CN105453088B - 考虑到施加交流电压的电容器的静电电容值决定方法及程序 - Google Patents

Abstract

在解析过程中，AC电压特性反映于电容器的静电电容。因此，本发明中，在步骤S1中预先获取电容器的静电电容值变化和AC电压值的关系作为近似式或表格数据。在步骤S3中计算出电路中施加于电容器的AC电压值。在步骤4中，基于获取到的关系，根据步骤3中计算得到的AC电压值计算电容器的静电电容值。步骤S5中，将计算出的电容器的静电电容值与设定值中所设定的电容器的静电电容值进行比较。然后，在该比较结果为两者间存在差异的情况下，重新将计算值设定于设定值，并反复进行相同的处理。在两者没有差异的情况下，将此时计算得到的静电电容值决定作为电路中的静电电容值。

Description

考虑到施加交流电压的电容器的静电电容值决定方法及程序

技术领域

本发明涉及考虑到施加交流电压的电容器的静电电容值决定方法及程序，在结构中包含有电容器的电路中，根据施加于电容器的交流电压值来决定电容器的静电电容值。

背景技术

电容器的静电电容会相对于电容器上所施加的DC电压而变化，但在专利文献1所公开的电容器的等效电路模型中，将该电容器的行为模型化成电流量随着所施加的DC电压来进行增减的电流源，由此来考虑静电电容的变化。即，在相同的等效电路模型中，若将交流电压与DC偏置电压两者的叠加电压施加到电容器等效电路部，则由基准电流生成部参照交流电压从而计算出基准电流。倍率生成部中，参照DC偏置电压，从而计算出将DC偏置电压作为变量的倍率。在电流源电流生成部中，通过参照上述基准电流和倍率，计算出由电流源生成的电流。利用电流源电流生成部生成该计算得到的电流，并使其流过电容器等效电路部的基本电路。因此，流过电容器等效电路部的电流是与实际的电容器的DC偏置特性相对应的电流，通过将该电流与电容器的静电电容相关联，由此该等效电路模型示出与实际测量相接近的DC偏置特性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/090602号刊物

发明内容

发明所要解决的技术问题

使用钛酸钡类强电介质的高介电常数类层叠陶瓷电容器具有下述特征：其静电电容值会随着所施加的直流(DC)电压或交流(AC)电压而发生较大的变化。因此，在包含有这种电容器的电路的设计中，需要假设其电压条件来适当地进行考虑。一般情况下，AC电压特性可表示为弧线(曲线)，表示静电电容值相对于AC电压值的电平变化而发生的变化，但该弧线有时会因AC电压的频率的不同而不同。并且，在同时施加AC电压和DC电压的情况下，AC电压特性会因所施加的DC电压值的电平的不同而不同。

然而，在上述现有的专利文献1所公开的电容器的静电电容的解析方法中，仅仅考虑到了将所施加的AC电压的电平和频率固定为一定值的状态下的DC电压特性。因此，使用专利文献1所公开的电容器的等效电路模型来解析得到的电容器的静电电容有可能会背离实际使用状态下的静电电容。

解决技术问题所采用的技术手段

本发明是为了解决上述问题而完成的，因此，构成下述考虑到施加交流电压的电容器的静电电容值决定方法，包括：

第1步骤，在该第1步骤中，预先获取在改变会给电容器的静电电容的交流电压特性带来影响的参数的情况下的电容器的静电电容值变化、与施加于电容器的交流电压值的关系，所述参数是例如施加于电容器的直流电压值或施加于电容器的交流电压的频率等；

