从温度和电压更改陶瓷电容器的电容，或者将4.7μF电容器变为0.33μF的方式

简介：我很困惑。

几年前，经过25年以上的研究，我学到了有关陶瓷电容器的新知识。在研究LED灯驱动器时，我发现电路中RC链的时间常数看起来与计算得出的时间常数不太相似。

假设将错误的组件焊接到板上，我测量了组成分压器的两个电阻的电阻-它们非常准确。然后，电容器被焊接了-它也很棒。为了确保这一点，我购买了新的电阻器和电容器，对其进行了测量，然后重新焊接。在那之后，我打开电路，检查了主要指示器，并期望看到我的RC链问题得到了解决。

我在自然环境中测试了该电路：在外壳中，该外壳又被自身包裹以模拟吸顶灯的外壳。在某些地方，组件的温度超过100ºC。可以肯定的是，为了刷新内存，我重新阅读了所用电容器的数据表。因此，我开始重新思考陶瓷电容器。

有关陶瓷电容器主要类型的参考信息。

对于那些不记得这一点的人（几乎像每个人一样），表1列出了电容器主要类型的标签及其含义。下表描述了第二和第三类电容器。在不深入讨论的情况下，通常在诸如C0​​G（NP0）的电介质上制造一流的电容器。

表格1。

较低的工作温度				(.)
	(ºC)		(ºC)		(%)
Z	+10	2	+45	A	±1.0
Y	-30	4	+65	B	±1.5
X	-55	5	+85	C	±2.2
–	–	6	+105	D	±3.3
–	–	7	+125	E	±4.7
–	–	8	+150	F	±7.5
–	–	9	+200	P	±10
–	–	–	–	R	±15
–	–	–	–	S	±22
–	–	–	–	T	+22, -33
–	–	–	–	U	+22, -56
–	–	–	–	V	+22, -82

在我人生的过程中，我最经常碰到的电容是X5R，X7R和Y5V。我从未使用过像Y5V这样的电容器，因为它们对外部影响的灵敏度极高。

电容器制造商开发新产品时，他会选择电介质，以使电容器的电容在特定温度范围内的变化不超过特定极限。当温度从-55ºC（第一个字符）变为+125ºC（第二个字符）时，我使用的X7R电容器的容量变化不应超过±15％（第三个字符）。因此，要么我的游戏不好，要么我的计划中发生了其他事情。

并非所有X7R都创建相同。

由于我的RC链的时间常数变化远大于容量的温度系数所能解释的变化，因此我不得不更深入地研究。看着我的电容器的电容从施加的电压中游走了多少，我感到非常惊讶。结果与焊接的面值相差甚远。我拿了一个16V电容器在12V电路中工作。 Datashit说，在这种条件下，我的4.7微法拉转换为1.5微法拉。这解释了我的问题。

Datashit还说，如果仅将大小从0805增加到1206，那么在相同条件下产生的电容将已经是3.4微法拉！此刻需要仔细观察。

我发现Murata®和TDK®站点具有很酷的工具，可以绘制各种条件下的电容器电容。我通过它们运行了4.7微法拉陶瓷电容器，以适应不同的尺寸和额定电压。在图1上显示了构造村田的图表。电容器X5R和X7R的尺寸为0603至1812，电压为6.3至25V。

图1.电容的变化取决于所选电容器的施加电压。


请注意，首先，随着尺寸的增加，电容的变化取决于所施加的电压，反之亦然。

第二个有趣的点是，与电介质的类型和尺寸不同，额定电压似乎没有任何影响。我希望在12V电压下使用25V电容器比在相同电压下使用16V电容器时的容量变化小。查看机架尺寸为1206的X5R的图表，我们可以看到6.3V电容器在更高的额定电压下实际上表现得比其相对电容器好。

如果我们采用更大范围的电容器，我们将看到这种行为是所有陶瓷电容器整体的特征。

第三个观察结果是，尺寸相同的X7R对电压变化的敏感性低于X5R。我不知道这个规则有多普遍，但就我而言。

利用图的数据，我们得出表2显示了X7R电容器的电容在12V时降低了多少。

表2.在12V的电压下减小不同尺寸的X7R电容器的电容。

尺寸	电容，微法拉	票面价值的百分比
0805	1,53	32.6
1206	3.43	73.0
1210	4.16	88.5
1812	4.18	88.9
面值	4.7	100

随着案例的大小增加，直到情况达到1210时，情况将稳步改善。案例的进一步增加不再有意义。

就我而言，我选择了尽可能小的组件尺寸，因为此参数对我的项目至关重要。由于无知，我相信任何X7R电容器都可以与具有相同介电常数的X7R电容器一样好地工作-这是错误的。为了使RC链正常工作，我必须使用相同额定值的电容器，但情况更大。

