信維MLCC(多層陶瓷電容器)在直流偏壓(DC Bias)下容量下降的現(xiàn)象，主要源于其介質(zhì)材料的非線性介電特性，尤其是二類瓷MLCC(如X7R、X5R等)采用的鐵電體材料(如鈦酸鋇，BaTiO?)。以下是具體原因及分析：

1. 鐵電材料的極化飽和效應

自發(fā)極化與電場排列：

MLCC的陶瓷介質(zhì)由無數(shù)微小鐵電疇組成，每個疇內(nèi)存在自發(fā)極化。無外加電壓時，這些極化方向隨機分布，整體介電常數(shù)較高。當施加直流電壓時，電場使鐵電疇重新取向，極化方向逐漸與電場一致，導致介電常數(shù)降低。

極化飽和現(xiàn)象：

隨著直流電壓升高，越來越多的鐵電疇完成排列，介質(zhì)極化程度接近飽和。此時，再增加電壓，介電常數(shù)增長緩慢甚至下降，直接導致電容值減小。

2. 電偶極子響應能力減弱

偶極子排列與交流信號響應：

MLCC的電容值由介質(zhì)中可響應交流信號的電偶極子數(shù)量決定。施加直流電壓后，部分偶極子被“鎖定”在電場方向，無法隨交流信號快速翻轉(zhuǎn)，導致有效偶極子數(shù)量減少，介電常數(shù)(ε?)降低。

電容公式關聯(lián)：

電容值C=dεr?ε0?A?，其中ε?為介電常數(shù)。ε?下降直接導致容值減少。

3. 介質(zhì)材料與結(jié)構(gòu)的影響

材料類型差異：

二類瓷MLCC（X7R、X5R）：采用鐵電體材料，介電常數(shù)高但非線性明顯，直流偏壓下容量下降顯著。

一類瓷MLCC（C0G、NP0）：采用順電體材料(如二氧化鈦)，介電常數(shù)低但穩(wěn)定，幾乎不受直流偏壓影響。

電容器尺寸與層數(shù)：

尺寸越大或?qū)訑?shù)越多，電場強度越低，偶極子鎖定效應減弱，容量下降幅度越小。

薄層結(jié)構(gòu)或高層數(shù)電容器在高電壓下更易出現(xiàn)容量下降。

4. 實際應用中的影響與應對

電路性能變化：

濾波電路：容量下降導致截止頻率偏移(如從160Hz升至260Hz)，引發(fā)信號失真或電源紋波增大。

儲能應用：DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入/輸出濾波電容容量下降，可能導致紋波電壓增大、轉(zhuǎn)換效率降低。

設計選型建議：

選擇高額定電壓電容：如電路工作電壓為5V，可選用16V或25V額定電壓的電容，以降低電場強度，減輕偏壓效應。

并聯(lián)使用電容：補償單個電容容量下降，同時降低等效串聯(lián)電阻(ESR)和電感(ESL)。

優(yōu)先實測驗證：通過RC振蕩器電路快速獲取容值衰減曲線，確保設計符合預期。

精密場景換用C0G：對容量穩(wěn)定性要求高的電路(如信號耦合)，徹底消除直流偏壓影響。

審核編輯 黃宇