Når man bygger flerlags keramiske kondensatorer (MLCC), velger elektroingeniører ofte to typer dielektrikum avhengig av applikasjonen – klasse 1, ikke-ferroelektriske materialdielektriske som C0G/NP0, og klasse 2, ferroelektriske materialdielektriske som X5R og X7R.Hovedforskjellen mellom dem er om kondensatoren, med økende spenning og temperatur, fortsatt har god stabilitet.For klasse 1 dielektrikum forblir kapasitansen stabil når en likespenning påføres og driftstemperaturen stiger;Klasse 2 dielektrikum har høy dielektrisk konstant (K), men kapasitansen er mindre stabil under endringer i temperatur, spenning, frekvens og over tid.
Selv om kapasitansen kan økes ved forskjellige designendringer, som å endre overflatearealet til elektrodelagene, antall lag, K-verdien eller avstanden mellom de to elektrodelagene, vil kapasitansen til klasse 2-dielektriske til slutt falle kraftig når det påføres en likespenning.Dette skyldes tilstedeværelsen av et fenomen kalt DC-bias, som gjør at de ferroelektriske formuleringene i klasse 2 til slutt opplever et fall i dielektrisitetskonstanten når en likespenning påføres.
For høyere K-verdier av dielektriske materialer kan effekten av DC-forspenning være enda mer alvorlig, med kondensatorer som potensielt mister opptil 90 % eller mer av kapasitansen, som vist i diagrammet.
Den dielektriske styrken til et materiale, altså spenningen som en gitt materialetykkelse tåler, kan også endre effekten av DC-forspenning på en kondensator.I USA måles dielektrisk styrke vanligvis i volt/mil (1 mil tilsvarer 0,001 tomme), andre steder måles den i volt/mikron, og den bestemmes av tykkelsen på det dielektriske laget.Som et resultat kan forskjellige kondensatorer med samme kapasitans og spenningsklassifisering utføre betydelig forskjellig på grunn av deres forskjellige interne strukturer.
Det er verdt å merke seg at når den påførte spenningen er større enn den dielektriske styrken til materialet, vil gnister passere gjennom materialet, noe som fører til en potensiell antennelse eller liten eksplosjonsrisiko.
Praktiske eksempler på hvordan DC-bias genereres
Hvis vi vurderer endringen i kapasitans på grunn av driftsspenningen i forbindelse med endringen i temperaturen, finner vi at kapasitanstapet til kondensatoren vil være større ved den spesifikke brukstemperaturen og likespenningen.Ta for eksempel en MLCC laget av X7R med en kapasitans på 0,1µF, en nominell spenning på 200VDC, et internt lagantall på 35 og en tykkelse på 1,8 mils (0,0018 tommer eller 45,72 mikron), betyr dette at når man arbeider ved 200VDC, betyr dette at dielektriske lag opplever bare 111 volt/mil eller 4,4 volt/mikron.Som en grov beregning vil VC være -15%.Hvis temperaturkoeffisienten til dielektrikumet er ±15%ΔC og VC er -15%ΔC, er maksimal TVC +15% – 30%ΔC.
Årsaken til denne variasjonen ligger i krystallstrukturen til klasse 2-materialet som brukes – i dette tilfellet bariumtitanat (BaTiO3).Dette materialet har en kubisk krystallstruktur når Curie-temperaturen er nådd eller over.Men når temperaturen går tilbake til omgivelsestemperaturen, oppstår polarisering ettersom senkingen av temperaturen får materialet til å endre struktur.Polarisering skjer uten noe eksternt elektrisk felt eller trykk, og dette er kjent som spontan polarisering eller ferroelektrisitet.Når en likespenning påføres materialet ved omgivelsestemperatur, er spontan polarisering knyttet til retningen til det elektriske feltet til likespenningen og en reversering av den spontane polarisasjonen oppstår, noe som resulterer i en reduksjon i kapasitansen.
I dag, selv med de forskjellige designverktøyene som er tilgjengelige for å øke kapasitansen, reduseres fortsatt kapasitansen til klasse 2-dielektrikk betydelig når en likespenning påføres på grunn av tilstedeværelsen av DC-bias-fenomenet.Derfor, for å sikre den langsiktige påliteligheten til applikasjonen din, må du ta hensyn til effekten av DC-bias på komponenten i tillegg til den nominelle kapasitansen til MLCC når du velger en MLCC.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., grunnlagt i 2010, er en profesjonell produsent som spesialiserer seg på SMT-plukk- og plassermaskin, reflow-ovn, sjablongtrykkmaskin, SMT-produksjonslinje og andre SMT-produkter.Vi har vårt eget FoU-team og egen fabrikk, og drar fordel av vår egen rike erfarne FoU, godt trent produksjon, vant godt rykte fra kunder over hele verden.
Vi tror at flotte mennesker og partnere gjør NeoDen til et flott selskap, og at vår forpliktelse til innovasjon, mangfold og bærekraft sikrer at SMT-automatisering er tilgjengelig for alle hobbyister overalt.
Innleggstid: mai-05-2023