Co je fenomén DC zkreslení?

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.

1

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.

N8+IN12

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

Pošlete nám svou zprávu: