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電容器
如何理解電容介質(zhì)擊穿強(qiáng)度
介質(zhì)強(qiáng)度表征的是介質(zhì)材料承受高強(qiáng)度電場作用而不被電擊穿的能力,通常用伏特/密爾(V/mil)或伏特/厘米(V/cm)表示。
當(dāng)外電場強(qiáng)度達(dá)到某一臨界值時,材料晶體
點(diǎn)陣中的電子克服電荷恢復(fù)力的束縛并出現(xiàn)場致電子發(fā)射,產(chǎn)生出足夠多的自由電子相互碰撞導(dǎo)致雪崩效應(yīng),進(jìn)而導(dǎo)致突發(fā)擊穿電流擊穿介質(zhì),使其失效。除此之外,介質(zhì)失效還有另一種模式,高壓負(fù)荷下產(chǎn)生的熱量會使介質(zhì)材料的
電阻率降低到某一程度,如果在這個程度上延續(xù)足夠長的時間,將會在介質(zhì)最薄弱的部位上產(chǎn)生漏電流。這種模式與溫度密切相關(guān),介質(zhì)強(qiáng)度隨溫度提高而下降。
任何絕緣體的本征介質(zhì)強(qiáng)度都會因?yàn)椴牧衔⒔Y(jié)構(gòu)中物理缺陷的存在而出現(xiàn)下降,而且和絕緣電阻一樣,介質(zhì)強(qiáng)度也與幾何尺寸密切相關(guān)。由于材料體積增大會導(dǎo)致缺陷隨機(jī)出現(xiàn)的概率增大,因此介質(zhì)強(qiáng)度反比于介質(zhì)層厚度。類似地,介質(zhì)強(qiáng)度反比于片式電容器內(nèi)部電極層數(shù)和其物理尺寸?;兑陨峡紤],進(jìn)行片式電容器留邊量設(shè)計(jì)時需要確保在使用過程中和在進(jìn)行耐壓測試(一般為其工作電壓的2.5倍)時,不發(fā)生擊穿失效。
如何理解絕緣電阻IR
絕緣電阻表征的是介質(zhì)材料在直流偏壓梯度下抵抗漏電流的能力。
絕緣體的原子結(jié)構(gòu)中沒有在外電場強(qiáng)度作用下能自由移動的電子。對于陶瓷介質(zhì),其電子被離子鍵和共價鍵牢牢束縛住,理論上幾乎可以定義該材料的電阻率為無窮大。但是實(shí)際上絕緣體的電阻率是有限,并非無窮大,這是因?yàn)椴牧显泳w結(jié)構(gòu)中存在的雜質(zhì)和缺陷會導(dǎo)致電荷載流子的出現(xiàn)。
電容器的射頻電流與功率
這篇文章主要是討論多層陶瓷電容器的加載電流、功率損耗、工作電壓和最大額定電壓之間的關(guān)系。通過電容的最大電流主要是由最大額定電壓和最大功率損耗限制的。電容的容值和工作頻率又決定了它們的限制是可調(diào)節(jié)。對于在固定頻率下一個較低容值的電容或者是一個電容在較低的頻率下工作,它們的最高電壓極限一般都比最大功率損耗的極限到達(dá)快一些。
最大的額定電壓決定于電容器的阻抗(Xc),就好像功率損耗決定于電阻的阻抗,或者叫做電容的等效電阻(ESR)
Xc是由公式:Xc=1/[2πFC]計(jì)算出來,這里的F是頻率,單位是Hz;C是容量,單位是F。
在沒有超出電容器的額定電壓情況下,允許流過電容的最大電流峰值是這樣計(jì)算出來的:I=Er/Xc這里的Er是電容器的額定電壓,電流是峰值電流,單位是A。
流過電容的實(shí)際電流是這樣計(jì)算出來:I=Ea/Xc,這里的Ea是應(yīng)用電壓或者是實(shí)際工作。
下面幾個例子是講解在固定的頻率不同的電容器這些變數(shù)是怎樣影響電壓和電流的極限值。
例1:0.1pF,500V的電容器使用在1000MHZ的頻率上:
等效電阻:Xc=1/[2(3.14)(1000×106)(0.1x10-12)]=1591ohms
電流峰值:I=500/1591=0.315Apeak或0.22Arms.
如果超過這個電流,則工作電壓將會超過額定電壓。
例2:1.0pF,500V的電容器使用在1000MHZ的頻率上:
等效電阻:Xc=1/[2(3.14)(1000×106)(1.0x10-12)]=159ohms
電流峰值:I=500/159=3.15Apeak或者2.2Arms
如果超過這個電流,則工作電壓將會超過額定電壓。
例3:10pF,500V的電容器使用在1000MHZ的頻率上:
等效電阻:Xc=1/[2(3.14)(1000×106)(10x10-12)]=15.9ohms
電流峰值:I=500/15.9=31.5Apeak或者22.2Arms
如果超過這個電流,則工作電壓將會超過額定電壓。
結(jié)論:最大功率損耗值是在假設(shè)電容器的端頭是一個無窮大的散熱器情況下計(jì)算出來得。這時傳導(dǎo)到空氣中的熱量是忽略的。一個10pF,500V的電容器工作在1000MHZ的頻率,在功率極限下工作的電流峰值是7A,平均電流大概是5Arms。在這種工作電流情況下,電容器的溫度將會升到125℃。為了穩(wěn)定地工作,它的實(shí)際最大工作電流是2Arms,如果端頭的散熱效果很好可以到達(dá)3Arms。
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