选择合适的电容器

我真的不想使用尺寸为1210的电容器。幸运的是，我有机会将电阻器的电阻增加了五倍，同时将电容减小到了1uF。图2中的曲线图显示了16V时1 F的各种X7R电容器与16V时的4.7 F的X7R电容器的行为。

图2. 1uF和4.7uF时各种电容器的性能。


电容器0603 1uF的行为与0805 4.7uF相同。两者合计，每1微法拉0805和1206感觉好于1210框架尺寸的4.7微法拉。使用0805封装中的1微法电容器，我可以维持对组件尺寸的要求，而与此同时，我得到的是初始电容的85％，而不是30％，因为早一点

但这还不是全部。我很困惑，因为我认为所有X7R电容器由于所有电容都是在相同的电介质-X7R上制成的，因此应具有相似的系数来从电压改变电容。我联系了一位同事-陶瓷电容器专家¹。他解释说，有许多材料可以称为“ X7R”。实际上，任何允许组件在-55ºC至+125ºC温度范围内工作且特性变化不超过±15％的材料都可以称为“ X7R”。他还说，对于X7R或任何其他类型的电容，电压的变化系数都没有规范。

这是非常重要的一点，我将重复一遍。制造商可以称其为电容器X7R（或X5R，或其他名称），只要它满足容量温度系数的公差即可。无论其电压系数有多差。

对于开发工程师而言，这一事实只会使人耳目一新-“任何经验丰富的工程师都知道：请阅读数据表！”

制造商正在释放越来越小的零件，并被迫寻求折衷的材料。为了提供必要的电容尺寸指示器，它们必须降低电压系数。当然，更多知名的制造商正在尽一切可能使这种折衷的不利影响最小化。

我立即掉落的Y5V型呢？为了检查头部，让我们看一下传统的Y5V电容器。我不会重点介绍这些电容器的任何特定制造商-它们几乎都是相同的。我们在0603封装中每6.3V选择4.7微法拉，并在+85ºC温度和5V电压下查看其参数。典型容量比标称值（0.33uF）低92.3％。这是真的。通过在该电容器上附加5V的电压，电容值将比标称值下降14倍。

在+85ºC的温度和0V的电压下，电容减小了68.14％，从4.7 F降至1.5F。可以假定，通过施加5V电压，电容会进一步减小-从0.33μF降至0.11μF。幸运的是，这些效果没有结合在一起。室温下5V时电容的减小远比+85ºC时差。

为了清楚起见，在这种情况下，在0 V电压下，电容在+85ºC时从4.7μF降至1.5μF，而在5 V电压下，电容从室温下的0.33μF增大到+ 85°C时的0.39μF。这应该说服您真正仔细地检查所使用组件的所有规格。

结论

作为本课程的结果，我不再向同事或供应商简单说明X7R或X5R类型。相反，我表示我自己已经测试过的特定供应商的特定批次。我还警告客户在考虑替代供应商进行生产时，请仔细检查规格，以确保他们不会遇到这些问题。

您可能已经猜到，整个故事的主要结论是：“阅读数据表！”。总是。毫无例外。如果数据表中包含的信息不足，则请求更多数据。请记住，陶瓷电容器的名称为X7V，Y5V等。绝对不说他们的电压系数。工程师必须仔细检查数据，才能真正了解所用电容器在实际条件下的性能。通常，请记住，在我们为越来越小的尺寸而疯狂的竞赛中，这正变得越来越重要。

关于作者

马克·福图纳托（Mark Fortunato）一生中的大部分时间都在努力让这些讨厌的电子在正确的时间放置在正确的位置。他从事各种工作-从语音识别系统和微波设备，到LED灯（请注意，正确调节的那些！）。在过去的16年中，他帮助客户驯服了他们的模拟电路。Fortunato先生现在是Maxim Integrated Communications and Automotive Solutions的首席专家。马克不放牧电子时，他喜欢训练年轻人，读新闻，看他的小儿子打长曲棍球和长子玩音乐。一般而言，他寻求和谐相处。马克很抱歉他将不再与吉姆·威廉姆斯或鲍勃·皮斯见面。

脚注

¹作者要感谢TDK应用工程师Chris Burkett对“到底发生了什么”的解释。

村田制作所是村田制作所的注册商标。

TDK是TDK公司的注册服务商标和注册商标。

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PS应工人要求-各种尺寸电容器的对比照片。5mm网格间距。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN384833/