电容压电失效怎么办

发布日期:2014-07-10 14:16,查看次数:1478

高耐压、高容值的电容器一般通过电解电容或者薄膜电容来实现,其体积一般较大。尽管经过多年的发展,高耐压、高容量的电容器的小型化进展还是十分有限。

 当前取得的进展主要在高耐压方面,但是很难同时兼顾高容量;或者是达到高容量但是电压一般小于50V.电源行业,一些应用需要高耐压、高容量的电容器,例如在开关电源中作输入输出滤波,储能,尖峰吸收,DC-DC转换,直流阻隔,电压倍乘等等,此外,在一些应用中,尺寸和重量非常重要,需要小体积的电子元器件。

为了同时获取高耐压和高容量,业界常见的做法是依据DSCC 87106/88011和MIL-PRF-49470的规范将多个陶瓷电容器叠加在一起,这种做法占据空间较大且较重,并且价格昂贵。因此,业内一直存在着对更轻、更小的高耐压、高容量的电容器的需求。

电源厂家进入黄金时代,超级电容备受关注

过往技术局限

失效模式决定了设计上的局限,而多种失效模式的存在也限制了中、高耐压电容器的容值提升。有些失效模式是外在的,如机械应力或热应力导致的断裂,但同时我们也需要深入探讨内在失效模式,这在制造商的管控范围之内。

多层陶瓷电容器在设计上的限制因素,随时代的不同而发生着变化。早期多层陶瓷电容器面临的主要限制因素,是电介质材料本身的点缺陷和杂质,这些因素影响了材料的质量和纯度,如图1,从而限制了电容器内部层数的上限和每层厚度的最小值。

随着电介质材料本身质量的提高和操作流程的改进,限制因素转变为电介质材料本身的强度,而该因素一旦得到了解决,我们本可以预期制造出更大更厚的电容器,而不必担心产生介质击穿或点失效,如图2.

可是一种新的失效模式出现了,我们称之为压电应力断裂,通常指压电效应或者电致伸缩现象,如图3所示。这种失效模式迄今为止仍是多层陶瓷电容制造所面临的限制因素。它影响大多数的钛酸钡二类(Class II介质,并限制了1210以上尺寸、200V以上耐压的陶瓷电容器的容值范围)。

如图3所示,断裂通常沿着一层或两层介质层贯穿整个电容的中部。大多数的解决方案是将多个电容器通过添加引脚进行叠加,从而在给定尺寸下提高容值,但这需要消耗大量人力,花费较多成本,并会产生可靠性问题。另外的解决方案使用特殊电介质配方,但同时以牺牲介电常数作为代价,并影响最终可获得的容值大小。

X7R多层陶瓷电容在直流偏压下的形变


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