皆様、お疲れ様です。今日は積層セラミックコンデンサ(以降セラコン)のDCバイアス特性の話です。
まずは質問ですが、こんな回路の入力コンデンサをセラコン10μFに設定しようとしたとき、耐圧はいくつのものを選定したら良いでしょうか？
ちなみに入力電圧の最大値は20Vとします。
それなら20V以上の耐圧で1番低いやつを選んだけばいいじゃん。例えば25V耐圧。
と思った方は、先輩/上司に「は？お前、知らんの？」とキレ気味のマウントを取られる前に本記事を読むことをお勧めします。
セラコンのDCバイアス特性とは？
セラコンに電圧を印加すると、容量値が低下します。それがDCバイヤス特性です。
先程の例であげた10μF/25V耐圧品の特性を村田製作所のsimSurfingで見てみましょう。
このように、印加電圧に起こして容量値が下がっているのがわかります。
10μFを想定していたにもかかわらず、仮に入力電圧10Vを印可した場合、容量値は2μFとなってしまいます。
意外と低下しますよね。これがDCバイアス特性です。
なぜDCバイアス特性が起きるのか？
私は理解していませんが、天下の村田製作所様がここに詳しく書いてくれています。
チタン酸バリウム系の強誘電体にDC電圧を印加した場合、電界が小さいときは電束密度(D)と電界(E)は比例しますが、電界が大きくなるに従って向きがばらばらであった自発分極(Ps)が電界の方向に整列し始め、非常に大きな誘電率を示し実効静電容量値が大きくなります。さらに電界が上昇し、やがて自発分極の整列が終わり分極が飽和すると誘電率は小さくなって、実効静電容量値が小さくなります
https://article.murata.com/ja-jp/article/voltage-characteristics-of-electrostatic-capacitance
意味わかりましたか？私はチタン酸バリウム系の時点で読むのを辞めてしまいましたが、とりあえず電圧を印可したら容量が小さくなるよってことです。
じゃあ、どうしたらいい？
単純です。DCバイアス特性を見越して
- 耐圧にマージンをとって選定する。(今回であれば、例えば50V耐圧品を選ぶ。)
- 容量値にマージンをとって選定する。(今回であれば、例えば22μF品を選ぶ。)
はい、そんな感じで本記事は終わります。
誰かの参考になれば幸いです。最後までお読みいただきありがとうございました。
