[发明专利]陶瓷多层电容器

说明书

技术领域

说明了一种适用于高功率应用的陶瓷多层电容器。该多层电容器例如可以用作AC/DC或DC/AC转换器中的滤波元件。

背景技术

公知有聚合物膜电容器和陶瓷电容器，例如所谓的X7R电容器。

发明内容

要解决的任务是说明一种具有高功率密度的电容器。

说明了一种具有第一和第二电容器单元的陶瓷多层电容器，所述第一和第二电容器单元电并联。第一电容器单元具有第一材料，并且第二电容器单元具有第二材料。第一材料优选地不同于第二材料。

例如，该电容器在0V至2000V的电压范围中运行。该电容器优选地在0V至700V的电压范围中运行。

第一材料在施加低电压的情况下具有大的介电常数，并且第二材料在施加高电压的情况下具有大的介电常数。用术语“低电压”优选地表示处于所使用的电压范围的下部范围中、例如在所使用的电压范围的下三分之一中的电压。例如，下部电压范围对应于0V/μm至3V/μm的场强范围。用术语“高电压”优选地表示处于所使用的电压范围的上部范围中、例如在所使用的电压范围的上三分之一中的电压。例如，上部电压范围对应于5V/μm直至第二材料的击穿场强的场强范围。

用术语“大介电常数”优选地表示高于值500、特别优选高于值1000的介电常数。

例如，第一材料在所使用的电压范围的下部范围中具有大于500、例如大于5000、优选大于10000的介电常数。例如，第二材料在所使用的电压范围的上部范围中具有大于2000、优选大于5000的介电常数。

例如，第一材料在低电压下具有介电常数的最大值，并且第二材料在高电压下具有介电常数的最大值。

多层电容器优选地由于电容器单元的并联而在高电压和在低电压下具有大的有效介电常数。该有效介电常数可以从多层电容器的电容中计算出。下面也将多层电容器的有效介电常数简称为多层电容器的介电常数。

这样的陶瓷多层电容器优选地由于并联而在整个所使用的电压范围中具有大的介电常数。例如，介电常数在电压范围的每个点处都大于500、优选大于5000。

每个电容器单元本身例如都可以仅仅在所使用的电压范围的仅仅部分范围中具有大的介电常数。例如，在每个电容器单元中，介电常数根据部分范围中的电压而采取最大值。

例如，第一电容器单元的介电常数在低电压下采取最大值，并且在电压上升时强烈下降。相应地，第一材料的介电常数在外部生成的场强低的情况下采取最大值，并且在场强升高时强烈地下降。例如，第二电容器单元的介电常数在施加高电压的情况下采取最大值并且在电压下降时强烈地下降。相应地，第二材料的介电常数优选在高场强下采取最大值并且在低场强下强烈地下降。第二材料例如可以被选择为使得其针对与最大运行电压相对应的场强具有最大介电常数。

由于电容器单元的并联以及由此得出各个介电常数叠加成多层电容器的介电常数，可以为了获得整个多层电容器的介电常数的所期望的变化曲线而使用这样的材料，在所述材料的情况下，介电常数强烈依赖于场强。在此，尤其是也可以考虑特别低成本和易于加工的材料。

在电容器的一个实施方式中，多层电容器的介电常数的电压依赖性由于电容器单元的并联而小于各个电容器单元的介电常数的电压依赖性。这优选地适用于整个所使用的电压范围、例如从0V至700V。

例如，多层电容器与所述电容器单元中的每个相比具有明显更平坦的介电常数变化曲线。多层电容器优选地具有随着场强而几乎恒定的介电常数变化曲线。在这种情况下，电容器具有特别均匀的行为。

例如，第一材料是铁电的，并且第二材料是反铁电的。用术语“铁电”来表示具有铁电特性、而且优选在所使用的电压范围内具有铁电特性的材料。用术语“反铁电”来表示具有反铁电特性、而且优选在所使用的电压范围内具有反铁电特性的材料。

反铁电材料优选地在低场强下具有低介电常数。在较高电压下，得出介电常数的峰值。铁电材料优选地在低场强至中场强下具有介电常数的最大值。铁电材料的介电常数优选地在场强升高时减小。

例如，为第一材料使用基于钛酸钡或钡酸铅的陶瓷。

例如为第二材料使用基于锆钛酸铅的陶瓷。在另一实施方式中，为第二材料使用基于铋钠的陶瓷。

在一个实施方式中，多层电容器具有至少一个温度调节器以用于调节所述电容器单元中的至少一个的温度。

优选地借助于温度调节器将一个或两个电容器单元的温度调整为使得整个电容器的功率能力、尤其是功率密度尽可能大。