測量材料的介電常數與介電損耗

用於抑制干擾、穩定電流的電容器,是電動車電池組與電源的核心被動元件,近年來因為汽車加重電子化程度與電源電壓提高下,積層陶瓷電容器(MLCC)具備高電壓、低損耗以及較優的漣波電流處理能力,使需求量不斷倍增。因此,MLCC元件如何在 DC /AC 軌優化功率處理能力下同時輔助快速切換半導體,核心關鍵就在介質材料的性能與特性。

  • 在電源功率不斷提高下的陶瓷電容

需先評估DC偏壓效應下造成電容老化、電容量下降的問題

  • 快速切換MOSFET半導體元件而產生的漣波

在快速切換IGBT半導體元件產生的漣波也會影響整體效能,原因是每個電容器自身會有阻抗與自感,當電容限制逆變器等元件的波動時會需要更大電流,此時漣波電流的耐受性要更好。

  • 提昇電容的功率處理能力可從降低ESR與ESL

降低有效串聯電阻(ESR)可緩低熱生成造成的功率損耗,以及降低有效串聯電感(ESL)可提高工作頻率範圍。

 

優化上述陶瓷電容的性能可從材料端開始,如 U2J 與C0G這類的Class I 介電材料,具備更低的介電常數(K),同時溫度性能更佳。更低K值的陶磁電容器與高電容量的薄膜電容器相較之下,可大幅提昇功率密度。

用於抑制干擾、穩定電流的電容器,是電動車電池組與電源的核心被動元件,近年來因為汽車加重電子化程度與電源電壓提高下,積層陶瓷電容器(MLCC)具備高電壓、低損耗以及較優的漣波電流處理能力,使需求量不斷倍增。因此,MLCC元件如何在 DC /AC 軌優化功率處理能力下同時輔助快速切換半導體,核心關鍵就在介質材料的性能與特性。

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  • 快速切換MOSFET半導體元件而產生的漣波

在快速切換IGBT半導體元件產生的漣波也會影響整體效能,原因是每個電容器自身會有阻抗與自感,當電容限制逆變器等元件的波動時會需要更大電流,此時漣波電流的耐受性要更好。

  • 提昇電容的功率處理能力可從降低ESR與ESL

降低有效串聯電阻(ESR)可緩低熱生成造成的功率損耗,以及降低有效串聯電感(ESL)可提高工作頻率範圍。

 

優化上述陶瓷電容的性能可從材料端開始,如 U2J 與C0G這類的Class I 介電材料,具備更低的介電常數(K),同時溫度性能更佳。更低K值的陶磁電容器與高電容量的薄膜電容器相較之下,可大幅提昇功率密度。

MICROTEST 介電常數測量解決方案提供以下測量技術

  • 接觸電極法
  • 接觸雙層式
  • 非接觸電極法

 

電容為例,認識介電常數

當給平行板電容器施加一組DC電壓時,兩板之間的介電材料發揮存儲電荷的功能。介電常數可以說是在電的位移和電場強度之間存在的比例常量,這個常量在一個真空中8.854×10 -12【 F/m 】,因此介電材料的電容與介電常數相互關聯。

  • 電常數時常以相對介電常數的方式來表達,而不是絕對值
  • 相對介電常數εr的計算公式   εr=Cx/C0

我們可以利用LCR Meter/阻抗分析儀測量相對介電常數

透過交流電源(AC)為材料提供激勵信號,同時監測材料上的實際電壓,藉由測量材料的尺寸與電容值+損耗因子D值,得到材料的相對介電常數εr

 

 

MICROTEST提供高性價比、高精準測量介電強度與損耗的方案

  • MICROTEST 內置介電參數機上直接測量
  • 省去人工需要額外計算公式得到介電常數值
  • 不用再連線PC軟體,MICROTEST機上測量
  • 10Hz-50MHz寬頻域分析介電材料的頻率特性
  • 內置±12V DC偏壓測量電容器電壓特性

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