有哪些因素会影响II类MLCC的有效电容

数十年来，多层陶瓷电容器（MLCC）由于具有许多优势（例如，可用电容范围宽，无极性，低ESR和低成本）而成为表面贴装电容器的首选。

大多数设计人员都知道，当在电容器上施加直流偏置时，II类MLCC的有效电容会大大降低。

但是，除了直流偏置效应外，其他重要因素也会影响II类MLCC的有效电容。这些因素包括交流偏置，信号频率，温度和老化。

让我们首先看一下直流偏置效应，它可能是有效电容的最有效降低器。例如，通过施加3v直流电（额定电压的47％），可以将1F，6.3V额定值的X5R MLCC的有效电容减小至0.36F。请注意，用于直流偏置测量的标准信号条件是1 kHz时500 mV RMS。这表明与1 F标称电容相比降低了64％（图1）。

图1

图中，我们看到有效电容如何随着施加的直流偏置电压的增加而下降。

当施加直流电压时，一些钛酸钡（BaTiO 3；II类MLCC使用的介电材料）偶极子被锁定。当交流电压变化时，这些锁定的偶极子将不再能够移动，从而导致电容减小。直流偏置效应已被所有电气工程师充分观察到。

现在，如果在标准测量条件下将交流电水平从500 mV RMS降低至10 mV RMS， 同时保持相同的1kHz频率和3V dc偏置，则有效电容将进一步降至0.32 F，额外降低4％减少。但是，增加交流信号幅度会增加有效电容（图2），即使只是微不足道。但是请注意，这并非普遍正确。

图2

图2显示的是在施加3V直流偏置电压的情况下，不同交流电压电平下的有效电容。

交流电压依赖性和直流偏置效应

有效电容的交流电压依赖性机制比直流偏置效应复杂得多。这是由于所施加的电场与通量密度之间的电介质的非线性介电常数（磁滞效应）引起的。在图2和3中，我们观察到，随着交流信号的增加，测得的电容也随之增加，但是请注意，随着交流信号的幅度达到一定水平，电容开始减小。

图3

交流电压电平会影响未施加直流偏置的有效电容，如图3所示。

另一个要点是，直流偏置的电平还会影响交流电压对有效电容的影响。当施加的直流电压较小时，如果交流电压幅度也接近于零，则交流电压依赖性效应会变得更加明显，并且有效电容可能会下降多达30％（再次参见图3）。

另一方面，如果由于直流偏置效应而使电容降已经超过50％（再次参见图2），则由于交流信号引起的电容损耗将变得小得多。因此，根据实际信号条件，必须在考虑直流偏置和交流电压依赖性影响的同时谨慎考虑有效电容。

TCC和频率依赖性

在典型的MLCC数据表上可以找到另外两个图，分别是电容的温度特性（TCC）和频率相关特性。与直流偏置和交流电压相关的影响相比，TCC和频率相关的影响不那么明显，在大多数情况下，电容变化的贡献不到20％。

TCC由MLCC的电介质类型（例如X5R，X6S，X7R等）调节。因此，电容变化在每种介电类型的定义之内就不足为奇了。例如，X5R或X7R的变化为15％。但是请注意，由TCC定义的电容变化范围与电容容差无关。

所以，对于22 F，20％的X7R MLCC，在最坏的情况下，初始电容可能低至15 F ［22 F×80％（公差的下限）×85％（假设它保持不变）。在125°C时电容的85％）= 14.96 F］，甚至在施加任何电压之前也是如此。