Při stavbě vícevrstvých keramických kondenzátorů (MLCC) elektrotechnici často volí dva typy dielektrik v závislosti na aplikaci – třídu 1, neferoelektrická materiálová dielektrika, jako je C0G/NP0, a třídu 2, dielektrika feroelektrického materiálu, jako jsou X5R a X7R.Klíčový rozdíl mezi nimi je v tom, zda má kondenzátor s rostoucím napětím a teplotou stále dobrou stabilitu.U dielektrik třídy 1 zůstává kapacita stabilní, když je aplikováno stejnosměrné napětí a provozní teplota stoupá;Dielektrika třídy 2 mají vysokou dielektrickou konstantu (K), ale kapacita je méně stabilní při změnách teploty, napětí, frekvence a v čase.
I když lze kapacitu zvýšit různými konstrukčními změnami, jako je změna povrchu elektrodových vrstev, počet vrstev, hodnota K nebo vzdálenost mezi dvěma elektrodovými vrstvami, kapacita dielektrik třídy 2 nakonec prudce klesne, když je přivedeno stejnosměrné napětí.To je způsobeno přítomností jevu zvaného DC bias, který způsobuje, že feroelektrické formulace třídy 2 nakonec zaznamenají pokles dielektrické konstanty, když je aplikováno stejnosměrné napětí.
Pro vyšší hodnoty K dielektrických materiálů může být účinek stejnosměrného předpětí ještě závažnější, přičemž kondenzátory mohou potenciálně ztrácet až 90 % nebo více své kapacity, jak je znázorněno na diagramu.
Dielektrická pevnost materiálu, tj. napětí, kterému může daná tloušťka materiálu odolat, může také změnit vliv stejnosměrného předpětí na kondenzátor.V USA se dielektrická pevnost obvykle měří ve voltech/mil (1 mil se rovná 0,001 palce), jinde se měří ve voltech/mikron a je určena tloušťkou dielektrické vrstvy.V důsledku toho mohou různé kondenzátory se stejnou kapacitou a jmenovitým napětím fungovat výrazně odlišně kvůli jejich rozdílné vnitřní struktuře.
Stojí za zmínku, že když je aplikované napětí větší než dielektrická pevnost materiálu, budou materiálem procházet jiskry, což vede k potenciálnímu vznícení nebo nebezpečí výbuchu malého rozsahu.
Praktické příklady generování DC zkreslení
Uvažujeme-li změnu kapacity v důsledku provozního napětí ve spojení se změnou teploty, pak zjistíme, že kapacitní ztráta kondenzátoru bude větší při konkrétní aplikační teplotě a stejnosměrném napětí.Vezměme si například MLCC vyrobený z X7R s kapacitou 0,1 µF, jmenovitým napětím 200 VDC, vnitřním počtem vrstev 35 a tloušťkou 1,8 mil (0,0018 palce nebo 45,72 mikronů), což znamená, že při provozu při 200 V DC dielektrikum vrstva má pouze 111 voltů/mil nebo 4,4 voltů/mikron.Při hrubém výpočtu by VC byla -15 %.Pokud je teplotní koeficient dielektrika ±15%ΔC a VC je -15%ΔC, pak je maximální TVC +15% – 30%ΔC.
Důvod této odchylky spočívá v krystalové struktuře použitého materiálu třídy 2 – v tomto případě titaničitanu barnatého (BaTiO3).Tento materiál má kubickou krystalickou strukturu, když je Curieova teplota dosažena nebo vyšší.Když se však teplota vrátí na okolní teplotu, dojde k polarizaci, protože snížení teploty způsobí, že materiál změní svou strukturu.K polarizaci dochází bez jakéhokoli vnějšího elektrického pole nebo tlaku a toto je známé jako spontánní polarizace nebo feroelektřina.Když je na materiál aplikováno stejnosměrné napětí při okolní teplotě, spontánní polarizace je spojena se směrem elektrického pole stejnosměrného napětí a dochází k obrácení spontánní polarizace, což má za následek snížení kapacity.
V dnešní době, i když jsou k dispozici různé konstrukční nástroje pro zvýšení kapacity, kapacita dielektrik třídy 2 stále výrazně klesá, když je aplikováno stejnosměrné napětí kvůli přítomnosti jevu stejnosměrného předpětí.Proto, abyste zajistili dlouhodobou spolehlivost vaší aplikace, musíte při výběru MLCC kromě jmenovité kapacity MLCC vzít v úvahu také vliv DC předpětí na součástku.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., založená v roce 2010, je profesionální výrobce specializující se na SMT pick and place stroj, přetavovací pec, stroj na tisk šablon, výrobní linku SMT a další produkty SMT.Máme vlastní výzkumný a vývojový tým a vlastní továrnu, využívající náš vlastní bohatý zkušený výzkum a vývoj, dobře vyškolenou výrobu a získali skvělou pověst od zákazníků po celém světě.
Věříme, že skvělí lidé a partneři dělají z NeoDen skvělou společnost a že náš závazek k inovaci, diverzitě a udržitelnosti zajišťuje, že automatizace SMT je dostupná každému fanouškovi kdekoli.
Čas odeslání: květen-05-2023