Ключевые выводы

• Независимо от типа конденсатора, керамические конденсаторы имеют пониженные номиналы, чтобы предотвратить чрезмерную нагрузку и другие неблагоприятные эффекты, вызванные приложенным напряжением и температурой.

• Снижение номинальных характеристик можно осуществить, ограничив приложенное напряжение примерно на 50 % ниже номинального напряжения. Этот тип снижения номинальных характеристик называется снижением номинальных значений напряжения.

• Метод снижения номинальных характеристик, который ограничивает температуру до 15 ℃ ниже максимальной номинальной рабочей температуры, называется снижением номинальных характеристик по температуре. 

Снижение номинального напряжения керамического конденсатора должно составлять не менее 50% от ожидаемого напряжения, чтобы обеспечить безрисковую работу.

Керамические конденсаторы часто используются в электронных схемах из-за таких характеристик, как точность, допуск, размер, высокое напряжение и высокая мощность. Процесс выбора керамических конденсаторов для любой схемы должен учитывать ожидаемое напряжение, возникающее на керамическом конденсаторе, поскольку ухудшение характеристик конденсатора, вызванное приближением приложенного напряжения к номинальному значению напряжения, вредно как для компонента, так и для схемы. Метод снижения номинальных характеристик, при котором конденсатор используется из-за его пониженной номинальной емкости, помогает защитить керамические конденсаторы от таких рисков. Снижение номинального напряжения керамического конденсатора должно составлять не менее 50 % ожидаемого напряжения, чтобы обеспечить безопасную работу. В этой статье мы рассмотрим снижение номинальных характеристик керамического конденсатора и  требования к его напряжению . 

Типы керамических конденсаторов 

Керамические конденсаторы известны своими компактными физическими размерами, большой емкостью и высоким сопротивлением изоляции. Их изготавливают путем обжига тонкой пленки металла при высоких температурах с обеих сторон уложенных друг на друга керамических  диэлектрических слоев . Металлическая пленка обычно изготавливается из серебра. Выводы припаиваются к металлической пленке или прикрепляются прижимным контактом. Вся упаковка герметизирована для защиты от окружающей среды и электрической изоляции. Этот тип керамического конденсатора называется керамическим дисковым конденсатором.

Другой тип керамического конденсатора, называемый многослойным керамическим конденсатором (MLCC), имеет небольшой размер и часто используется в  технологиях поверхностного монтажа ,  системах подавления электромагнитных или радиопомех или в качестве проходных конденсаторов. Независимо от типа конденсатора, керамические конденсаторы имеют пониженные номиналы, чтобы предотвратить чрезмерную нагрузку и другие неблагоприятные эффекты, вызванные приложенным напряжением и температурой. 

Снижение номинальных характеристик керамического конденсатора 

Надежность, защита от чрезмерных импульсных токов и стабильность основных электрических параметров являются физическими причинами, которые приводят к снижению номинальных характеристик конденсаторов любого типа. Надежность керамических конденсаторов в условиях высокой влажности высока, так как керамика непроницаема для влаги. Однако керамические конденсаторы демонстрируют низкую надежность при изменении температуры. Керамические конденсаторы также подвержены отказам в виде коротких замыканий, обрывов цепи или дрейфа параметров. Чрезмерный импульсный ток может вызвать термическую деградацию, а также фатальные отказы. В зависимости от напряжения и температуры изменяются электрические параметры, такие как емкость, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и эквивалентная последовательная индуктивность (ESL). 

Методы снижения номинальных характеристик керамических конденсаторов

Снижение номинальных характеристик означает уменьшение количества факторов, ускоряющих нагрузку, чтобы работа конденсатора стала менее подверженной сбоям. Напряжение и температура являются факторами ускорения нагрузки в конденсаторах. Совокупное влияние напряжения и температуры имеет решающее значение для загрузки конденсатора. На значение емкости влияет повышение напряжения и температуры. Когда приложенное напряжение приближается к номинальному напряжению, наблюдается ухудшение емкости конденсатора. При повышении температуры в цепях наблюдается уменьшение емкости.

В керамических конденсаторах снижение номинальных характеристик может быть достигнуто путем управления параметрами снижения номинальных характеристик, а именно напряжением и температурой. Установлено, что снижение номинальных характеристик является наиболее эффективным способом предотвращения выхода из строя, а также дрейфа параметров керамических конденсаторов. Это можно сделать, ограничив приложенное напряжение примерно на 50% ниже номинального напряжения. Этот тип снижения номинальных характеристик называется снижением номинальных значений напряжения. Другой метод снижения номинальных характеристик заключается в ограничении температуры до 15 ℃ ниже максимальной номинальной рабочей температуры; этот метод называется температурным снижением номинальных характеристик.

Снижение номинального напряжения керамического конденсатора

Керамические конденсаторы подвержены ухудшению емкости при приложенном напряжении. Емкость керамических конденсаторов X7R, X5R и Y5V со временем уменьшается из-за релаксации или перестройки электрических диполей внутри конденсатора. Снижение емкости керамики достигает 80% при номинальном напряжении. Это явление известно как коэффициент емкости по напряжению.

Рекомендуется использовать керамический конденсатор при более низком напряжении, чем номинальное напряжение, чтобы исключить влияние коэффициента емкости по напряжению. Снижение номинального напряжения выражается в процентах напряжения, которое вычитается из номинального напряжения. Например, снижение напряжения керамического конденсатора на 30 % означает, что керамический конденсатор должен работать при 70 % номинального напряжения.

Выбор керамического конденсатора с номинальным напряжением, превышающим или равным удвоенному напряжению, которое должно быть приложено к нему в данном приложении, является наилучшей практикой для снижения номинальных характеристик. Поскольку энергия, хранящаяся в конденсаторе, зависит от квадрата напряжения, снижение номинального напряжения керамического конденсатора влияет на способность керамического конденсатора передавать энергию.

Для предотвращения взрывов и уменьшения коэффициента емкости по напряжению лучше всего выбирать керамический конденсатор со снижением напряжения, составляющим около 50% от номинального напряжения.

Источник：Каденс