【48812】运用LTspice仿真来解说电压依靠性影响

来源：资讯文档发布时间：2024-06-10 21:20:13

本文阐明怎样样去运用LTspice仿真来解说由于运用外壳尺度越来越小的陶瓷电容器而引起的电压依靠性（或直流偏置）影响。尺度越来越小、功用渐渐的变多、电流耗费越来越低，为满意这些需求，有必要对元件（包含MLCC）的尺度加以约束。因而，电压依靠性或直流偏置的影响也遭到重视。

要完结陶瓷电容器的微型化，就有必要在越来越小的空间内完结更高的电容值。为此，具有高介电常数(ε)和越来越薄的介电绝缘层的资料正在被完结，这使得现在有可能是在工业级规划上出产高质量的陶瓷层。

惋惜的是，介电常数εr= ƒ()是电场强度的函数，因而电容表现出电压依靠性。依据陶瓷类型和层厚度，这种影响能够十分明显。在最大答应电压下，电容下降到标称值的10％以下并不稀有。

在将稳定电压作用于MLCC的运用中（例如解耦电容），很简单考虑此影响。只需电压坚持稳定，就能够从制作商供给的数据手册或在线东西中获取剩下电容值。

可是，关于电压可变的状况该怎样去办？例如在图4中，开关稳压器上的输入滤波器选用5 V USB电源至24 V工业电源供电。另一个比如是，2线以太网PHY与相同线路上不同电压值的电源沟通耦合。

在此类状况下，运用LTspice进行电路仿真可供给有用的洞悉。有些MLCC制作商现已供给了相应的直流偏置模型供下载。此外，LTspice供给了仿照电压依靠行为的办法及施行东西。对此，电容与电压联络的曲线中描绘的办法之一很有用。

LTspice供给了一个众所周知的具有稳定电容的电容模型以及一个非线性模型。该非线性模型用于求解电荷方程。由于需求保存电荷，直接求解非线性电容模型是不合适的。但在这儿，这不应该是问题，由于电容是经过电荷对电压微分来取得的。反过来，有必要对电压相关电容进行积分。这现已针对如下办法完结，因而无需任何数学知识便可运用这一些模型。

以上就是电荷方程。现在能够将其直接插入LTspice术语中，以替代电容器的电容值：

但是，许多MLCC的近乎稳定的初始电容即便在中等电压下也会敏捷下降，之后简直坚持稳定。在此类状况下，假如仅运用线性模型，则关于较大规模的电容，有用电容会被高估。关于这种散布广泛的状况，能够正常的运用根据双曲正切(Tanh)的模型：

图3清楚地显现了所提出的非线性模型相关于规范恒电容模型的优越性。运用这种电容曲线，线性模型足以适用于大多数运用。

最终应留意的是，这儿仅仿真了单个非抱负效应。MLCC任旧存在许多其他效应，包含老化、温度依靠性、频率依靠性、AC起伏依靠性、电介质吸收等。关于许多运用，将直流偏置依靠性视为仅有的首要效应就足够了。在制作第一个原型之前，LTspice能够用作解说直流偏置等非抱负特性的实用东西。