第2步骤，在该第2步骤中，将电容器的静电电容的设定值设定为初始值；

第3步骤，在该第3步骤中，在结构中包含有电容器的电路中，使用设定值中所设定的电容器的静电电容值，来计算施加于电容器的交流电压值；

第4步骤，在该第4步骤中，基于第1步骤中预先获取的所述关系，根据第3步骤中计算得到的交流电压值计算电路中的电容器的静电电容值；以及

第5步骤，该第5步骤中，将第4步骤中计算得到的电容器的静电电容值的计算值与设定值进行比较，

在第5步骤中所进行的比较的结果为计算值与设定值间存在差异的情况下，将计算值设定为设定值，并反复进行第3、第4及第5步骤，在第5步骤中所进行的比较的结果为计算值与设定值间没有差异的情况下，将计算值决定为电路中的电容器的静电电容值。

在本结构的电容器的静电电容值决定方法中，基于预先获取得到的电容器的静电电容值变化和施加交流电压值的关系，根据电路中施加于电容器的交流电压值来计算电容器的静电电容值，并将计算得到的电容器的静电电容值与被设定为设定值的电容器的静电电容值进行比较。然后，在该比较结果为两者间存在差异的情况下，重新将计算值设定为设定值，并反复进行相同的处理。在两者没有差异的情况下，将此时计算得到的静电电容值决定作为电路中的静电电容值。这里，预先获取到的电容器的静电电容值变化与施加交流电压值的关系是在改变会给电容器的静电电容的交流电压特性带来影响的参数的情况下的关系。因此，对于电容器的静电电容值的计算值与设定值间没有差异、从而进行收敛的电容器的静电电容值，其是考虑到了会给电容器的静电电容的交流电压特性带来影响的参数后得到的值。因此，通过将进行考虑的参数设为至少包含实际使用电路时会给电容器的静电电容的交流电压特性带来影响的参数，例如，施加于电容器的直流电压值以及施加于电容器的交流电压的频率，从而使得所能获得的电容器的静电电容值是符合实际使用状态下的静电电容值的精确值。对于电容器的影响所涉及的电路的各部分的电压、电流的特性，也能够符合实际使用状态地精确地进行求取。

此外，本发明的特征在于：

在第2步骤中，将施加于电容器的交流电压的频率的设定值设定为初始值，

在第5步骤中所进行的比较的结果为计算值与设定值间没有差异的情况下，将计算值决定为频率的设定值下电路中的电容器的静电电容值，然后，在一定范围内改变频率的设定值，并反复进行上述第3、第4及第5步骤。

根据本结构，对于在一定范围内改变施加于电容器的交流电压的频率的情况下各频率决定电容器的静电电容值。由此，能够获得一定范围内的电容器的静电电容的频率特性。因此，也能够获得一定范围内的电容器的影响所涉及的电路各部分的电压、电流的频率特性。

此外，本发明构成用于使计算机执行下述步骤的程序，即：

第1步骤，在该第1步骤中，输入针对电容器的静电电容的设定值的初始值并将其设定为设定值；

第2步骤，在该第2步骤中，在结构中包含有电容器的电路中，使用被设定为设定值的电容器的静电电容值，来计算施加于电容器的交流电压值；

第3步骤，在该第3步骤中，基于存储于存储部的，在改变会给电容器的静电电容的交流电压特性带来影响的参数的情况下的电容器的静电电容值变化、与施加于电容器的交流电压值之间的关系，根据第2步骤中计算得到的交流电压值，来计算出电路中的电容器的静电电容值；

第4步骤，在该第4步骤中，将第3步骤中计算得到的电容器的静电电容值的计算值与设定值进行比较；以及

第5步骤，在第5步骤中，在第4步骤所进行的比较的结果为计算值与设定值间存在差异的情况下，将计算值设定于设定值并反复进行第2、第3及第4步骤，在第4步骤所进行的比较的结果为计算值与设定值间没有差异的情况下，将计算值决定为电路中的电容器的静电电容值。

根据本结构，能够通过使用计算机的运算来获得符合实际使用状态的精确的电容器的静电电容值。因此，通过使用本程序，能够构成对包含电容器的电路进行模拟的高精度电路模拟器。

