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陶瓷电容器的电压降额
陶瓷电容器的电压降额
在低于最大额定电压的情况下运行几乎任何类型的电容器都可以提高性能、增加可靠性和运行寿命。当施加接近其额定极限的电压和暴露在高温下时，此类组件的性能会下降。通过选择限制施加的电压，可以减少这种退化效应。
陶瓷电容器是当今使用的最常见的电容器类型之一，这要归功于它们的紧凑性和表面贴装封装的可用性。他们的名字来源于建筑材料；它们由金属糊和陶瓷粉末的交替层构成，然后烘烤以固化陶瓷材料。由于它们是非极化元件，因此它们可用于交流和直流电路，并具有一系列电容值，非常适合用于耦合、去耦和滤波电路。
陶瓷电容器的优点之一是其最大电压的标称值很高。当它们的额定电压略有超过时，它们的电容会下降而不会出现任何重大故障。如果暴露在远远超出额定最大值的电压下，它们的陶瓷材料往往会击穿，从而导致金属板之间的短路。假设过流保护到位，这种故障模式将相对温和。
需要考虑的一个重要因素是，陶瓷电容器的电容值会随着组件两端的电压接近最大额定电压而降低。在某些组件中，这种减少会显着影响电路的运行。这种效果受到组件物理尺寸的强烈影响。与具有相同额定值的 0603 SMD 陶瓷电容器相比，1206 SMD 陶瓷电容器失去额定电容的速度要慢得多。这种效应在具有高介电常数的元件中也更为突出，例如具有 Class II 类型介电特性的器件（例如，B/X5R 和 R/X7R）。当信号处理电路中的陶瓷电容器两端存在直流偏置电压时，这种效应可能会产生问题。偏置电压可以显着降低影响基本电路工作特性的总电容。叠加在偏置电压之上的信号电压可能会加剧或减轻这种变化，具体取决于其极性，从而导致与信号电压成正比的电容变化。由于电容的变化，综合效应是非线性性能。通过确保根据峰值信号电压和直流偏置电压计算的电容器两端的最大电压保持在组件电容特性的区域内，电容变化最小，可以解决这个问题。这可能需要仔细选择具有满足设计人员要求的介电特性的组件。叠加在偏置电压之上的信号电压可能会加剧或减轻这种变化，具体取决于其极性，从而导致与信号电压成正比的电容变化。由于电容的变化，综合效应是非线性性能。通过确保根据峰值信号电压和直流偏置电压计算的电容器两端的最大电压保持在组件电容特性的区域内，电容变化最小，可以解决这个问题。这可能需要仔细选择具有满足设计人员要求的介电特性的组件。叠加在偏置电压之上的信号电压可能会加剧或减轻这种变化，具体取决于其极性，从而导致与信号电压成正比的电容变化。由于电容的变化，综合效应是非线性性能。通过确保根据峰值信号电压和直流偏置电压计算的电容器两端的最大电压保持在组件电容特性的区域内，电容变化最小，可以解决这个问题。这可能需要仔细选择具有满足设计人员要求的介电特性的组件。由于电容的变化，综合效应是非线性性能。通过确保根据峰值信号电压和直流偏置电压计算的电容器两端的最大电压保持在组件电容特性的区域内，电容变化最小，可以解决这个问题。这可能需要仔细选择具有满足设计人员要求的介电特性的组件。由于电容的变化，综合效应是非线性性能。通过确保根据峰值信号电压和直流偏置电压计算的电容器两端的最大电压保持在组件电容特性的区域内，电容变化最小，可以解决这个问题。这可能需要仔细选择具有满足设计人员要求的介电特性的组件。
对陶瓷电容器的另一个影响是暴露于额定电压限制内的快速瞬变。虽然电压保持在限制范围内，但随着时间的推移，电压的变化率会使陶瓷材料退化，从而缩短组件的寿命并增加故障概率。
一个普遍的经验法则是，陶瓷电容器的电压标准应至少降低 25%，但在它们会受到电压纹波效应的环境中，这应该增加到至少 50%。组件的最大额定电压应至少是正常运行时可施加到组件上的最大电压的两倍。
查看击穿电压和最大额定电压之间的关系可以得到更准确的计算。通常，制造商通过在击穿电压上加上基于经验和判断的余量来计算最大额定电压。击穿电压由用于构造陶瓷电容器的材料的特性以及材料中是否存在缺陷决定。制造过程的质量越高，击穿电压就越高——受所用材料的限制。有趣的是，电容值越高，任何制造缺陷对击穿电压的影响就越小。以陶瓷为基础的绝缘材料特性在计算中占主导地位；研究表明，金属元素对结果的影响很小。击穿电压通常由电介质内的极化过程而不是任何电击穿决定。制造商通过识别组件工作特性内的区域来确定击穿电压。与电压相关的质量保持在设备所需的限制范围内，其预测的可靠性在指定范围内。设计人员应用的任何降额将作为制造商降额系数的补充，用于根据击穿电压计算最大额定电压。与电压相关的质量保持在设备所需的限制范围内，其预测的可靠性在指定范围内。设计人员应用的任何降额将作为制造商降额系数的补充，用于根据击穿电压计算最大额定电压。与电压相关的质量保持在设备所需的限制范围内，其预测的可靠性在指定范围内。设计人员应用的任何降额将作为制造商降额系数的补充，用于根据击穿电压计算最大额定电压。
要记住的一件事是，乍一看，过度降额组件可能是最安全的策略，但这将导致选择物理上更大或更昂贵的组件。所需的额外电路板空间可能不可行，或者可能导致电路板布局和布线方面的其他挑战。在可能存在机械振动的环境中，较大的部件也会增加部件内破裂的风险。与所有设计决策一样，需要仔细考虑某些后果。