業(yè)內(nèi)提供的標(biāo)準(zhǔn)的多層陶瓷電容都僅用于直流電路。對于用于250V交流電路的浪涌安規(guī)貼片陶瓷電容雖然業(yè)已問世，但需要通過符合國際標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格的脈沖和峰值電壓測試，因此容值范圍受到極大限制。

 

現(xiàn)在，針對250Vac 60Hz持續(xù)交流電的應(yīng)用，Knowles公司的Syfer品牌提供了更高電容值的非安規(guī)的解決方案。

 

 

通過直流偏置電壓可以很好地區(qū)分不同電介質(zhì)的特性：

 

C0G或超穩(wěn)定1類電介質(zhì)材料在外加電壓下容值無偏離或僅有很小的偏離。

 

X7R或穩(wěn)定的2級電介質(zhì)材料在外加電壓下的偏離情況無法一言以蔽之，但可分為幾個子類別：

 

EIA X7R（CECC 2R1）無電壓系數(shù)的要求

 

CECC 2C1/MIL BZ在額定電壓下的直流偏置為+20%~-30%

 

CECC 2X1/MIL BX在額定電壓下的直流偏置為+15%~-25%

 

但是，以上電介質(zhì)都沒有定義在交流電壓下工作時的容值變化。

 

額定電壓是直流的電容器卻常常用在交流環(huán)境下。一般的方法是將直流電容器降額在交流電環(huán)境下使用，這樣做只能提供需要的可靠性，但卻無法得知電容器在實(shí)際工作條件下會產(chǎn)生什么樣的變化。Knowles公司Syfer品牌的250Vac系列電容器旨在保證交流應(yīng)用環(huán)境下的可靠性和一致性。

 

另一個需要考慮的因素是電容器的自發(fā)熱效應(yīng)，這與電容器的容值、耗散因子、頻率和外加電壓的振幅有關(guān)。

 

 

為了明確交流環(huán)境下多層陶瓷電容的性能，Knowles進(jìn)行了廣泛測試。為了獲取電容器在工作中的性能模擬所需要的數(shù)據(jù)，電路設(shè)計(jì)師對電流、容值變化和溫度的上升作了測量。將電容器妥當(dāng)?shù)匕惭b在PCB板上，保證PCB不會給電路系統(tǒng)帶來額外熱量的情況下，在室溫基礎(chǔ)上我們將溫升控制25℃以內(nèi)。

 

Knowles還對其產(chǎn)品作了加速壽命測試，測試在升溫條件下進(jìn)行，電壓和頻率均達(dá)到額定最大值，以確保產(chǎn)品達(dá)到Knowles的高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

 

 

測試顯示了當(dāng)交流電壓作正弦變化，電流通過AC250電容器時隨之發(fā)生的變化，這有助于設(shè)計(jì)師了解對交流應(yīng)用中使用AC250片式電容時的情況。

 

通過電容器的電流定義如下：

 

VrmsXc(1)

 

電抗與頻率和容值相關(guān)。

 

12πfC(2)

 

Xc是以歐姆為單位的容抗，f是以赫茲為單位的頻率，C是法拉為單位的容值。

 

測試選取了不同尺寸和容值的電容樣品進(jìn)行。從0V開始，在50Hz的頻率下遞增交流電壓有效值，可測量到通過電容器的電流。將每個容值單位通過的電流值（使用初始容值）對比外加電壓，即可繪制出測試圖示如下。

 

參考該曲線圖，可根據(jù)容值推測出電路中的電流。例如：一顆1812 56nF的電容器，可推斷通過電路的電流值為4.76mA (0.085mA/nF x 56nF)，而瞬時有效電壓值為200V。變化公式1，我們可計(jì)算得出容抗值，Xc=200/4.76-3 =>42016.81ohms。由此可計(jì)算出理論容值為76nF。

注釋：數(shù)值具有典型性，會隨溫度和精度而改變

 

測試所需設(shè)備：用來讀取電壓和電流值的數(shù)字式電壓表；外加于測試電路的真實(shí)的交流電壓有效值由Chroma 6400系列可編程交流電源提供。

注釋：數(shù)值具有典型性，會隨溫度和精度而改變

 

 

產(chǎn)品尺寸從0805到2220，電介質(zhì)材料為X7R和C0G，容值上限120nF。

 

容值范圍分成四類，分別是在外加電壓下容值變化幾可忽略不計(jì)的C0G， 以及X7R材料的三個子類：X7R A，B和C，其在0V-240V 50Hz下的最大容值變化幅度分別為30%，+30%~-50%以及+30%~-80%。

 

陶瓷電容器基本可劃分為兩大類：穩(wěn)定的2級電介質(zhì)，包括X7R、X5R和X8R，以及超穩(wěn)定的1級電介質(zhì)，包括C0G/NP0。實(shí)際上還存在3級電介質(zhì)，但是這種極少用到。電介質(zhì)的類型決定了它們的性能特色，電路設(shè)計(jì)工程師據(jù)此可視應(yīng)用的具體情形預(yù)測電路性能。