本发明的特征在于，在上述程序中，

在第1步骤中，输入针对施加于电容器的交流电压的频率的设定值的初始值，并设定为频率的设定值，

在第5步骤中计算值与设定值间没有差异的情况下，将计算值决定为频率的设定值下电路中的电容器的静电电容值，然后，在一定范围内改变频率的设定值，并反复进行上述第2、第3及第4步骤。

根据本结构，能够通过使用计算机的运算来获得关于电容器的静电电容值的符合实际使用状态的精确的频率特性。因此，通过使用本程序，能够构成可对电容器的频率特性进行高精度地解析的电路模拟器。

发明效果

根据本发明，如上所述，能够提供一种可获得符合实际使用状态的精确的电容器的静电电容值的考虑到了施加交流电压的电容器的静电电容值决定方法及程序。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的电容器的静电电容值决定方法的流程图。

图2是表示本发明的实施方式2的电容器的静电电容值决定方法的流程图。

图3是表示各实施方式中预先获取的电容器的静电电容值变化与施加于电容器的AC电压值的关系的一测定例的曲线图。

图4是表示使用了下述电容器的模拟电路的一个示例的图，该电容器中，电容器的静电电容值变化和施加于电容器的AC电压值具有图3的曲线图所示的关系。

图5是表示对图4所示的电路中的电容器的静电电容值进行模拟而得到的结果的曲线图。

具体实施方式

下面，对用于实施本发明所涉及的考虑到施加交流电压的电容器的静电电容值决定方法及程序的方式进行说明。

图1是表示实施方式1的电容器的静电电容值决定方法的流程图。

在该电容器的静电电容值决定方法中，首先，在第1步骤S1中，预先获取在改变会给电容器的静电电容的AC电压特性带来影响的各种参数的情况下，电容器的静电电容值变化和施加于电容器的AC电压值(AC电压电平)的关系。本实施方式中，使用施加于电容器的DC电压值(DC电压电平)、以及施加于电容器的AC电压的频率作为会给电容器的静电电容的AC电压特性带来影响的参数。对于电容器的静电电容值变化和施加于电容器的AC电压值的关系(AC电压值vs电容)，其由以施加AC电压值为变量的近似表示静电电容值的近似式、表格数据等来表示，预先存储于存储器等存储部M1。

这里，电容器的静电电容的所谓AC电压特性是指在将施加于电容器的DC电压值及施加于电容器的AC电压的频率设定为固定值，并改变施加于电容器的AC电压的值即AC电压电平的情况下所呈现出的静电电容值变化。电容器的静电电容的所谓DC电压特性是指在将施加于电容器的AC电压值及施加于电容器的AC电压的频率设定为固定值，并改变施加于电容器的DC电压的值即DC电压电平的情况下所呈现出的静电电容值变化。在改变施加于电容器的AC电压的频率的情况下，AC电压特性也会发生变化。

接着，在第2步骤S2中，将电容器的静电电容的设定值设定为初始值。使用对电容器设定的特定的施加DC电压条件及特定的施加AC电压条件下获得的登记值等作为该初始值。接着，在第3步骤S3中实施电路计算，使用设定值中所设定的电容器的静电电容值来计算结构中包含有电容器的电路中电容器上所施加的AC电压值。接着，在第4步骤中，参照第1步骤中预先存储于存储部M1的表示AC电压值vs电容的关系的近似式或表格数据，根据第3步骤中计算得到的AC电压值来计算出电路中的电容器的静电电容值。

接着，在第5步骤中，将第4步骤中计算得到的电容器的静电电容值的计算值与设定值进行比较。在该比较结果为计算值与设定值之间存在差异，静电电容值没有收敛，从而第5步骤S5的判别结果为否的情况下，将第4步骤中计算得到的计算值设定于设定值，由此对设定值进行更新，然后反复进行第3、第4及第5步骤S3、S4、S5。另一方面，在第5步骤S5中进行的比较的结果为计算值与设定值之间没有差异，静电电容值收敛，从而第5步骤S5的判别结果为是的情况下，将静电电容的计算值决定为电路中电容器的静电电容值。

