MLCC陶瓷介質(zhì)的電壓特性

Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)陶瓷電容器的介電常數(shù)（K）隨加載的直流偏壓的變化而變化。這種變化是由于電壓應(yīng)力（voltage stress）限制了陶瓷介質(zhì)某些極化機(jī)理的自由度造成的。對(duì)于給定的直流偏置。介電常數(shù)越高，介電常數(shù)的變化就越大。對(duì)于Ⅰ類(lèi)陶瓷介質(zhì)，我們測(cè)量不出容值隨直流偏壓變化，所以我們認(rèn)為Ⅰ類(lèi)陶瓷介質(zhì)的容量幾乎不隨直流偏壓變化。Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)陶瓷介質(zhì)（IEC標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)稱(chēng)Ⅱ類(lèi)）因其介電常數(shù)（K）一般較大，所以它的容量隨直流偏壓變化比較明顯。

1.? ? MLCC直流偏壓特性的測(cè)試方法

1）? 測(cè)試設(shè)備

測(cè)試設(shè)備推薦德科技的LCR測(cè)試儀E4980A，配套測(cè)試夾具16034E/G。

2）? 測(cè)試條件

測(cè)試頻率和測(cè)試電壓。

直流偏壓：0～U_R（額度電壓）。

施加直流偏壓時(shí)間：60s。

測(cè)試溫度：（25±3）℃。

下面提供各陶瓷介質(zhì)直流偏壓時(shí)的容值變化比曲線，Ⅰ類(lèi)介質(zhì)的除U2J外，NP0系列容值幾乎不隨直流偏壓變化。

2.? ? Ⅰ類(lèi)陶瓷絕緣介質(zhì)的直流偏壓特性

C0G（NP0）和C0H（NP0）的容值幾乎不隨直流電壓變化，U2J容值隨直流電壓升高而降低（見(jiàn)下圖）。

3.? ? Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)陶瓷絕緣介質(zhì)的直流電壓特性（DC voltage dependence）

高介電常數(shù)型（Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)）電容器的電容值隨施加的直流電壓而變化。當(dāng)電容器被選擇用于直流電路時(shí)，請(qǐng)考慮直流電壓特性。陶瓷電容器的電容值會(huì)隨外加電壓的變化而急劇變化。為了確保穩(wěn)定的容值，請(qǐng)確認(rèn)以下內(nèi)容：

a、判定MLCC因加載電壓造成的容值變化是否在接受范圍內(nèi)；

b、在直流電壓特性中，容值的變化隨著電壓的增大而降低，即使加載的電壓低于額定電壓。

c、當(dāng)高介電常數(shù)MLCC用于容值偏差要求精確的電路（如時(shí)間常數(shù)電路）時(shí)，請(qǐng)仔細(xì)考慮電壓特性，并在系統(tǒng)實(shí)際工作條件下確認(rèn)各項(xiàng)特性。

我們通過(guò)鐵材料的電壓特性曲線（見(jiàn)上圖）可得出隨著直流電壓增大容值降低這個(gè)規(guī)律，證明直流電壓對(duì)容值有影響。留意在其他方面的同等材料，其電壓特性的規(guī)格要求的限定有何影響。對(duì)于X7R來(lái)說(shuō)如果沒(méi)有限定規(guī)格要求，那么它的直流電壓特性是很寬泛的，X7R如果加載直流電壓到其額定電壓，容值變化比最大到-63%，在陶瓷介電材料類(lèi)別所定義的溫度范圍內(nèi)，直流電壓特性隨額定電壓增加，換句話說(shuō)介質(zhì)厚度不隨額定電壓按比例增長(zhǎng)。這樣電場(chǎng)強(qiáng)度隨著額定電壓的增加而增加，這反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致了電壓特性增強(qiáng)。

