ปรากฏการณ์ DC bias คืออะไร?

เมื่อสร้างตัวเก็บประจุเซรามิกหลายชั้น (MLCC) วิศวกรไฟฟ้ามักจะเลือกไดอิเล็กตริกสองประเภทขึ้นอยู่กับการใช้งาน ได้แก่ คลาส 1 ไดอิเล็กตริกวัสดุที่ไม่ใช่เฟอร์โรอิเล็กทริก เช่น C0G/NP0 และคลาส 2 ไดอิเล็กทริกของวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริก เช่น X5R และ X7Rความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพวกเขาคือว่าตัวเก็บประจุที่มีแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิเพิ่มขึ้นยังคงมีเสถียรภาพที่ดีหรือไม่สำหรับไดอิเล็กทริกคลาส 1 ความจุไฟฟ้าจะยังคงคงที่เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและอุณหภูมิในการทำงานเพิ่มขึ้นไดอิเล็กตริกคลาส 2 มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (K) สูง แต่ความจุไฟฟ้ามีความเสถียรน้อยกว่าภายใต้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า ความถี่ และเมื่อเวลาผ่านไป

แม้ว่าความจุจะเพิ่มขึ้นได้โดยการเปลี่ยนแปลงการออกแบบต่างๆ เช่น การเปลี่ยนพื้นที่ผิวของชั้นอิเล็กโทรด จำนวนชั้น ค่า K หรือระยะห่างระหว่างชั้นอิเล็กโทรดทั้งสอง ชั้น ความจุของไดอิเล็กทริกคลาส 2 จะลดลงอย่างรวดเร็วในที่สุดเมื่อ ใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงนี่เป็นเพราะการปรากฏตัวของปรากฏการณ์ที่เรียกว่า DC bias ซึ่งทำให้สูตรเฟอร์โรอิเล็กทริกคลาส 2 ประสบกับค่าคงที่ไดอิเล็กทริกที่ลดลงในที่สุดเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

สำหรับค่า K ที่สูงขึ้นของวัสดุอิเล็กทริก ผลกระทบของ DC Bias อาจรุนแรงยิ่งขึ้น โดยตัวเก็บประจุอาจสูญเสียความจุได้ถึง 90% หรือมากกว่า ดังที่แสดงในแผนภาพ

ความเป็นฉนวนของวัสดุ เช่น แรงดันไฟฟ้าที่ความหนาของวัสดุสามารถทนได้ ก็สามารถเปลี่ยนผลกระทบของ DC Bias ต่อตัวเก็บประจุได้เช่นกันในสหรัฐอเมริกา ความเป็นฉนวนมักจะวัดเป็นโวลต์/มิล (1 มิลเท่ากับ 0.001 นิ้ว) ส่วนอื่นๆ จะวัดเป็นโวลต์/ไมครอน และกำหนดโดยความหนาของชั้นอิเล็กทริกเป็นผลให้ตัวเก็บประจุที่แตกต่างกันที่มีความจุและอัตราแรงดันไฟฟ้าเท่ากันอาจทำงานแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากโครงสร้างภายในที่แตกต่างกัน

เป็นที่น่าสังเกตว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้มากกว่าความเป็นฉนวนของวัสดุ ประกายไฟจะทะลุผ่านวัสดุ ส่งผลให้เกิดการติดไฟหรือเสี่ยงต่อการระเบิดเล็กน้อย

ตัวอย่างเชิงปฏิบัติของวิธีการสร้างอคติ DC

หากเราพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของความจุเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าในการทำงานร่วมกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เราจะพบว่าการสูญเสียความจุของตัวเก็บประจุจะมีมากขึ้นที่อุณหภูมิการใช้งานเฉพาะและแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงตัวอย่างเช่น MLCC ที่ทำจาก X7R ที่มีความจุ 0.1µF, แรงดันไฟฟ้า 200VDC, จำนวนชั้นภายในเท่ากับ 35 และความหนา 1.8 mils (0.0018 นิ้วหรือ 45.72 ไมครอน) ซึ่งหมายความว่าเมื่อทำงานที่ 200VDC อิเล็กทริก ชั้นประสบการณ์เพียง 111 โวลต์/ล้าน หรือ 4.4 โวลต์/ไมครอนจากการคำนวณคร่าวๆ VC จะเป็น -15%หากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของอิเล็กทริกคือ ±15%ΔC และ VC คือ -15%ΔC ดังนั้น TVC สูงสุดจะอยู่ที่ +15% – 30%ΔC

สาเหตุของการเปลี่ยนแปลงนี้อยู่ที่โครงสร้างผลึกของวัสดุประเภท 2 ที่ใช้ – ในกรณีนี้คือ แบเรียมไททาเนต (BaTiO3)วัสดุนี้มีโครงสร้างผลึกลูกบาศก์เมื่ออุณหภูมิถึงคูรีหรือสูงกว่าอย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิกลับคืนสู่อุณหภูมิโดยรอบ โพลาไรเซชันจะเกิดขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิที่ลดลงทำให้วัสดุเปลี่ยนโครงสร้างโพลาไรเซชันเกิดขึ้นโดยไม่มีสนามไฟฟ้าหรือแรงดันภายนอก และสิ่งนี้เรียกว่าโพลาไรซ์ที่เกิดขึ้นเองหรือเฟอร์โรอิเล็กทริกเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงกับวัสดุที่อุณหภูมิแวดล้อม โพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเองจะเชื่อมโยงกับทิศทางของสนามไฟฟ้าของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง และการกลับขั้วของโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเองจะเกิดขึ้น ส่งผลให้ความจุลดลง

ในปัจจุบัน แม้ว่าจะมีเครื่องมือออกแบบต่างๆ เพื่อเพิ่มความจุ แต่ความจุของไดอิเล็กทริกคลาส 2 ยังคงลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเนื่องจากมีปรากฏการณ์ไบอัส DCดังนั้น เพื่อให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือในระยะยาวของแอปพลิเคชันของคุณ คุณจะต้องคำนึงถึงผลกระทบของ DC Bias ต่อส่วนประกอบ นอกเหนือจากความจุปกติของ MLCC เมื่อเลือก MLCC

Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD. ก่อตั้งขึ้นในปี 2010 เป็นผู้ผลิตมืออาชีพที่เชี่ยวชาญในเครื่องหยิบและวาง SMT, เตาอบ reflow, เครื่องพิมพ์ลายฉลุ, สายการผลิต SMT และผลิตภัณฑ์ SMT อื่น ๆเรามีทีมงาน R & D และโรงงานของเราเอง โดยใช้ประโยชน์จาก R&D ที่มีประสบการณ์มากมายของเราเอง การผลิตที่ได้รับการฝึกอบรมมาอย่างดี ได้รับชื่อเสียงอย่างมากจากลูกค้าทั่วโลก

เราเชื่อว่าผู้คนและหุ้นส่วนที่ยอดเยี่ยมทำให้ NeoDen เป็นบริษัทที่ยอดเยี่ยม และความมุ่งมั่นของเราในด้านนวัตกรรม ความหลากหลาย และความยั่งยืนทำให้มั่นใจได้ว่าผู้ที่ชื่นชอบงานอดิเรกทุกคนจะสามารถเข้าถึงระบบอัตโนมัติ SMT ได้จากทุกที่