施加于电容器的AC电压值的电压和电容器的静电电容是相互作用的参数。对于求取包含电容器的电路中电容器的静电电容可通过下述方式进行，即：在上述两参数之间寻求不矛盾的两者的组合，由此来获得解。因此，在本实施方式的电容器的静电电容值决定方法中，如上述那样，基于作为近似式或表格数据预先获取得到的电容器的静电电容值变化和AC电压值的关系，根据施加于电容器的AC电压值来计算电容器的静电电容值，将计算得到的电容器的静电电容值与设定值中所设定的电容器的静电电容值进行比较。然后，在该比较结果为两者间存在差异的情况下，重新将计算值设定于设定值，并反复进行相同的处理。在比较结果为收敛且两者不存在差异的情况下，判断为两者的组合不存在矛盾，从而将此时计算得到的静电电容值决定作为电路中的静电电容值。

这里，预先获取的电容器的静电电容值变化与施加AC电压值的关系是改变会给电容器的静电电容的AC电压特性带来影响的参数的情况下的关系，在本实施方式中为改变施加DC电压值及AC电压频率的情况下的关系。因此，电容器的静电电容值的计算值与设定值间没有差异从而进行收敛的电容器的静电电容值是考虑到了会给电容器的静电电容的AC电压特性带来影响的施加DC电压值及AC电压频率的值。因此，通过将进行考虑的参数设为实际使用电路时会给电容器的静电电容的AC电压特性带来影响的上述施加DC电压值及AC电压频率，从而所能获得的电容器的静电电容值是考虑到了施加DC电压值和AC电压频率以及施加AC电压值这至少三个变量的符合实际使用状态下的静电电容值的精确值。并且，对于电容器的影响所涉及的电路的各部分的电压、电流的特性，也能够基于精确地获得的静电电容值，来符合实际使用状态地精确地进行求取。

图2是表示实施方式2的电容器的静电电容值决定方法的流程图。另外，对于同一图中与图1相同的处理和相同的部分标注相同标号，并省略其说明。

在该实施方式2的电容器的静电电容值决定方法中，第1步骤S1中，在预先获取电容器的静电电容值变化与施加于电容器的AC电压值的关系之后，在第2步骤S2a中，将施加于电容器的AC电压的频率设定值设定为初始值。设定AC电压频率特性中想要进行模拟的一定范围的开始值作为该初始值。

在第5步骤S5中计算值与设定值间没有差异，静电电容值收敛，从而第5步骤S5的判别结果为是的情况下，在第6步骤S6中，将第4步骤S4中计算得到的计算值设定为此时频率设定值中所设定的频率下的电路中的电容器的静电电容值。接着，将计算得到的计算值的计算结果存储于存储器等存储部M2。该计算结果中也包含有使用所决定的静电电容值计算得到的电路各部分的电压值、电流值等的计算值。

接着，在第7步骤S7中，判别在AC电压频率特性中想要进行模拟的一定范围的整个范围内是否已完成频率扫描，即所扫描的频率是否已达到最终值。在整个频率范围内没有完成频率扫描，从而第7步骤S7的判别结果为否的情况下，在第8步骤S8中，将频率的设定值增加规定值的量，并前进一个频率阶跃。接着，反复进行第2～第7步骤S2～S7。此时，第2步骤S2中，静电电容的设定值中设定有上一次的第4步骤S4中计算得到的静电电容值。因此，在每次反复进行第2～第7步骤S2～S7时，对静电电容的设定值进行更新。

