电容器指南

静电容量的温度特性

大家好。本专栏为解说电容器基础的技术专栏。
本期将对"静电容量的温度特性"进行说明。

温度特性

1. 各种电容器的温度特性

一般来说,电容器的静电容量会随着使用温度的变化而变化。变化幅度越小,温度特性越好;幅度越大,温度特性越差。当电容器使用于温度较高的汽车引擎室内或者南极等寒冷地区的电子设备中时,必须考虑其使用环境条件来进行设计。
具有代表性温度特性的各种电容器的静电容量变化率-温度特性,如图1所示。
温度特性良好的电容器有导电性高分子铝电解电容器(高分子AI)、薄膜电容器(Film)、温度补偿用独石陶瓷电容器(MLCC<C0G>)。导电性高分子钽电容器(高分子Ta)、高介电常数独石陶瓷电容器(MLCC<X5R,Y5V>)在高温区域中静电容量变化变大。

图1:各种电容器的电容变化率-温度特性(例)

2. 独石陶瓷电容器的温度特性

独石陶瓷电容大致分为2类,不同类型的温度特性不同。
(1)一种是在公共标准中被归类于种类Ⅰ(Class1)的温度补偿用独石陶瓷电容器中,使用了二氧化钛与锆酸钙类电介质材料,其静电容量对温度几乎呈现直线性变化。将温度发生的变化称为温度系数,其数值以每1℃的百万分之一作为单位(ppm/℃)表示。温度系数根据基准温度(IEC,JIS标准中为20℃,EIA标准中为25℃,此处以25℃为基准)中的静电容量值C25与分类上限温度(最高使用温度:设计上可连续使用电容器的最高环境温度)中的静电容量值CT定义得出。

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EIA标准中规定了0ppm/℃~-750ppm/℃范围内的数种静电容量温度系数。关于代表性材料的温度特性,如下所示(参考图2)。适用的JIS及EIA标准的摘录,如表1所示。

图2:温度补偿用电容器的电容变化率-温度特性(例)
表1:温度补偿用独石陶瓷电容器的温度系数值和公差以及其标记
 

温度补偿用独石陶瓷电容器有在-55~+125℃温度范围内的静电容量变化温度系数最大±30ppm/℃(25℃基准),与温度变化幅度小的COG特性产品。原本,温度补偿用独石陶瓷电容器就因为电介质材料,相对介电常数较小,存在无法实现大容量这一产品缺点。

(2)另一种是在公共标准中被归类于Class2(种类2)的高介电常数独石陶瓷电容器,使用了钛酸钡系的介电质材料,其静电容量值对温度呈现出不规则的变化。因此,静电容量-温度特性的标准值是针对基准温度(此处以25℃为基准)的静电容量值C25,通过适用温度范围内的静电容量变化率的超大值与超小值进行规定。(参照式2)。

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适用的JIS及EIA标准值的摘录,如表2所示。分类温度范围内,包括静电容量值变化率限制在±15%以内的产品(X5R特性品)到容许+22~-82%的产品(Y5V特性品)等多种产品规格。近年来,静电容量变化率在±15%级的X5R特性品的使用比率有增加趋势,建议电路设计人员谨慎选择。

表2:高介电常数型独石陶瓷电容器的温度特性规格及其标记
 

下一期将对"静电容量的电压特性"进行说明。
下期再见。

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