業(yè)內提供的標準的多層陶瓷電容都僅用于直流電路。對于用于250V交流電路的浪涌安規(guī)貼片陶瓷電容雖然業(yè)已問世，但需要通過符合國際標準的嚴格的脈沖和峰值電壓測試，因此容值范圍受到極大限制。

 

現(xiàn)在，針對250Vac 60Hz持續(xù)交流電的應用，Knowles公司的Syfer品牌提供了更高電容值的非安規(guī)的解決方案。

 

 

通過直流偏置電壓可以很好地區(qū)分不同電介質的特性：

 

C0G或超穩(wěn)定1類電介質材料在外加電壓下容值無偏離或僅有很小的偏離。

 

X7R或穩(wěn)定的2級電介質材料在外加電壓下的偏離情況無法一言以蔽之，但可分為幾個子類別：

 

EIA X7R（CECC 2R1）無電壓系數(shù)的要求

 

CECC 2C1/MIL BZ在額定電壓下的直流偏置為+20%~-30%

 

CECC 2X1/MIL BX在額定電壓下的直流偏置為+15%~-25%

 

但是，以上電介質都沒有定義在交流電壓下工作時的容值變化。

 

額定電壓是直流的電容器卻常常用在交流環(huán)境下。一般的方法是將直流電容器降額在交流電環(huán)境下使用，這樣做只能提供需要的可靠性，但卻無法得知電容器在實際工作條件下會產生什么樣的變化。Knowles公司Syfer品牌的250Vac系列電容器旨在保證交流應用環(huán)境下的可靠性和一致性。

 

另一個需要考慮的因素是電容器的自發(fā)熱效應，這與電容器的容值、耗散因子、頻率和外加電壓的振幅有關。

 

 

為了明確交流環(huán)境下多層陶瓷電容的性能，Knowles進行了廣泛測試。為了獲取電容器在工作中的性能模擬所需要的數(shù)據(jù)，電路設計師對電流、容值變化和溫度的上升作了測量。將電容器妥當?shù)匕惭b在PCB板上，保證PCB不會給電路系統(tǒng)帶來額外熱量的情況下，在室溫基礎上我們將溫升控制25℃以內。

 

Knowles還對其產品作了加速壽命測試，測試在升溫條件下進行，電壓和頻率均達到額定最大值，以確保產品達到Knowles的高質量標準。

 

 

測試顯示了當交流電壓作正弦變化，電流通過AC250電容器時隨之發(fā)生的變化，這有助于設計師了解對交流應用中使用AC250片式電容時的情況。

 

通過電容器的電流定義如下：

 

VrmsXc(1)

 

電抗與頻率和容值相關。

 

12πfC(2)

 

Xc是以歐姆為單位的容抗，f是以赫茲為單位的頻率，C是法拉為單位的容值。

 

測試選取了不同尺寸和容值的電容樣品進行。從0V開始，在50Hz的頻率下遞增交流電壓有效值，可測量到通過電容器的電流。將每個容值單位通過的電流值（使用初始容值）對比外加電壓，即可繪制出測試圖示如下。

 

參考該曲線圖，可根據(jù)容值推測出電路中的電流。例如：一顆1812 56nF的電容器，可推斷通過電路的電流值為4.76mA (0.085mA/nF x 56nF)，而瞬時有效電壓值為200V。變化公式1，我們可計算得出容抗值，Xc=200/4.76-3 =>42016.81ohms。由此可計算出理論容值為76nF。

注釋：數(shù)值具有典型性，會隨溫度和精度而改變

 

測試所需設備：用來讀取電壓和電流值的數(shù)字式電壓表；外加于測試電路的真實的交流電壓有效值由Chroma 6400系列可編程交流電源提供。

注釋：數(shù)值具有典型性，會隨溫度和精度而改變

 

 

產品尺寸從0805到2220，電介質材料為X7R和C0G，容值上限120nF。

 

容值范圍分成四類，分別是在外加電壓下容值變化幾可忽略不計的C0G， 以及X7R材料的三個子類：X7R A，B和C，其在0V-240V 50Hz下的最大容值變化幅度分別為30%，+30%~-50%以及+30%~-80%。

 