其中紅色字體為Knowles公司Syfer品牌的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品）

 

一般說來，電介質(zhì)特性越穩(wěn)定，所能獲得的容值就越低，為了實(shí)現(xiàn)最高的穩(wěn)定性、最低的損耗和0老化，我們選擇1級電介質(zhì)，代價就是只能實(shí)現(xiàn)低容值；而為了獲取較高的容值，我們選擇2級電介質(zhì)，然而后果就是如上圖所示的性能的波動，以及老化現(xiàn)象和更高的損耗。

 

2級電介質(zhì)另一個極少提及或定義的屬性就是容值的電壓系數(shù)（VCC）。VCC有時非常重要，根據(jù)具體的應(yīng)用要求，它可對電路的性能產(chǎn)生重大的影響。

 

有些種類的電介質(zhì)材料和電容器的VCC性能有所提升，但是選擇性有限。Knowles/Syfer的VC1系列陶瓷電容器（穩(wěn)定VCC，抗壓電效應(yīng)）旨在針對該領(lǐng)域的應(yīng)用給出更寬范圍的選項(xiàng)。

 

長久以來，隨著材料和制造工藝的進(jìn)步以及對于電容器設(shè)計(jì)和失效模式的理解的加深，多層陶瓷電容的體積效率也得到了巨大提升。例如，10年前，Knowles/Syfer僅能提供1812，1kV，56nF的電容，現(xiàn)如今針對同樣的尺寸和電壓，已能實(shí)現(xiàn)180nF的容值。3倍容值的提升是一項(xiàng)重大進(jìn)步，而在低電壓應(yīng)用領(lǐng)域，賤金屬電極及超薄介質(zhì)層技術(shù)的改進(jìn)更是大幅提高了電容的容值密度。但與之相對應(yīng)的代價在于，電容器在工作中的實(shí)際容值，即“殘余容值”可能急劇地降低。

 

VCC與電介質(zhì)材料本身和應(yīng)用于該介質(zhì)材料的電壓應(yīng)力相關(guān)。改進(jìn)電介質(zhì)材料的品質(zhì)以提升介質(zhì)強(qiáng)度可降低介質(zhì)材料的厚度，而這正是提高體積效率的方式。電介質(zhì)材料厚度減半可使得容值提升四倍，因?yàn)獒槍o定厚度，相當(dāng)于使得多層陶瓷電容的層數(shù)變?yōu)橹暗膬杀叮瑢訑?shù)之間的距離變?yōu)橹暗?/2，容值與由電極隔開各層之間重疊的面積之和成一定比例。

 

介質(zhì)材料厚度的逐步減小導(dǎo)致VCC性能的持續(xù)降低；額定電壓下電容器失去90%的名義容值這類現(xiàn)象并不鮮見。由于相關(guān)的安全余量不同，通常情況下高壓電容的性能表現(xiàn)要劣于低壓電容。盡管存在這一缺點(diǎn)，減薄介質(zhì)層厚度畢竟可以提供更高的容值，同時很多用戶也會選擇降額使用電容，因此容值的衰減情況還是可控的。在一些穩(wěn)定性要求高的應(yīng)用中，使用電容器時要謹(jǐn)記這個特性，而且VCC是可以計(jì)算的。

 

為了達(dá)到穩(wěn)定性的要求，一些應(yīng)用中會指定電介質(zhì)的選用，如軍標(biāo)BZ和BX或IECQ-CECC 2C1和2X1分級：

采用這些電介質(zhì)的電容器能提供卓越的穩(wěn)定性，然而也需要付出代價，即其僅限于在參數(shù)范圍內(nèi)使用。就2C1(BZ)系列的電容而言，Knowles/Syfer可提供最大的產(chǎn)品范圍到200V，2225尺寸，120nF。

 

但是我們需要在普通X7R電介質(zhì)的高容值和軍工類電介質(zhì)的高穩(wěn)定性間取得一個平衡，同樣我們也要求提升大尺寸和高電壓的電容器的電壓穩(wěn)定性。Knowles/Syfer評估了各種電介質(zhì)材料的特性，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性和一致性。

 

Knowles/Syfer的VC1系列多層陶瓷電容在額定電壓下提供更大的更穩(wěn)定的容值。經(jīng)過設(shè)計(jì)，在室溫環(huán)境下，隨著電壓逐漸上升到額定電壓值，VC1電容器的容值衰減不會超過50% （相比1Vrms 1kHz時的名義容值）。該系列電容器可在額定電壓下持續(xù)可靠地工作，但如果在低于額定電壓的條件下工作，則可提供更大比例的殘余容值，若在80%的額定電壓下工作，其容值會下降大約40%。下圖是容值隨著電壓的變化而產(chǎn)生的變化曲線，藍(lán)色曲線是VC1系列，而紅色曲線是普通X7R系列。