Vishay Vishay –陶瓷电容器的SPICE模型

陶瓷电容器的SPICE模型……（优于）实际结果吗？

作者: Vishay压敏电阻产品营销工程师Alain Stas

首先，我想在本文的标题中强调“是否”一词. 没有SPICE模型比电子元件的实际测量结果更好. 这些结果有时需要耐心收集多年. 但是，正确而完整的建模-充分考虑到测量值的特殊性-使用模型可以节省时间并简化实验. 有时，建模还可以显示两种极端情况之间各种零件编号特征的插值. 简而言之，SPICE模型可用于给出测量值的潜在结果.

我撤走了. 本文的参考组件是Vishay的VY1 / VY2系列陶瓷片式电容器1. 这些是高度非线性的电容器，其电容值取决于温度和施加的电压. 电容随温度的变化取决于用于制造器件的材料. 对于电子陶瓷新手来说，这些材料与《星球大战》中的名称非常相似，例如X5R，S3L，Y5U和U2J. 但是，3PO不是！！

图1（温度）和图2（电压）是Y5U材料温度和电场灵敏度的示例. Y5U是EIA RS-198标准22型材料，工作温度范围为-30°C（第一个数字: Y）至+85°C（最后一个数字: U），中间数字确定最大容量变化: 5（+ 22％） / -56％）.

如果要构建此组件的真实模型，还需要考虑其他两个图表: 漏电流（取决于施加的电压，如图3所示）以及阻抗和频率之间的关系（自谐振）频率与电容值成反比，如图4所示.

有了这个非线性变量，SPICE成为此类设备的理想软件. 在大多数情况下，SPICE技术用于涉及模拟行为源（也称为任意行为源）的复杂设备，是直观再现此关系的理想选择. “ PSpice电压控制的电阻和电容建模”应用笔记提供了该技术的几个示例.

图5显示了该器件的LTspice，该器件随温度/电压的变化而变化.

除了等效串联电阻（ESR）和电感（ESL）外，还可以通过两个电流源对陶瓷电容器的行为进行建模.

第一个当前源称为Bfunct. 电流绝对是电容性的，因此它与由电流源（Ecopy）产生的小电容感应电流成比例，该电流通过电容器（C1）不断向模型施加电压. 该电流还与标称电容值（Cnom，25°C，0 V）以及电压和温度相关的可变函数成比例. 接下来是表示泄漏电流的泄漏电流源，泄漏电流也取决于施加的电压.

建立模型后，我们可以根据不同的DC电压和温度进行虚拟电容测量. 在图6中，我们将一个1 khz的交流电压施加到直流电压上，以测量SPICE电容值，并将交流泄漏电流与直流泄漏电流分析进行比较:

Cspice =（Imax-Ileakage）/（Vmax 2 f），其中Vmax = 5 V电阻spice模型，f = 1 kHz，Imax是电容器的最大电流摆幅，而Ileakage是与VDC电压相对应的电流.

SPICE仿真测量值可以直接与实际物理测量结果（CY5Umeas节点电压）进行比较.

下面的图7显示了LTspice日志文件中的Cy5um和SPICE计算值之间的直接比较（使用最大和最小容差）. SPICE仿真结果与原始数据表曲线几乎没有区别.

也可以再现五种不同陶瓷材料的电容随温度的变化. （请参见图8；图中的点是实验测量值. ）

我们甚至可以通过扫频小信号交流仿真结果（图9是电路，图10是结果）来重现图4中所有模型的自谐振频率图.

现在电阻spice模型，我们回到本文标题的问题: 陶瓷电容器SPICE模型是否优于实际结果？

看到图7、8和10中令人印象深刻的结果，我相信我的论点是这个问题现在可以成为一个反问.

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