1）? X7R的直流偏壓特性

X7R所加載的直流電壓在額定電壓范圍內(nèi)容值隨著電壓的增大而降低，容值變化比基本保持在-90%～+10%之間，一般情況下，容值較大的隨頻率變化較大，在容值和加載電壓都相同的情況下尺寸較小的容值變化較大。

為了描述X7R的容值變化與頻率的關(guān)系，我們挑選具有代表性的容值規(guī)格的容值變化比電壓曲線進(jìn)行對(duì)比，這些代表性的容值規(guī)格電壓盡可能地選低壓50V，容值分別為：100pF、1nF、10nF、100nF、1μF、10μF、47μF，每個(gè)容值規(guī)格挑選不同尺寸。圖1～圖4為某知名MLCC廠家（MA）的容值變化比-直流偏壓特性曲線圖。

圖1? X7R容值變化比-直流偏壓特性曲線（50V不同容值規(guī)格）

圖2? X7R容值變化比-直流偏特性壓曲線（1nF中高壓規(guī)格）

圖3 X7R容值變化比-直流偏壓特性曲線（10nF中高壓規(guī)格）

圖4? X7R容值變化比-直流偏壓特性曲線（100nF中高壓規(guī)格）

2）?X5R的直流偏壓特性

X5R所加載的直流電壓在額定電壓范圍內(nèi)容值隨著電壓的增大而降低，跟容值大小沒(méi)有明顯規(guī)律性，容值變化比基本保持在-90%～+10%之間，一般情況下，容值較大的隨頻率變化較大，在容值和加載電壓都相同的情況下尺寸較小的容值變化較大。理論上，因X5R的介電常數(shù)比X7R大，所以它受直流偏壓影響更明顯，例如同樣是100nF，50V規(guī)格，在加載50V電壓時(shí)，X5R的容值下降幅度大于X7R。

為了描述X5R的容值與直流偏壓的關(guān)系，我們挑選具有代表性的容值規(guī)格的容值變化比-直流偏壓特性曲線進(jìn)行對(duì)比，容值分別為100pF、1nF、10nF、100nF、1μF、10μF、100μF，每個(gè)容值規(guī)格挑選不同尺寸且包含此規(guī)格的最小尺寸，在容值和尺寸一定的情況下，電壓盡可能地選最高。圖5為某知名MLCC廠家（MA）的容值變化比-直流偏壓特性曲線圖。

圖5? X5R容值變化比-直流偏壓特性曲線

容值變化比測(cè)試條件：CP≤1nF，AC=1V@1MHz；1nF＜CP≤10μF，AC=1V@1kHz；CP＞10μF，AC=0.5V@120Hz。

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3）? Y5V的直流偏壓特性

Y5V因其介電常數(shù)大于X7R和X5R，所以它受直流偏壓影響更為明顯，直流偏壓曲線的坡度比X7R和X5R大很多。

為了描述Y5V的容值與頻率的關(guān)系，我們挑選具有代表性的容值規(guī)格的容值變化比-直流偏壓特性曲線進(jìn)行對(duì)比，容值分別為22nF、47nF、100nF、470nF、1μF、10μF，每個(gè)容值規(guī)格挑選不同尺寸且包含此規(guī)格的最小尺寸，在容值和尺寸一定的情況下，電壓盡可能地選最高。圖6為某知名MLCC廠家（SG）的容值變化比-直流偏壓特性曲線圖。

