Pri konštrukcii viacvrstvových keramických kondenzátorov (MLCC) si elektrotechnici často vyberajú dva typy dielektrika v závislosti od aplikácie – Trieda 1, neferoelektrické materiálové dielektrika, ako napríklad C0G/NP0, a Trieda 2, dielektrika feroelektrického materiálu, ako napríklad X5R a X7R.Kľúčový rozdiel medzi nimi je v tom, či má kondenzátor so zvyšujúcim sa napätím a teplotou stále dobrú stabilitu.Pri dielektrikách triedy 1 zostáva kapacita stabilná, keď sa aplikuje jednosmerné napätie a prevádzková teplota stúpa;Dielektrika triedy 2 majú vysokú dielektrickú konštantu (K), ale kapacita je menej stabilná pri zmenách teploty, napätia, frekvencie a v čase.
Aj keď sa kapacita môže zvýšiť rôznymi konštrukčnými zmenami, ako je zmena povrchovej plochy elektródových vrstiev, počtu vrstiev, hodnoty K alebo vzdialenosti medzi dvoma elektródovými vrstvami, kapacita dielektrika triedy 2 nakoniec prudko klesne, keď je privedené jednosmerné napätie.Je to spôsobené prítomnosťou javu nazývaného jednosmerné predpätie, ktorý spôsobuje, že feroelektrické formulácie triedy 2 nakoniec zaznamenajú pokles dielektrickej konštanty, keď sa použije jednosmerné napätie.
Pre vyššie hodnoty K dielektrických materiálov môže byť účinok jednosmerného predpätia ešte závažnejší, pričom kondenzátory môžu stratiť až 90 % alebo viac svojej kapacity, ako je znázornené na diagrame.
Dielektrická pevnosť materiálu, tj napätie, ktoré môže daná hrúbka materiálu vydržať, môže tiež zmeniť vplyv jednosmerného predpätia na kondenzátor.V USA sa dielektrická pevnosť zvyčajne meria vo voltoch/mil (1 mil sa rovná 0,001 palca), inde sa meria vo voltoch/mikrón a je určená hrúbkou dielektrickej vrstvy.V dôsledku toho môžu rôzne kondenzátory s rovnakou kapacitou a menovitým napätím fungovať výrazne odlišne v dôsledku ich rôznych vnútorných štruktúr.
Stojí za zmienku, že keď je aplikované napätie väčšie ako dielektrická pevnosť materiálu, prechádzajú cez materiál iskry, čo vedie k potenciálnemu vznieteniu alebo riziku výbuchu malého rozsahu.
Praktické príklady, ako sa generuje jednosmerná odchýlka
Ak vezmeme do úvahy zmenu kapacity v dôsledku prevádzkového napätia v spojení so zmenou teploty, potom zistíme, že strata kapacity kondenzátora bude väčšia pri špecifickej teplote aplikácie a jednosmernom napätí.Vezmime si napríklad MLCC vyrobený z X7R s kapacitou 0,1 µF, menovitým napätím 200 V DC, vnútorným počtom vrstiev 35 a hrúbkou 1,8 mil (0,0018 palca alebo 45,72 mikrónov), čo znamená, že pri prevádzke pri 200 V DC dielektrikum vrstva má iba 111 voltov/mil alebo 4,4 voltov/mikrón.Pri hrubom prepočte by VC bola -15 %.Ak je teplotný koeficient dielektrika ±15 % AC a VC je -15 % AC, potom je maximálna TVC +15 % – 30 % AC.
Dôvod tejto odchýlky spočíva v kryštálovej štruktúre použitého materiálu triedy 2 – v tomto prípade titaničitanu bárnatého (BaTiO3).Tento materiál má kubickú kryštálovú štruktúru, keď je Curieho teplota dosiahnutá alebo vyššia.Keď sa však teplota vráti na okolitú teplotu, dôjde k polarizácii, pretože zníženie teploty spôsobí, že materiál zmení svoju štruktúru.K polarizácii dochádza bez akéhokoľvek vonkajšieho elektrického poľa alebo tlaku a toto je známe ako spontánna polarizácia alebo feroelektrina.Keď sa na materiál aplikuje jednosmerné napätie pri teplote okolia, spontánna polarizácia je spojená so smerom elektrického poľa jednosmerného napätia a dochádza k obráteniu spontánnej polarizácie, čo vedie k zníženiu kapacity.
V súčasnosti, dokonca aj s rôznymi konštrukčnými nástrojmi, ktoré sú k dispozícii na zvýšenie kapacity, kapacita dielektrika triedy 2 stále výrazne klesá, keď sa aplikuje jednosmerné napätie v dôsledku prítomnosti javu jednosmerného predpätia.Preto, aby ste zabezpečili dlhodobú spoľahlivosť vašej aplikácie, musíte pri výbere MLCC okrem nominálnej kapacity MLCC vziať do úvahy aj vplyv DC predpätia na komponent.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., založená v roku 2010, je profesionálny výrobca špecializujúci sa na SMT pick and place stroj, reflow pec, stroj na tlač šablón, výrobnú linku SMT a ďalšie produkty SMT.Máme vlastný výskumný a vývojový tím a vlastnú továreň, ktorá využíva náš vlastný bohatý skúsený výskum a vývoj, dobre vyškolenú výrobu, získala skvelú povesť od zákazníkov z celého sveta.
Veríme, že skvelí ľudia a partneri robia z NeoDen skvelú spoločnosť a že náš záväzok voči inováciám, diverzite a udržateľnosti zaisťuje, že automatizácia SMT je dostupná každému nadšencovi kdekoľvek.
Čas odoslania: máj-05-2023