Керамические конденсаторы против смещения постоянного тока - эмпирическое правило снижения номинальных характеристик вводит в заблуждение?

помещение

Керамические конденсаторы с диэлектриками класса 2 (такие как X5R и X7R) обычно демонстрируют уменьшение значения емкости по мере увеличения приложенного напряжения смещения. Это поведение более заметно в конденсаторах с более высокой плотностью, которые имеют высокие значения в небольших корпусах.

Как справиться с таким поведением, случайно обсуждалось в некоторых вопросах о том, как выбрать номинальное напряжение детали. Конечно, чтение технического описания и обращение к производителю — это лучшее решение. Тем не менее, я думаю, что общепринятое эмпирическое правило «снижение номинальных характеристик керамических конденсаторов на 50%» вводит в заблуждение и не помогает при таком поведении .

Анализ

Вот что я нашел, играя с инструментами от производителей Murata и KEMET, а также в некоторых заметках/сообщениях по применению:

  • Наиболее распространенное поведение заключается в том, что номинальное напряжение вообще не влияет на кривую изменения емкости . Другими словами, керамический 100 нФ 0603 теряет одинаковый процент своего значения при 10 В (например, 30 %), независимо от того, рассчитан ли он на 25 В, 50 В или 100 В. См. эту заметку по применению Maxim .Изменение емкости не зависит от номинального напряжения
  • В других случаях увеличение номинального напряжения снижает потери в процентах (см. этот вопрос ).Номинальное напряжение снижает относительную потерю емкости
  • В некоторых редких случаях я обнаружил, что конденсаторы на 100 В теряют больше, чем их эквиваленты с более низким номиналом.

Обсуждение и вопросы

Возвращаясь к «эмпирическому правилу снижения номинальных характеристик», выбор «номинального напряжения (постоянного тока)», примерно в два раза превышающего значение максимального ожидаемого рабочего напряжения, является хорошим ориентиром для уменьшения отказов деталей, но, как правило, не помогает, если конденсатор не держится. к его номинальной стоимости.

Конечно, когда значение емкости имеет решающее значение, следует провести тщательный анализ таблицы данных.

  • Как вы относитесь к такому выбору дизайна? Старшие дизайнеры будут иметь собственное практическое правило, основанное на их опыте: мне это интересно!

А как насчет менее важных компонентов, таких как очень распространенные конденсаторы 100 нФ (развязка) и 10 мкФ (объемные)? Если упаковка маленькая, они могут быть значительно ниже их номинальной стоимости.

  • Вы заботитесь?
  • Выбираете ли вы конденсатор с более высокой емкостью (в том же корпусе и, возможно, с более низким номинальным напряжением), который потеряет больше в процентах, но в конечном итоге будет иметь более высокое значение емкости?

Ответы (2)

Есть много причин для выбора емкости конденсатора, напряжения, размера и технологии. Проектирование начинается с понимания требований, которые включают в себя напряжение, мощность, частоту, ограничения по размеру, диапазон температур, стоимость и т. д. Затем, каковы ограничения конденсатора (или любого компонента), указанные в спецификации. Почему емкость уменьшается? Это эффект, называемый коэффициентом емкости по напряжению, и эффективная емкость уменьшается по мере увеличения напряжения на конденсаторе. MLCC построены с использованием чередующихся слоев керамического диэлектрика и металлических электродов. MLCC класса II изготавливаются из BaTiO3, сегнетоэлектрического материала, который имеет кристаллическую структуру, содержащую атомы бария, титана и кислорода. При низком напряжении ионы Ti могут свободно двигаться в соответствии с электрическим полем. По мере увеличения напряжения ионы начинают выстраиваться в линию и становятся менее свободными для перемещения, что снижает эффективную емкость. (Пленочные колпачки, кстати, не демонстрируют такого поведения.)
Поэтому вам необходимо учитывать максимальное рабочее напряжение, как постоянного, так и переменного тока. Во-вторых, рассмотрите верхний диапазон температур и влияние на утечку, а также на то, какую утечку может выдержать ваша схема. После определения требуемого напряжения я могу добавить еще 20% запаса. Недавно моя компания провела масштабное расследование растрескивания керамических конденсаторов. Мы обнаружили, что конденсаторы меньшего размера с меньшей вероятностью треснут, но, как вы показали, конденсаторы меньшего размера имеют более высокие колебания в зависимости от напряжения. Так что вы должны решить. Для тех, кто разрабатывает проект дома, работает 50%. Для всех остальных читайте техпаспорт.

Когда дизайнерская маржа дешевая, вкладывайте много. Если и было что-то, чему я всегда пытался научить младших инженеров, так это этому. Запас по напряжению на керамике обычно не требует больших затрат. Я никогда не делал этого, чтобы уменьшить колебания емкости из-за напряжения смещения.

Я работал в аэрокосмической отрасли, дешевизна имеет совсем другое значение на потребительском рынке.

Керамические конденсаторы против смещения постоянного тока - эмпирическое правило снижения номинальных характеристик вводит в заблуждение?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v