圖6? Y5V容值變化比-直流偏壓特性曲線

容值變化比測(cè)試條件：CP≤1nF，AC=1V@1MHz；1nF＜CP≤10μF，AC=1V@1kHz；CP＞10μF，AC=0.5V@120Hz。

1.? ? MLCC交流電壓特性的測(cè)試方法

1）? 測(cè)試設(shè)備

測(cè)試設(shè)備推薦德科技的LCR測(cè)試儀E4980A，配套測(cè)試夾具16034E/G。

2）? 測(cè)試條件

測(cè)試頻率：C≤10μF，1kHz，C＞10μF，120Hz。

AC電壓：0.01～2.0Vrms

施加AC電壓時(shí)間：30s

測(cè)試溫度：（25±3）℃

2.? ? Ⅰ類(lèi)陶瓷絕緣介質(zhì)的交流電壓特性

Ⅰ類(lèi)陶瓷絕緣介質(zhì)典型代表C0G（NP0）容值幾乎不隨交流電壓變化，U2J容值隨交流電壓的增大而降低（如下圖所示）。

3.? ?Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)陶瓷絕緣介質(zhì)的交流電壓特性（AC voltage dependence）

在電容器兩端的交流電壓產(chǎn)生了一個(gè)與直流電壓比相反的效果。高介電常數(shù)型（Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)）電容器的電容值隨施加的交流電壓而變化。當(dāng)電容器被選擇用于交流電路時(shí)，請(qǐng)考慮交流電壓特性。陶瓷電容器的電容值變化比與交流電壓之間的關(guān)系見(jiàn)下圖。

Ⅱ類(lèi)陶瓷絕緣介質(zhì)50V以下規(guī)格取0～2V，AC交流電壓區(qū)間的容值變化比曲線圖參考圖7～圖11。X7R和X5R的容值變化比隨著交流電壓的增大而增大，Y5V容值變化比隨交流電壓的增大，先升后降。容值變化比測(cè)試條件：CP≤1nF，1MHz；1nF＜CP≤10μF，1kHz；CP＞10μF，120Hz。容值變化比參照點(diǎn)：CP≤10μF，以1V AC為參照點(diǎn)，CP＞10μF，以0.5V AC為參照點(diǎn)（包含X5R，01005容值大于等于680pF）。

1）? X7R容值變化比-交流電壓特性曲線

在100pF～47μF容值范圍內(nèi)，挑選具有代表性的低壓規(guī)格，它們?cè)?～2V AC范圍內(nèi)的交流電壓曲線如下。從圖7曲線可以看出，10μF以下規(guī)格容值變化較小（約在±10%以內(nèi)），10μF以上規(guī)格容值變化較大（接近±40%）。

X7R額定250V DC中壓規(guī)格的交流電壓曲線見(jiàn)圖8，1nF和10nF的容值變化隨交流電壓的增大而增大，但是100nF和1μF的容值變化比隨交流電壓的增大而降低。所以X7R全部規(guī)格的交流電壓特性并沒(méi)有一致性規(guī)律。

圖7? X7R容值變化比-交流電壓特性曲線

圖8? X7R容值變化比-交流電壓特性曲線（250V額定電壓）

X7R高壓1KV的容值變化比-交流電壓特性曲線見(jiàn)圖9，曲線成拋物線狀先升后降。峰值大約在交流100～200V AC的范圍。

圖9? X7R容值變化比-交流電壓特性曲線（1KV額定電壓）

2）? X5R容值變化比-交流電壓特性曲線

在100pF～100μF容值范圍內(nèi)，挑選具有代表性的低壓規(guī)格，它們?cè)?～2V AC范圍內(nèi)的交流電壓曲線如下。從圖10中的曲線可以看出，X5R容值變化幅度無(wú)論容值大小明顯大于X7R。

圖10 X5R容值變化比-交流電壓特性曲線

3）? Y5V容值變化比-交流電壓特性曲線

在22nF～100μF容值范圍內(nèi)，挑選具有代表性的低壓規(guī)格，它們?cè)?～2V AC范圍內(nèi)的交流電壓曲線見(jiàn)圖11。從圖11中的曲線可以看出，Y5V容值變化與X7R和X5R相比有所區(qū)別，交流電壓在0～2V AC范圍內(nèi)，Y5V曲線基本上是先升后降，而X7R和X5R的容值隨著電壓逐漸增大。

圖11? Y5V容值變化比-交流電壓特性曲線