陶瓷电容器在高压下有效容值的最大化

陶瓷电容器基本可划分为两大类：稳定的2级电介质，包括X7R、X5R和X8R，以及超稳定的1级电介质，包括C0G/NP0。实际上还存在3级电介质，但是这种极少用到。电介质的类型决定了它们的性能特色，电路设计工程师据此可视应用的具体情形预测电路性能。


（其中红色字体为Knowles公司Syfer品牌的标准产品）

一般说来，电介质特性越稳定，所能获得的容值就越低，为了实现最高的稳定性、最低的损耗和0老化，我们选择1级电介质，代价就是只能实现低容值；而为了获取较高的容值，我们选择2级电介质，然而后果就是如上图所示的性能的波动，以及老化现象和更高的损耗。

2级电介质另一个极少提及或定义的属性就是容值的电压系数（VCC）。VCC有时非常重要，根据具体的应用要求，它可对电路的性能产生重大的影响。

有些种类的电介质材料和电容器的VCC性能有所提升，但是选择性有限。Knowles/Syfer的VC1系列陶瓷电容器（稳定VCC，抗压电效应）旨在针对该领域的应用给出更宽范围的选项。

长久以来，随着材料和制造工艺的进步以及对于电容器设计和失效模式的理解的加深，多层陶瓷电容的体积效率也得到了巨大提升。例如，10年前，Knowles/Syfer仅能提供1812，1kV，56nF的电容，现如今针对同样的尺寸和电压，已能实现180nF的容值。3倍容值的提升是一项重大进步，而在低电压应用领域，贱金属电极及超薄介质层技术的改进更是大幅提高了电容的容值密度。但与之相对应的代价在于，电容器在工作中的实际容值，即“残余容值”可能急剧地降低。

VCC与电介质材料本身和应用于该介质材料的电压应力相关。改进电介质材料的品质以提升介质强度可降低介质材料的厚度，而这正是提高体积效率的方式。电介质材料厚度减半可使得容值提升四倍，因为针对给定厚度，相当于使得多层陶瓷电容的层数变为之前的两倍，层数之间的距离变为之前的1/2，容值与由电极隔开各层之间重叠的面积之和成一定比例。

介质材料厚度的逐步减小导致VCC性能的持续降低；额定电压下电容器失去90%的名义容值这类现象并不鲜见。由于相关的安全余量不同，通常情况下高压电容的性能表现要劣于低压电容。尽管存在这一缺点，减薄介质层厚度毕竟可以提供更高的容值，同时很多用户也会选择降额使用电容，因此容值的衰减情况还是可控的。在一些稳定性要求高的应用中，使用电容器时要谨记这个特性，而且VCC是可以计算的。

为了达到稳定性的要求，一些应用中会指定电介质的选用，如军标BZ和BX或IECQ-CECC 2C1和2X1分级：



采用这些电介质的电容器能提供卓越的稳定性，然而也需要付出代价，即其仅限于在参数范围内使用。就2C1(BZ)系列的电容而言，Knowles/Syfer可提供最大的产品范围到200V，2225尺寸，120nF。

但是我们需要在普通X7R电介质的高容值和军工类电介质的高稳定性间取得一个平衡，同样我们也要求提升大尺寸和高电压的电容器的电压稳定性。Knowles/Syfer评估了各种电介质材料的特性，并进行了设计以实现产品可靠性和一致性。

Knowles/Syfer的VC1系列多层陶瓷电容在额定电压下提供更大的更稳定的容值。经过设计，在室温环境下，随着电压逐渐上升到额定电压值，VC1电容器的容值衰减不会超过50% （相比1Vrms 1kHz时的名义容值）。该系列电容器可在额定电压下持续可靠地工作，但如果在低于额定电压的条件下工作，则可提供更大比例的残余容值，若在80%的额定电压下工作，其容值会下降大约40%。下图是容值随着电压的变化而产生的变化曲线，蓝色曲线是VC1系列，而红色曲线是普通X7R系列。



关于Knowles:

楼氏集团(Knowles Corporation)是一家纽约证交所上市的公司，它是先进的微型声学器件、特殊元件和人机界面解决方案的全球供应商和行业领导者。

楼氏集团(Knowles)下辖电容器业务单元提供多层电容、高可靠性电容、单层电容、精密可调电容、EMI滤波器和薄膜器件。电容器业务单元由四家卓越的特殊电容器制造商Dielectric Laboratories, Novacap, Syfer 和 Voltronics合并重组而成，制造历史合计逾175年。我们专业设计并制造用于高性能、高可靠性应用的元器件。服务市场涵盖医疗植入和医疗设备、军工、航天/航空电子设备、EMI和连接器滤波、石油勘探、仪器仪表、工业电子、光纤网络、通信及汽车电子。