影响II类MLCC有效电容的因素

多年来，多层陶瓷电容器（MLCC）因其众多优势而成为表面贴装电容器的首选，例如具有广泛的可用电容范围、无极性、低ESR和低成本。大多数设计人员了解到，当在电容器上施加直流偏置时，II类MLCC的有效电容会显著降低。

然而，除了直流偏置效应外，还有其他重要因素会影响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。

首先，让我们讨论一下直流偏置效应，这可能是有效电容降低最为明显的因素。举例来说，当施加3V的直流电（相当于额定电压的47%）时，1µF、6.3V额定值的X5R MLCC的有效电容可以降低至0.36µF。需要注意的是，用于直流偏置测量的标准信号条件是1kHz时的500mV RMS。这表明与1µF标称电容相比降低了64%（参见图1）。

1.在图中，我们可以观察到随着施加的直流偏置电压增加，有效电容如何下降。当施加直流电压时，II类MLCC所使用的钛酸钡（BaTiO3）介电材料中的一些偶极子会被锁定。当交流电压变化时，这些锁定的偶极子将无法移动，导致电容减小。直流偏置效应是所有电气工程师都已充分观察到的现象。

现在，如果将交流电平从500mV RMS降低至10mV RMS，同时保持相同的1kHz频率和3V直流偏置，有效电容将进一步降至0.32µF，降低额外的4%。然而，增加交流信号幅度会增加有效电容（参见图2），尽管这种增加可能微不足道。需要注意的是，这并非普遍适用。

图2展示了在施加3V直流偏置电压的情况下，不同交流电压水平下的有效电容。

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。

根据下图所示，交流电压的电平会影响未施加直流偏置时的有效电容。

另一个要注意的是，直流偏置电压的电平也会影响交流电压对有效电容的影响。当直流电压较小时，如果交流电压幅度接近零，则交流电压依赖性效应将更加显著，有效电容可能会下降高达30％（再次参见图3）。

另一方面，如果由于直流偏置效应导致电容降低超过50％（再次参见图2），则由交流信号引起的电容损耗将明显减小。因此，在考虑有效电容时，必须谨慎考虑直流偏置和交流电压依赖性的影响，具体取决于实际的信号条件。

TCC和频率依赖性

在典型的MLCC数据表中，还可以找到与电容相关的两个附加图表，分别是温度特性（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和频率相关的影响并不那么明显，大多数情况下，电容变化不超过20％。

TCC受MLCC所使用的电介质类型（例如X5R、X6S、X7R等）的调节。因此，电容的变化在每种介电类型的定义范围内是正常的。例如，X5R或X7R的变化为15％。然而，请注意，根据TCC定义的电容变化范围与电容容差无关。因此，对于一个标称为22µF、容差为20％的X7R MLCC来说，在最坏的情况下，初始电容可能会降至15µF [22µF×80％（容差下限）×85％（假设它保持不变，电容的85％在125°C时）= 14.96µF]，即使在施加任何电压之前也是如此。

图4显示了对于相同的10V、1µF MLCC，电容值如何随着交流信号频率的增加而减小。施加直流偏置时，电容变化变得更小。