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正确测定电容值

Created by Jurgen Geier |   Asia Knowledge

多层陶瓷片式电容器(MLCC)在尺寸并未增加的情况下,电容更大,因此开始有了市场。但它有一个令人不便的影响,就是正确测定其电容值越来越难。用户测量出的电容值经常太低,而导致额外费用大幅增加。然而,只要解决某些方面的问题,便很容易避免这种情况。

为了保证质量,用户倾向于更频繁地测定更多参数,包括MLCC的电容值;不仅是为了检查是否安装了正确的元器件,也是为确保满足规定公差。然而,采用C值1.0μF及以上,及相关ESR/阻抗值非常低的通用HiCap MLCC,测定结果通常不准确。

这种现象基本上是由采用的材料 – 基础陶瓷的特点造成的。这些材料是钛酸钡,实际上是铁磁材料,因此C值漂移是温度、DC偏压、AC电压和老化等变量直接影响的结果,电容值越高,这些影响越深远。图1中所示的是这种MLCC特性的某些实例。

正确测定电压

正确测定首先要求合适的零点校正,即“开路补偿”和“短路补偿”。然后,特别重要的是检查有效测定电压,因为电压不足是C值测量不准确的主要原因。

除了少数例外,所有2型/2类陶瓷(亦称为X7R、X5R、X7S、……Y5V等)在室温或环境温度+25°C的标称测定条件如表1中所示:

电容器的阻抗非常低,通常导致负载设备的测定电路超负荷,以致测定电压常断开。结果是C值远低于实际值。采用ALC(自动电平控制)的特殊设计测量设备,如安捷伦4284A、4278A、4268A便可解决这个问题。ALC确保电容器的测量电压达到预先设置的实际测定电压。当采用在显示屏上显示电压的设备时,很容易检查这一点,否则,采用独立的电压计是良好的替代选择。

去老化

如果电容器测定作为进厂检查过程的一部分,即在实际使用前测定,老化现象也会对其有影响。电容随时间过去而降低(称为老化)将或多或少取决于元器件使用时间的长短。HiCap的电容值下降明显,其老化率超过每10小时5%。

必须补偿部件使用时间差异引起的任何偏差,尤其是当需要参照,即比较C值时。由于老化是一个可逆的过程,MLCC需要重新加热。换句话说,它们需要使用工业标准去老化程序。这涉及将电容器加热到居里点(通常+150°C)以上大约1小时。为了达到要求的稳定测定水平,应让元器件在测定前空置24小时。越来越多的元器件生产商开始在其数据表和目录中推荐这种去老化程序(参见表2和表3)。

元器件生产商提供支持

尽管考虑了上面全部情况,但在极少数情况下,测定的C值仍然太低。来自电容制造商的分析将可以解释这个问题。为此,必须了解一些细节:例如,客户对元器件进行测定得出的测量值,以及预先设置和检查的测量信号和采用的测量设备,ALC是否启动,可能实现的去老化类型。如果还能提供元器件批号的话,最好是副本形式,以查看所有标签,制造商也可以检查生产日期和参照样品,使用它们进行对比。由于制造商会对每个元器件的C值进行测定(生产期间通常测定两次),因此,这种比照是可能实现的。此外,制造商还会对准备发货的元器件进行随机抽样。

正确测量电容值
图1: MLCC特性实例