세라믹 커패시터 최대 전압 및 디레이팅

최대 정격 전압 이하에서 거의 모든 캐패시터를 운용하는 것은 운용 수명을 더 길게 보장합니다. 캐패시터의 성능은 정격 한계에 근접하는 전압을 적용하거나 고온에 노출될 때 저하됩니다. 적용 전압을 제한하기로 선택하면, 이러한 저하 효과를 줄일 수 있습니다.

세라믹 캐패시터는 오늘날 사용되는 가장 일반적인 캐패시터 유형 중 하나로, 그들의 컴팩트한 포장과 표면 실장 부품의 가용성 덕분입니다. 그들은 구성 재료에서 이름을 얻었으며, 금속 페이스트와 세라믹 분말의 교대 층으로 구성되어 있으며, 세라믹 재료를 굳히기 위해 구워집니다. 비극성 부품이기 때문에 AC 및 DC 회로에서 사용할 수 있으며, 커플링, 디커플링, 필터링 회로에서 사용하기에 이상적인 다양한 용량 값을 가지고 있습니다.

커패시터의 최대 전압 등급은 명목상 높으며, 이는 큰 장점입니다. 정격 전압을 소량 초과할 경우, 커패시터의 용량은 주요한 실패 없이 감소합니다. 정격 최대치를 훨씬 초과하는 전압에 노출되면, 세라믹 재료가 붕괴되어 금속 판 사이에 단락이 발생하는 경향이 있습니다. 과전류 보호가 제공된다고 가정할 때, 이러한 실패 모드는 상대적으로 무해할 것입니다. 그러나, 설계자는 새로운 설계의 수명이 유지되도록 운영 중 이러한 실패가 발생하지 않도록 적절한 세라믹 커패시터 전압 감액을 선택해야 합니다.

세라믹 커패시터 전압 감액의 중요성

고려해야 할 중요한 사항 중 하나는 세라믹 커패시터의 전압이 최대 세라믹 커패시터 전압 등급에 근접할 때 커패시터의 용량 값이 감소한다는 것입니다. 일부 구성 요소에서 이 감소는 회로의 작동에 상당한 영향을 줄 수 있습니다. 이 효과는 구성 요소의 물리적 크기에 크게 영향을 받습니다. 동일한 정격 값을 가진 1206 SMD 세라믹 커패시터는 0603 SMD 세라믹 커패시터보다 정격 용량을 훨씬 더 천천히 잃습니다. 이 효과는 또한 고유전율을 가진 구성 요소, 예를 들어 Class II 유형 유전 특성(예: B/X5R 및 R/X7R)을 가진 장치에서 더욱 두드러집니다. 이 효과는 신호 처리 회로에서 세라믹 커패시터에 걸쳐 DC 바이어스 전압이 존재할 때 문제가 될 수 있습니다.

편향 전압은 기본 회로의 작동 특성에 영향을 미치는 전체 용량을 크게 줄일 수 있습니다. 편향 전압 위에 중첩된 신호 전압은 그 극성에 따라 이 변화를 악화시키거나 완화시킬 수 있으며, 신호 전압에 비례하여 용량의 변화를 일으킵니다. 종합적인 효과는 용량의 변화로 인한 비선형 성능입니다. 이 문제는 피크 신호 전압과 직류 편향 전압에서 계산된 커패시터 최대 전압이 컴포넌트의 용량 특성 영역 내에 있어 용량의 변화가 최소인 지역에 남아 있도록 함으로써 해결할 수 있습니다. 이는 설계자의 요구 사항을 충족하는 유전체 특성을 가진 컴포넌트를 신중하게 선택해야 할 수 있습니다.

세라믹 커패시터 디레이팅에 미치는 또 다른 영향은 정격 전압 한계 내에서 빠른 전압 변동에 노출되는 것입니다. 전압이 한계 내에 있더라도 전압의 변화율은 시간이 지남에 따라 세라믹 재료를 저하시켜 컴포넌트의 수명을 줄이고 고장 확률을 증가시킬 수 있습니다.

어떤 세라믹 커패시터 디레이팅을 사용해야 하나요?

세라믹 커패시터의 전압 등급 규칙은 표준으로 최소 25% 감소시켜야 한다는 일반적인 규칙이 있지만, 전압 리플 효과에 노출될 환경에서는 최소 50%까지 증가시켜야 합니다. 구성 요소에 정상 작동시 적용할 수 있는 최대 전압의 최소 두 배는 구성 요소의 최대 정격 전압이어야 합니다.

보다 정확한 계산은 붕괴 전압과 최대 정격 전압 사이의 관계를 살펴봄으로써 얻을 수 있습니다. 일반적으로 제조업체는 붕괴 전압에 경험과 판단에 기반한 여유분을 더해 최대 정격 전압을 계산합니다. 붕괴 전압은 세라믹 커패시터의 구성에 사용된 재료의 특성과 재료의 결함 유무에 의해 결정됩니다. 제조 공정의 품질이 높을수록 붕괴 전압이 높아지지만, 이는 사용된 재료에 의해 제한됩니다. 흥미롭게도, 커패시턴스 값이 높을수록 제조 결함이 붕괴 전압에 미치는 영향이 낮아집니다.

세라믹 기반 절연 재료의 특성이 계산을 지배하며, 연구에 따르면 금속 요소는 결과에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 절연 파괴 전압은 일반적으로 전기적 파괴보다는 유전체 내의 분극 과정에 의해 결정됩니다. 제조업체는 구성 요소의 작동 특성 내에서 영역을 식별함으로써 파괴 전압을 결정합니다. 전압 의존적 특성은 장치의 필요한 한계 내에 있으며, 예측된 신뢰성은 지정된 범위 내에 있습니다. 디자이너가 적용하는 어떤 디레이팅도 제조업체의 디레이팅 요소에 추가되며, 이는 파괴 전압에서 최대 세라믹 커패시터 전압 등급을 계산하는 데 사용됩니다.

기억해야 할 한 가지는, 구성 요소를 과도하게 디레이팅하는 것이 처음에는 가장 안전한 정책으로 보일 수 있지만, 이는 물리적으로 더 크거나 훨씬 더 비싼 구성 요소의 선택을 초래할 것입니다. 추가적인 보드 공간이 필요할 수 있으며, 이는 보드의 레이아웃과 라우팅에 다른 도전을 야기할 수 있습니다. 더 큰 구성 요소는 기계적 진동이 존재할 수 있는 환경에서 구성 요소 내부의 균열 위험을 증가시킵니다. 모든 설계 결정과 마찬가지로, 신중하게 생각해야 할 몇 가지 결과가 있습니다.

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