陶瓷電容器的電壓降額

任何類型的電容器在低于其最大額定電壓的情況下都能確保更長的工作壽命。當(dāng)施加接近其額定極限的電壓和暴露在高溫下時(shí)，此類部件的性能將降低。通過選擇限制施加的電壓，可以減少這種影響。

陶瓷電容器是最常見的電容器類型今天，他們的包裝和組件的使用是緊湊的。他們的名字來自建筑材料；它們由金屬漿和陶瓷粉末交替層構(gòu)成，然后烘烤以固化陶瓷材料。由于它們是非極化元件，因此可用于交流和直流電路，并具有一系列電容值，使其成為耦合、去耦和濾波電路的理想選擇。

陶瓷電容器的優(yōu)點(diǎn)之一是其名義上的最高電壓值很高。當(dāng)他們的額定電壓超過一個(gè)小的幅度，他們的電容下降，沒有任何重大故障。如果暴露在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出額定最大值的電壓下，陶瓷材料有破裂的趨勢，導(dǎo)致金屬板之間短路。假設(shè)過電流保護(hù)到位，這種故障模式將是相對(duì)良性的。然而，對(duì)于設(shè)計(jì)者來說，選擇合適的陶瓷電容器電壓降額是很重要的，以確保在運(yùn)行期間不會(huì)發(fā)生這種故障，從而保持新設(shè)計(jì)的壽命。

需要考慮的一個(gè)重要因素是，陶瓷電容器的電容值將隨著元件上的電壓接近最大額定電壓而減小。在某些部件中，這種降低會(huì)顯著影響電路的工作。這種效果受到組件物理尺寸的強(qiáng)烈影響。SM06D陶瓷電容器的額定電容值比SM06陶瓷電容器的額定值慢得多。這種效應(yīng)在具有高介電常數(shù)的元件中也更為突出，例如具有II類介電特性的器件（例如B/X5R和R/X7R）。當(dāng)信號(hào)處理電路中的陶瓷電容器上存在直流偏壓時(shí)，這種效應(yīng)可能會(huì)產(chǎn)生問題。偏置電壓可以顯著降低影響基極電路工作特性的總電容。疊加在偏置電壓頂部的信號(hào)電壓可以加劇或減輕這種變化，這取決于其極性，從而導(dǎo)致與信號(hào)電壓成比例的電容變化。由于電容的變化，固結(jié)效應(yīng)是一種非線性的表現(xiàn)。通過確保根據(jù)峰值信號(hào)電壓和直流偏壓計(jì)算出的電容器上的最大電壓保持在元件電容特性的范圍內(nèi)，電容變化最小，就可以解決這個(gè)問題。這可能需要仔細(xì)選擇電介質(zhì)特性符合設(shè)計(jì)師要求的組件。

對(duì)陶瓷電容器的另一個(gè)影響是暴露在額定電壓限值內(nèi)的快速瞬變。當(dāng)電壓保持在極限范圍內(nèi)時(shí)，電壓的變化率會(huì)隨著時(shí)間的推移而使陶瓷材料劣化，從而縮短部件的壽命并增加失效的概率。

有一個(gè)共同的經(jīng)驗(yàn)法則，陶瓷電容器的電壓應(yīng)降低至少25%，作為標(biāo)準(zhǔn)，但在其將暴露于電壓紋波效應(yīng)的環(huán)境中，這應(yīng)增加到至少50%。部件的最大額定電壓應(yīng)至少為正常運(yùn)行時(shí)可施加在部件上的最大電壓的兩倍。

更精確的計(jì)算可以通過觀察擊穿電壓和最大額定電壓之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。通常，制造商通過根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和判斷對(duì)擊穿電壓加上裕度來計(jì)算最大額定電壓。擊穿電壓由陶瓷電容器結(jié)構(gòu)中所用材料的特性和材料中存在的缺陷決定。制造過程的質(zhì)量越高，擊穿電壓也就越高——受所用材料的限制。有趣的是，電容值越高，任何制造缺陷對(duì)擊穿電壓的影響就越小。

陶瓷基絕緣材料的性能主導(dǎo)了計(jì)算；研究表明，金屬元素對(duì)結(jié)果影響不大。擊穿電壓通常由電介質(zhì)內(nèi)部的極化過程決定，而不是由任何電擊穿決定。制造商通過確定元件工作特性內(nèi)的區(qū)域來確定擊穿電壓。電壓相關(guān)的質(zhì)量保持在設(shè)備要求的范圍內(nèi)，其預(yù)測可靠性在規(guī)定范圍內(nèi)。然后，設(shè)計(jì)師應(yīng)用的任何降額都是制造商降額系數(shù)的附加值，用于根據(jù)擊穿電壓計(jì)算最大額定電壓。

要記住的一件事是，乍一看，過度降低組件的額定值似乎是最安全的策略，但這將導(dǎo)致選擇物理上更大或更昂貴的組件。所需的額外電路板空間可能不可行，或可能對(duì)電路板的布局和布線造成其他挑戰(zhàn)。在可能存在機(jī)械振動(dòng)的環(huán)境中，較大的部件也會(huì)增加部件內(nèi)部破裂的風(fēng)險(xiǎn)。與所有的設(shè)計(jì)決策一樣，一些后果需要仔細(xì)考慮。