежението, което дадена дебелина на материала може да издържи, също може да промени ефекта на DC отклонение върху кондензатор.В САЩ диелектричната якост обикновено се измерва във волта/мил (1 мили се равнява на 0,001 инча), другаде се измерва във волт/микрон и се определя от дебелината на диелектричния слой.В резултат на това различните кондензатори с еднакъв капацитет и номинално напрежение могат да работят значително по различен начин поради различните им вътрешни структури.
Струва си да се отбележи, че когато приложеното напрежение е по-голямо от диелектричната якост на материала, искри ще преминат през материала, което ще доведе до потенциален риск от запалване или малка експлозия.
Практически примери за това как се генерира DC отклонение
Ако разгледаме промяната в капацитета, дължаща се на работното напрежение във връзка с промяната в температурата, тогава ще открием, че загубата на капацитет на кондензатора ще бъде по-голяма при специфичната температура на приложение и постоянно напрежение.Вземете например MLCC, направен от X7R с капацитет 0,1µF, номинално напрежение 200VDC, брой вътрешни слоеве 35 и дебелина 1,8 мили (0,0018 инча или 45,72 микрона), това означава, че при работа при 200VDC диелектрикът слой изпитва само 111 волта/мил или 4,4 волта/микрон.Като грубо изчисление, VC ще бъде -15%.Ако температурният коефициент на диелектрика е ±15%ΔC и VC е -15%ΔC, тогава максималният TVC е +15% – 30%ΔC.
Причината за тази вариация се крие в кристалната структура на използвания материал от клас 2 – в случая бариев титанат (BaTiO3).Този материал има кубична кристална структура, когато температурата на Кюри е достигната или по-висока.Въпреки това, когато температурата се върне до температурата на околната среда, възниква поляризация, тъй като понижаването на температурата кара материала да промени структурата си.Поляризацията възниква без външно електрическо поле или налягане и това е известно като спонтанна поляризация или фероелектричество.Когато към материала се приложи постоянно напрежение при температура на околната среда, спонтанната поляризация е свързана с посоката на електрическото поле на постояннотоковото напрежение и възниква обръщане на спонтанната поляризация, което води до намаляване на капацитета.
В днешно време, дори с различните налични инструменти за проектиране за увеличаване на капацитета, капацитетът на диелектриците от клас 2 все още намалява значително, когато се приложи постоянно напрежение поради наличието на феномена на постоянно напрежение.Следователно, за да осигурите дългосрочната надеждност на вашето приложение, трябва да вземете под внимание ефекта от DC отклонението върху компонента в допълнение към номиналния капацитет на MLCC, когато избирате MLCC.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., основана през 2010 г., е професионален производител, специализиран в SMT машина за избор и поставяне, фурна за преформатиране, машина за печат на шаблони, SMT производствена линия и други SMT продукти.Разполагаме със собствен екип за научноизследователска и развойна дейност и собствена фабрика, като се възползваме от собствения си богат опит в научноизследователската и развойна дейност, добре обучено производство, спечелило страхотна репутация от клиенти по целия свят.
Вярваме, че страхотните хора и партньори правят NeoDen страхотна компания и че нашият ангажимент към иновациите, разнообразието и устойчивостта гарантира, че SMT автоматизацията е достъпна за всеки любител навсякъде.
Време на публикуване: 5 май 2023 г