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电容的偏压特性

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电容的偏压特性


1、偏压效应:


施加直流电压后,导致电容值变小的特性。


I类陶瓷(COG)的电容的偏压效应较弱,II类陶瓷(X7R/X5R/Y5V)的电容的偏压效应较强。而且厂家一般会给出偏压特性曲线(C-U曲线)。在电源电路设计中,要充分考虑。


注 :I类电容指低介电常数电容(ε较小);II类电容指高介电常数电容(ε较大)


2、 偏压效应原因::


以下是我对偏压效应的理解:


由于极化分子的正负电荷中心不重合,所以在电子的随机运动下,极化分子的极化强度矢量为0,极化强度指的是电偶极矩的矢量和(方向:由负电荷指向正电荷,方向很重要)。


a) 当未加直流偏压,而仅仅加交流激励时,材料中的电子更容易随着外加电场的变化而变化,自由相转更加容易,在较短时间△t内,更大,意味着电位矢量△D更大,


根据高斯定理:

意味单位时间的充放电荷量越多,那么电容C越大。


当加了一定的直流偏压后,材料中的电子会在外加电场的影响下,出现移动,此时极化强度不再是0,而是P0,在此基础上我们再去叠加同样强度的交流激励,△P会变小,△D 也会变小,单位时间的充放电荷量变少,C变小。


就像一根松弛的皮筋,它可能的弹性的是最强的;一旦外部加了恒定拉力,它可能的弹性就会变低,因为它已经处于紧绷状态了。


这里附加书上解释(更加书面语):电容率与单位体积类自发极化的自由相转成正比,。当没有外加电压时,自发极化为随机取向状态;当外部施加电压时,电介质的自发极化受到外加电场的限制,不容易发生自发极化的自由相转变,所以静电容量变低。


3、为什么高介电常数的电容的偏压特性更明显呢?


对于两种不同的电介质的电容,在电容两端加相等的直流电压,此时材料内部产生极化强度分别为P0(对应ε小)和P0’(对应ε大),P0< P0’.


P0 的剩余极化强度大,(剩余极化强度是一个新的概念,可以理解为加交流激励时,△P 的变化幅度更大),电容值缩水性更小;P0’的剩余极化强度小,电容值缩水性更大。


4、电容的偏压特性曲线


其实,电容值随着交流激励幅值也是变化的。原因在于:交流信号让介质中的电荷来回换向,影响介质中的场分布,从而能够吸附更多的电荷。但交流容量特性会饱和。


5、总结


电容的偏压特性对电容的选择是非常重要的,电容的偏压特性指出:在选择电容时,不能只看标称值,还考虑偏压特性,温度特性,精度等等对电容值产生影响的因素。

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来源:电力电子技术与新能源
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首次发布时间:2023-05-22
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