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陶瓷电容选型，容易被忽视的电压因素
实际应用中，温度、电压、老化(放置时间) 等这些“隐藏”因素会对陶瓷电容的实际电容值产生影响。我们将通过系列文章分别从温度、电压、老化三个方面详细分析这几个因素和电容值之间的关系。上一期中我们介绍了温度因素，本期我们来谈谈电压因素。
以铁电材料（比如钛酸钡）作为介电材料的陶瓷电容，应用电压对实际电容值的影响往往比较明显。钛酸钡常常使用在X5R与X7R陶瓷电容当中。由于应用电压的影响，有些电容甚至为此损失掉70%的标称电容值。因此对于Class-II/III的电容，如果在对稳定性要求比较高的电路中随意替换，可能会面临风险。
DC电压对电容值的影响
如果要掌握电压对陶瓷电容容值的影响。除了实际测试与查看数据手册之外，在线免费工具KEMET K-SIM可以直接查询基于KEMET型号的各种参数与曲线，包括DC电压与标称电容值变化的关系曲线。
举例：比较以下三个电容（C0G/X5R/X7R）DC电压对标称容值变化的影响
- C0G (KEMETC1206C104J4GACTU,0.1µF16V C0G 1206 ±5%)
- X5R (KEMETC0402C104K4PACTU,0.1µF16V X5R 0402 ±10%)
- X7R (KEMETC0402C104K4RACTU, 0.1µF16V X7R 0402±10%)
在DigiKey网站产品页面中的设计资源栏里，可以直接链接到KEMETK-SIM在线工具。无需再次输入型号，一键打开KEMET K-SIM。DigiKey网站中的KEMET 陶瓷电容基本都能通过该方法链接到K-SIM
图1，通过DigiKey网站KEMET产品页面，链接到在线免费工具KEMET K-SIM
如下图，当电压从0升到12VDC时：
- C0G (C1206C104J4GACTU) 电容值下降0%
- X7R (C0402C104K4RACTU) 电容值下降40%
- X5R (C0402C104K4PACTU) 电容值下降53.33%
我们可以看出，对于Class I C0G，电压对电容值的影响很少。对于Class II X5R/ X7R，电压对电容值的影响比较大。
图2，DC电压与标称电容值变化的关系（图片来源：KEMET K-SIM）
AC电压对电容值的影响
下图是典型的AC电压对于Class-II电容影响的曲线图。不同的AC电压，电容值的误差也不一致，甚至有可能高于标称电容值。
图3，典型AC电压对于Class-II电容的影响（图片来源：KEMET）
封装对电容值的影响
有时陶瓷电容生产厂家为了在更小的封装里，维持相同水准的电容值，而选择性地减少电介质的厚度或者调整电介质配方。这种设计的改变可能会导致更高的电压应力以及更大的电容值损失。
下图比较了0805/1206/1210封装下47µF/6.3V陶瓷电容，应用电压对实际电容值的影响：在5V电压下封装越小，实际电容值下降越快。
图4，不同封装47µF/6.3V陶瓷电容电压对实际电容值影响（图片来源：KEMET）
封装的大小影响了电介质的厚度，在施加相同电压的情况下，尤其是对以铁电材料作为介电材料的陶瓷电容，电介质的厚度越小，内部的电场应力越大。
总结
实际应用中，电压的大小、介电材料的类型、电介质的厚度等都会对陶瓷电容的实际电容值产生影响。其中铁电材料作为介电材料往往是罪魁祸首。借助DigiKey网站的在线工具以及KEMET K-SIM来协助陶瓷电容选型设计，可以了解电压与电容值之间的关系，做到事半功倍。
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关于此作者
Alan Yang 是DigiKey在上海的应用工程师，负责分享解决方案和业内技术，以协助客户进行项目设计。他拥有5年的仪器仪表行业电路设计方面的经验，擅长于小信号放大电路的设计开发。Alan毕业于上海理工大学。拥有两个学位，医学影像工程与工商管理。闲暇时，兴趣爱好广泛。喜欢旅行，话剧，阿卡贝拉。
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