【導讀】在接觸電容器的過程中,常常會因為溫度的變化而對設計電路的效果產(chǎn)生影響 ,如果能充分考慮到溫度變化對電容器的影響,就可以將這種負面效果消除,甚至可以利用這種隨溫度而變化的特點。本文將對"靜電容量的溫度特性"進行說明。
各種電容器的溫度特性
一般來說,電容器的靜電容量會隨著使用溫度的變化而變化。變化幅度越小,溫度特性越好;幅度越大,溫度特性越差。當電容器使用于溫度較高的汽車引擎室內(nèi)或者南極等寒冷地區(qū)的電子設備中時,必須考慮其使用環(huán)境條件來進行設計。
具有代表性溫度特性的各種電容器的靜電容量變化率-溫度特性,如圖1所示。溫度特性良好的電容器有導電性高分子鋁電解電容器(高分子AI)、薄膜電容器(Film)、溫度補償用獨石陶瓷電容器 (MLCC<C0G>)。導電性高分子鉭電容器(高分子Ta)、高介電常數(shù)獨石陶瓷電容器(MLCC<X5R,Y5V>)在高溫 區(qū)域中靜電容量變化變大。
圖1:各種電容器的電容變化率-溫度特性(例)
獨石陶瓷電容器的溫度特性
獨石陶瓷電容大致分為2類,不同類型的溫度特性不同。
(1)一種是在公共標準中被歸類于種類Ⅰ (Class1)的溫度補償用獨石陶瓷電容器中,使用了二氧化鈦與鋯酸鈣類電介質(zhì)材料,其靜電容量對溫度幾乎呈現(xiàn)直線性變化。將溫度發(fā)生的變化稱為溫度系 數(shù),其數(shù)值以每1℃的百萬分之一作為單位(ppm/℃)表示。溫度系數(shù)根據(jù)基準溫度(IEC,JIS標準中為20℃,EIA標準中為25℃,此處以25℃ 為基準)中的靜電容量值C25與分類上限溫度(最高使用溫度:設計上可連續(xù)使用電容器的最高環(huán)境溫度)中的靜電容量值CT定義得出。
EIA標準中規(guī)定了0ppm/℃~-750ppm/℃范圍內(nèi)的數(shù)種靜電容量溫度系數(shù)。關于代表性材料的溫度特性,如下所示(參考圖2)。適用的JIS及EIA標準的摘錄,如表1所示。
圖2:溫度補償用電容器的電容變化率-溫度特性(例)
表1:溫度補償用獨石陶瓷電容器的溫度系數(shù)值和公差以及其標記
溫度補償用獨石陶瓷電容器有在-55~+125℃溫度范圍內(nèi)的靜電容量變化溫度系數(shù)最大±30ppm/℃(25℃基準),與溫度變化幅度小的COG特性產(chǎn)品。原本,溫度補償用獨石陶瓷電容器就因為電介質(zhì)材料,相對介電常數(shù)較小,存在無法實現(xiàn)大容量這一產(chǎn)品缺點。[page]
(2) 另一種是在公共標準中被歸類于Class2(種類2)的高介電常數(shù)獨石陶瓷電容器,使用了鈦酸鋇系的介電質(zhì)材料,其靜電容量值對溫度呈現(xiàn)出不規(guī)則的變化。 因此,靜電容量-溫度特性的標準值是針對基準溫度(此處以25℃為基準)的靜電容量值C25,通過適用溫度范圍內(nèi)的靜電容量變化率的最大值與最小值進行規(guī) 定。(參照式2)。
適用的JIS及EIA標準值的摘錄,如表2所示。分類溫度范圍內(nèi),包括靜電容量值變化率限制在±15%以內(nèi)的產(chǎn)品(X5R特性品)到容許+22~-82% 的產(chǎn)品(Y5V特性品)等多種產(chǎn)品規(guī)格。近年來,靜電容量變化率在±15%級的X5R特性品的使用比率有增加趨勢,建議電路設計人員謹慎選擇。
表2:高介電常數(shù)型獨石陶瓷電容器的溫度特性規(guī)格及其標記