陶瓷电容器的电压降额

任何类型的电容器在低于其最大额定电压的情况下都能确保更长的工作寿命。当施加接近其额定极限的电压和暴露在高温下时，此类部件的性能将降低。通过选择限制施加的电压，可以减少这种影响。

陶瓷电容器是最常见的电容器类型今天，他们的包装和组件的使用是紧凑的。他们的名字来自建筑材料；它们由金属浆和陶瓷粉末交替层构成，然后烘烤以固化陶瓷材料。由于它们是非极化元件，因此可用于交流和直流电路，并具有一系列电容值，使其成为耦合、去耦和滤波电路的理想选择。

陶瓷电容器的优点之一是其名义上的最高电压值很高。当他们的额定电压超过一个小的幅度，他们的电容下降，没有任何重大故障。如果暴露在远远超出额定最大值的电压下，陶瓷材料有破裂的趋势，导致金属板之间短路。假设过电流保护到位，这种故障模式将是相对良性的。然而，对于设计者来说，选择合适的陶瓷电容器电压降额是很重要的，以确保在运行期间不会发生这种故障，从而保持新设计的寿命。

需要考虑的一个重要因素是，陶瓷电容器的电容值将随着元件上的电压接近最大额定电压而减小。在某些部件中，这种降低会显著影响电路的工作。这种效果受到组件物理尺寸的强烈影响。SM06D陶瓷电容器的额定电容值比SM06陶瓷电容器的额定值慢得多。这种效应在具有高介电常数的元件中也更为突出，例如具有II类介电特性的器件（例如B/X5R和R/X7R）。当信号处理电路中的陶瓷电容器上存在直流偏压时，这种效应可能会产生问题。偏置电压可以显著降低影响基极电路工作特性的总电容。叠加在偏置电压顶部的信号电压可以加剧或减轻这种变化，这取决于其极性，从而导致与信号电压成比例的电容变化。由于电容的变化，固结效应是一种非线性的表现。通过确保根据峰值信号电压和直流偏压计算出的电容器上的最大电压保持在元件电容特性的范围内，电容变化最小，就可以解决这个问题。这可能需要仔细选择电介质特性符合设计师要求的组件。

对陶瓷电容器的另一个影响是暴露在额定电压限值内的快速瞬变。当电压保持在极限范围内时，电压的变化率会随着时间的推移而使陶瓷材料劣化，从而缩短部件的寿命并增加失效的概率。

有一个共同的经验法则，陶瓷电容器的电压应降低至少25%，作为标准，但在其将暴露于电压纹波效应的环境中，这应增加到至少50%。部件的最大额定电压应至少为正常运行时可施加在部件上的最大电压的两倍。

更精确的计算可以通过观察击穿电压和最大额定电压之间的关系来实现。通常，制造商通过根据经验和判断对击穿电压加上裕度来计算最大额定电压。击穿电压由陶瓷电容器结构中所用材料的特性和材料中存在的缺陷决定。制造过程的质量越高，击穿电压也就越高——受所用材料的限制。有趣的是，电容值越高，任何制造缺陷对击穿电压的影响就越小。

陶瓷基绝缘材料的性能主导了计算；研究表明，金属元素对结果影响不大。击穿电压通常由电介质内部的极化过程决定，而不是由任何电击穿决定。制造商通过确定元件工作特性内的区域来确定击穿电压。电压相关的质量保持在设备要求的范围内，其预测可靠性在规定范围内。然后，设计师应用的任何降额都是制造商降额系数的附加值，用于根据击穿电压计算最大额定电压。

要记住的一件事是，乍一看，过度降低组件的额定值似乎是最安全的策略，但这将导致选择物理上更大或更昂贵的组件。所需的额外电路板空间可能不可行，或可能对电路板的布局和布线造成其他挑战。在可能存在机械振动的环境中，较大的部件也会增加部件内部破裂的风险。与所有的设计决策一样，一些后果需要仔细考虑。