پدیده سوگیری DC چیست؟

هنگام ساخت خازن های سرامیکی چندلایه (MLCC)، مهندسان برق اغلب دو نوع دی الکتریک را بسته به کاربرد انتخاب می کنند - کلاس 1، دی الکتریک های مواد غیر فروالکتریک مانند C0G/NP0، و کلاس 2، دی الکتریک های مواد فروالکتریک مانند X5R و X7R.تفاوت اصلی بین آنها این است که آیا خازن با افزایش ولتاژ و دما همچنان پایداری خوبی دارد یا خیر.برای دی الکتریک های کلاس 1، زمانی که ولتاژ DC اعمال می شود و دمای عملیاتی افزایش می یابد، ظرفیت خازن ثابت می ماند.دی الکتریک های کلاس 2 دارای ثابت دی الکتریک بالا (K) هستند، اما ظرفیت خازن تحت تغییرات دما، ولتاژ، فرکانس و در طول زمان کمتر پایدار است.

اگرچه ظرفیت خازن را می توان با تغییرات طراحی مختلف افزایش داد، مانند تغییر سطح لایه های الکترود، تعداد لایه ها، مقدار K یا فاصله بین دو لایه الکترود، ظرفیت ظرفیت دی الکتریک های کلاس 2 در نهایت به شدت کاهش می یابد. یک ولتاژ DC اعمال می شود.این به دلیل وجود پدیده ای به نام بایاس DC است که باعث می شود فرمول های فروالکتریک کلاس 2 در نهایت با اعمال ولتاژ DC افت ثابت دی الکتریک را تجربه کنند.

همانطور که در نمودار نشان داده شده است، برای مقادیر K بالاتر مواد دی الکتریک، اثر بایاس DC می تواند حتی شدیدتر باشد، به طوری که خازن ها به طور بالقوه تا 90٪ یا بیشتر از ظرفیت خود را از دست می دهند.

استحکام دی الکتریک یک ماده، یعنی ولتاژی که یک ضخامت معین از ماده می تواند تحمل کند، همچنین می تواند اثر بایاس DC را بر روی خازن تغییر دهد.در ایالات متحده آمریکا، قدرت دی الکتریک معمولاً بر حسب ولت در میلی متر (1 میل برابر با 0.001 اینچ) اندازه گیری می شود، در جاهای دیگر با ولت / میکرون اندازه گیری می شود و با ضخامت لایه دی الکتریک تعیین می شود.در نتیجه، خازن های مختلف با ظرفیت و ولتاژ یکسان ممکن است به دلیل ساختار داخلی متفاوت، عملکرد متفاوتی داشته باشند.

شایان ذکر است که وقتی ولتاژ اعمال شده بیشتر از استحکام دی الکتریک ماده باشد، جرقه از ماده عبور می کند که منجر به احتراق بالقوه یا خطر انفجار در مقیاس کوچک می شود.

مثال های عملی از نحوه ایجاد سوگیری DC

اگر تغییر در ظرفیت خازن ناشی از ولتاژ عملیاتی را همراه با تغییر دما در نظر بگیریم، در می‌یابیم که افت ظرفیت خازن در دمای کاربرد خاص و ولتاژ DC بیشتر خواهد بود.به عنوان مثال یک MLCC ساخته شده از X7R با ظرفیت 0.1μF، ولتاژ نامی 200VDC، تعداد لایه های داخلی 35 و ضخامت 1.8 میل (0.0018 اینچ یا 45.72 میکرون) را در نظر بگیرید، این بدان معناست که هنگام کار با ولتاژ 200VDC، دیزل لایه فقط 111 ولت در میلی لیتر یا 4.4 ولت در میکرون را تجربه می کند.به عنوان یک محاسبه تقریبی، VC -15٪ خواهد بود.اگر ضریب دمای دی الکتریک ± 15% ΔC و VC -15% ΔC باشد، حداکثر TVC 15% - 30% ΔC است.

دلیل این تنوع در ساختار کریستالی مواد کلاس 2 مورد استفاده - در این مورد تیتانات باریم (BaTiO3) نهفته است.این ماده زمانی که دمای کوری به دمای کوری برسد یا بالاتر باشد، ساختار کریستالی مکعبی دارد.با این حال، زمانی که دما به دمای محیط باز می گردد، قطبش اتفاق می افتد زیرا کاهش دما باعث تغییر ساختار ماده می شود.پلاریزاسیون بدون هیچ میدان الکتریکی یا فشار خارجی رخ می دهد و این به عنوان قطبش خود به خود یا فروالکتریکی شناخته می شود.هنگامی که یک ولتاژ DC به ماده در دمای محیط اعمال می شود، پلاریزاسیون خود به خود به جهت میدان الکتریکی ولتاژ DC مرتبط می شود و قطبش خود به خود معکوس می شود و منجر به کاهش ظرفیت می شود.

امروزه، حتی با وجود ابزارهای مختلف طراحی موجود برای افزایش ظرفیت، ظرفیت دی الکتریک های کلاس 2 به دلیل وجود پدیده بایاس DC، به طور قابل توجهی در هنگام اعمال ولتاژ DC کاهش می یابد.بنابراین، به منظور اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی مدت برنامه خود، باید هنگام انتخاب MLCC، علاوه بر ظرفیت اسمی MLCC، تأثیر بایاس DC بر روی قطعه را نیز در نظر بگیرید.

شرکت فناوری NeoDen Zhejiang، با مسئولیت محدود، که در سال 2010 تأسیس شد، یک تولید کننده حرفه ای است که در دستگاه انتخاب و مکان SMT، اجاق گاز، دستگاه چاپ شابلون، خط تولید SMT و سایر محصولات SMT تخصص دارد.ما تیم تحقیق و توسعه و کارخانه خود را داریم، با بهره گیری از تحقیق و توسعه با تجربه غنی خود، تولید خوب آموزش دیده، شهرت زیادی از مشتریان در سراسر جهان به دست آوردیم.

ما معتقدیم که افراد و شرکای بزرگ NeoDen را به یک شرکت بزرگ تبدیل می‌کنند و تعهد ما به نوآوری، تنوع و پایداری تضمین می‌کند که اتوماسیون SMT برای همه علاقه‌مندان در همه جا قابل دسترسی است.