陶瓷電容器基本可劃分為兩大類：穩(wěn)定的2級電介質，包括X7R、X5R和X8R，以及超穩(wěn)定的1級電介質，包括C0G/NP0。實際上還存在3級電介質，但是這種極少用到。電介質的類型決定了它們的性能特色，電路設計工程師據(jù)此可視應用的具體情形預測電路性能。

其中紅色字體為Knowles公司Syfer品牌的標準產品）

 

一般說來，電介質特性越穩(wěn)定，所能獲得的容值就越低，為了實現(xiàn)最高的穩(wěn)定性、最低的損耗和0老化，我們選擇1級電介質，代價就是只能實現(xiàn)低容值；而為了獲取較高的容值，我們選擇2級電介質，然而后果就是如上圖所示的性能的波動，以及老化現(xiàn)象和更高的損耗。

 

2級電介質另一個極少提及或定義的屬性就是容值的電壓系數(shù)（VCC）。VCC有時非常重要，根據(jù)具體的應用要求，它可對電路的性能產生重大的影響。

 

有些種類的電介質材料和電容器的VCC性能有所提升，但是選擇性有限。Knowles/Syfer的VC1系列陶瓷電容器（穩(wěn)定VCC，抗壓電效應）旨在針對該領域的應用給出更寬范圍的選項。

 

長久以來，隨著材料和制造工藝的進步以及對于電容器設計和失效模式的理解的加深，多層陶瓷電容的體積效率也得到了巨大提升。例如，10年前，Knowles/Syfer僅能提供1812，1kV，56nF的電容，現(xiàn)如今針對同樣的尺寸和電壓，已能實現(xiàn)180nF的容值。3倍容值的提升是一項重大進步，而在低電壓應用領域，賤金屬電極及超薄介質層技術的改進更是大幅提高了電容的容值密度。但與之相對應的代價在于，電容器在工作中的實際容值，即“殘余容值”可能急劇地降低。

 

VCC與電介質材料本身和應用于該介質材料的電壓應力相關。改進電介質材料的品質以提升介質強度可降低介質材料的厚度，而這正是提高體積效率的方式。電介質材料厚度減半可使得容值提升四倍，因為針對給定厚度，相當于使得多層陶瓷電容的層數(shù)變?yōu)橹暗膬杀?，層?shù)之間的距離變?yōu)橹暗?/2，容值與由電極隔開各層之間重疊的面積之和成一定比例。

 

介質材料厚度的逐步減小導致VCC性能的持續(xù)降低；額定電壓下電容器失去90%的名義容值這類現(xiàn)象并不鮮見。由于相關的安全余量不同，通常情況下高壓電容的性能表現(xiàn)要劣于低壓電容。盡管存在這一缺點，減薄介質層厚度畢竟可以提供更高的容值，同時很多用戶也會選擇降額使用電容，因此容值的衰減情況還是可控的。在一些穩(wěn)定性要求高的應用中，使用電容器時要謹記這個特性，而且VCC是可以計算的。

 

為了達到穩(wěn)定性的要求，一些應用中會指定電介質的選用，如軍標BZ和BX或IECQ-CECC 2C1和2X1分級：

采用這些電介質的電容器能提供卓越的穩(wěn)定性，然而也需要付出代價，即其僅限于在參數(shù)范圍內使用。就2C1(BZ)系列的電容而言，Knowles/Syfer可提供最大的產品范圍到200V，2225尺寸，120nF。

 

但是我們需要在普通X7R電介質的高容值和軍工類電介質的高穩(wěn)定性間取得一個平衡，同樣我們也要求提升大尺寸和高電壓的電容器的電壓穩(wěn)定性。Knowles/Syfer評估了各種電介質材料的特性，并進行了設計以實現(xiàn)產品可靠性和一致性。

 

Knowles/Syfer的VC1系列多層陶瓷電容在額定電壓下提供更大的更穩(wěn)定的容值。經(jīng)過設計，在室溫環(huán)境下，隨著電壓逐漸上升到額定電壓值，VC1電容器的容值衰減不會超過50% （相比1Vrms 1kHz時的名義容值）。該系列電容器可在額定電壓下持續(xù)可靠地工作，但如果在低于額定電壓的條件下工作，則可提供更大比例的殘余容值，若在80%的額定電壓下工作，其容值會下降大約40%。下圖是容值隨著電壓的變化而產生的變化曲線，藍色曲線是VC1系列，而紅色曲線是普通X7R系列。