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陶瓷电容器应用于250V交流电供电电路

上网日期: 2015年05月19日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:陶瓷电容器? 多层陶瓷电容? 偏置电压?

引言

业内提供的标准的多层陶瓷电容都仅用于直流电路。对于用于250V交流电路的浪涌安规贴片陶瓷电容虽然业已问世,但需要通过符合国际标准的严格的脉冲和峰值电压测试,因此容值范围受到极大限制。

现在,针对250Vac 60Hz持续交流电的应用,Knowles公司的Syfer品牌提供了更高电容值的非安规的解决方案。

背景

通过直流偏置电压可以很好地区分不同电介质的特性:

C0G或超稳定1类电介质材料在外加电压下容值无偏离或仅有很小的偏离。

X7R或稳定的2级电介质材料在外加电压下的偏离情况无法一言以蔽之,但可分为几个子类别:

EIA X7R(CECC 2R1)无电压系数的要求

CECC 2C1/MIL BZ在额定电压下的直流偏置为+20%~-30%

CECC 2X1/MIL BX在额定电压下的直流偏置为+15%~-25%

但是,以上电介质都没有定义在交流电压下工作时的容值变化。

额定电压是直流的电容器却常常用在交流环境下。一般的方法是将直流电容器降额在交流电环境下使用,这样做只能提供需要的可靠性,但却无法得知电容器在实际工作条件下会产生什么样的变化。Knowles公司Syfer品牌的250Vac系列电容器旨在保证交流应用环境下的可靠性和一致性。

另一个需要考虑的因素是电容器的自发热效应,这与电容器的容值、耗散因子、频率和外加电压的振幅有关。

测试条件

为了明确交流环境下多层陶瓷电容的性能,Knowles进行了广泛测试。为了获取电容器在工作中的性能模拟所需要的数据,电路设计师对电流、容值变化和温度的上升作了测量。将电容器妥当地安装在PCB板上,保证PCB不会给电路系统带来额外热量的情况下,在室温基础上我们将温升控制25℃以内。

Knowles还对其产品作了加速寿命测试,测试在升温条件下进行,电压和频率均达到额定最大值,以确保产品达到Knowles的高质量标准。

测试结果

测试显示了当交流电压作正弦变化,电流通过AC250电容器时随之发生的变化,这有助于设计师了解对交流应用中使用AC250片式电容时的情况。

通过电容器的电流定义如下:

VrmsXc(1)

电抗与频率和容值相关。

12πfC(2)

Xc是以欧姆为单位的容抗,f是以赫兹为单位的频率,C是法拉为单位的容值。

测试选取了不同尺寸和容值的电容样品进行。从0V开始,在50Hz的频率下递增交流电压有效值,可测量到通过电容器的电流。将每个容值单位通过的电流值(使用初始容值)对比外加电压,即可绘制出测试图示如下。

参考该曲线图,可根据容值推测出电路中的电流。例如:一颗1812 56nF的电容器,可推断通过电路的电流值为4.76mA (0.085mA/nF x 56nF),而瞬时有效电压值为200V。变化公式1,我们可计算得出容抗值,Xc=200/4.76-3 =>42016.81ohms。由此可计算出理论容值为76nF。

陶瓷电容器应用于250V交流电供电电路(电子工程专辑)
注释:数值具有典型性,会随温度和精度而改变

测试所需设备:用来读取电压和电流值的数字式电压表;外加于测试电路的真实的交流电压有效值由Chroma 6400系列可编程交流电源提供。

陶瓷电容器应用于250V交流电供电电路(电子工程专辑)
注释:数值具有典型性,会随温度和精度而改变

AC250产品系列

产品尺寸从0805到2220,电介质材料为X7R和C0G,容值上限120nF。

容值范围分成四类,分别是在外加电压下容值变化几可忽略不计的C0G, 以及X7R材料的三个子类:X7R A,B和C,其在0V-240V 50Hz下的最大容值变化幅度分别为30%,+30%~-50%以及+30%~-80%。







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