为什么陶瓷电容似乎不合规格,但其实不然?

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作者:Digi-Key工程师 Rick Wiens

对陶瓷电容(通常也称MLCC,即多层陶瓷电容)而言,“容差”一词是指设备电容与标称值的偏差,这仅仅是由制造过程中的变化引起的。 容差是在严格定义的测试条件下测量的,该过程经过专门设计以排除其他因素对指定设备的测量电容的影响。

将“容差”理解为一个总范围是一种普遍的误解,有人认为无论测量条件如何,测量值都应在标称值的规定容差范围内。许多产品的特性非常稳定,因此很容易让人忽略这一区别;而陶瓷电容并不属于这类产品。(那些基于1类电介质的陶瓷电容为例外;关于电介质分类的说明,请参阅这篇帖子。)

然而,许多基于2类和3类电介质的陶瓷电容的电容特性极不稳定,因此随意测量往往会得出超出标称值的规定“容差”之外的电容值。这并不代表产品有缺陷或不合规格,这只是技术的性质和特点所致。

影响陶瓷电容的观测电容的三个重要因素可归纳为三个“T”:测试信号(Test signal)、温度(Temperature)和时间(Time)。

测试信号 举例而言,下图摘自CL31A106KAHNNNE特性表,展示了直流偏置和交流测试信号振幅对观测的电容值产生的影响。在这种情况下,稍微改变交流电测试信号的振幅,就会导致观测的电容值出现-15%到+10%之间的浮动。而直流偏置造成的影响更大;在仅有四分之一的额定电压的情况下,设备的电容会降低一半。对于那些认为所有偏差都不会超出标称的+/-10%容差值的人来说,这可能会让他们大吃一惊。

请注意,这种程度的变化是很常见的,并且所示零件在此方面与同类产品相比没有明显的好坏之分。不过,该产品的厂商非常贴心地以特性表的形式清晰明了地展示出特定设备的特性。

温度 下图展示了几个具有不同温度特性的电容系列的电容随温度变化的例子。除了1类电介质(C0G)设备外,在那些工作温度有显著变化的应用中预期的最小变化幅度约为10%。请注意,该图只说明了温度的影响:其他因素也会进一步增加所观测的电容值的变化幅度。同样地,对于那些认为所规定的“容差”是一个总体概念的人来说,这也可能是一个不受欢迎的意外现实。

时间: 最后,陶瓷电容(同样排除1类电介质)会出现老化现象,即,其电容会随着时间的推移逐渐减少,从最后一次加热到材料特定温度时开始计算,这种加热通常发生在初始制造阶段,也可能发生在组装阶段。这种影响的程度取决于材料并且是不断累积的,通常高达每十倍时几个百分点。这篇帖子更详细地描述了这种影响。时间因素可以增加或掩盖其他因素对所观测的电容值的影响(依据具体情况而定)。无论如何,当“容差”被误解为一个总范围时,这本身就会导致设备表现出超过容差范围的情况。

综上所述:

  • “容差”仅表示一个会影响陶瓷电容观测值的因素,而非所有因素的总和。

  • 这些其他因素所造成的影响可能远大于指定的容差值。但这并不能被视为产品缺陷或不符合产品规格。

  • 使用的测试信号、设备温度和设备最后一次去老化后的时间都会影响陶瓷电容的观测电容。所有这些因素都必须符合厂商的测试条件,以便进行有效的电容测量,从而最终确定该电容是否符合厂商的规格。

  • 许多万用表上的电容测量功能并不能有效地确定产品是否符合厂商的规格。

  • 如果您需要一个已知的稳定电容,根本不用考虑基于1类电介质(C0G或NP0最为常见)以外的陶瓷电容。

英文原文链接:Why ceramic capacitors may seem out of spec, but aren’t

测试高容量MLCC