当在一定范围内改变频率的设定值，想要进行模拟的一定范围的整个范围内完成了频率扫描，从而第7步骤的判别结果为是时，结束处理。

根据上述实施方式2的电容器的静电电容值决定方法，对于在一定范围内改变施加于电容器的AC电压的频率的情况下的各频率决定电容器的静电电容值及电路各部分的电压值、电流值等。因此，能够获得一定范围内的电容器的静电电容的频率特性、以及电容器的影响所涉及的电路各部分所期望的电压、电流的频率特性。

图3是表示上述各实施方式中存储于存储部M1的陶瓷电容器的静电电容值变化与施加于电容器的AC电压值的关系(AC电压值vs电容)的一测定例的曲线图。同一曲线的横轴表示AC电压[Vrms]，纵轴表示静电电容[nF]。曲线y是表示改变施加于电容器的AC电压值的情况下的电容器的静电电容值变化的测定结果。若是原先情况，则会在改变会给电容器的静电电容的AC电压特性带来影响的参数的情况下进行测定，在上述各实施方式中为在改变施加于电容器的DC电压值及施加于电容器的AC电压的频率的情况下进行测定，但这里，为了简化，将施加于电容器的DC电压值固定为0[V]，施加于电容器的AC电压的频率固定为1[MHz]来进行测定。若用以施加AC电压值为变量x的三次方程式对该曲线y进行近似，则近似式由下述(1)式表示。

y＝1.4949x³-7.8368x²+16.933x+14.112...(1)

图4示出使用下述电容器C1的电路的一个示例，该电容器C1具有近似式由上述(1)式来表示的AC电压值vs电容的关系，使用该电路来进行电路模拟。电路如图所示，构成为AC电压源V与电容器C1和电阻R1的串联电路串联连接。电阻R1的电阻值为50[Ω]，AC电压源V的输出电压波形为正弦波形，输出电压值为1[V]，频率为1[MHz]。将由(1)式表示的近似式设定到电路模拟，将初始值设为22[nF]，按照上述流程对该电路中电容器C1的静电电容值[nF]进行模拟。

图5是表示该模拟结果的曲线图。同一曲线图的横轴表示第3、第4及第5步骤S3、S4、S5反复进行的重复次数[次]，纵轴表示第4步骤中计算出的静电电容值[nF]。另外，圆形标记的点表示模拟值。

如同一曲线图所示，在重复次数达到5次之后，静电电容值收敛为15.4[nF]。

该模拟是单一的AC电压频率下的结果，在实施方式2中，对于各AC电压频率的每一个频率准备近似式，在所期望的频率范围内扫描AC电压频率来进行计算。

工业上的实用性

上述各实施方式中的电容器的静电电容值决定方法如下述那样能够作为计算机程序来实现，从而能够简单地进行运用。

即，实施方式1的电容器的静电电容值决定方法能够构成为用于使计算机执行下述步骤的程序，即：

第1步骤，在该第1步骤中，输入针对电容器的静电电容的设定值的初始值并将其设定于设定值；

第2步骤，在该第2步骤中，在结构中包含有电容器的电路中，使用设定值中所设定的电容器的静电电容值，来计算施加于电容器的AC电压值；

第3步骤，在该第3步骤中，基于存储于存储部M1中的，在改变会给电容器的静电电容的AC电压特性带来影响的参数的情况下的电容器的静电电容值变化、与施加于电容器的AC电压值之间的关系，根据第2步骤中计算得到的AC电压值，来计算电路中的电容器的静电电容值；

第4步骤，在该第4步骤中，将第3步骤中计算得到的电容器的静电电容值的计算值与设定值进行比较；以及

第5步骤，在第5步骤中，在第4步骤所进行的比较的结果为计算值与设定值间存在差异的情况下，将计算值设定于设定值并反复进行第2、第3及第4步骤，在第4步骤所进行的比较的结果为计算值与设定值间没有差异的情况下，将计算值决定为电路中的电容器的静电电容值。

根据本结构的程序，能够通过使用计算机的运算来获得符合实际使用状态的精确的电容器的静电电容值。因此，通过使用本程序，能够构成对包含电容器的电路进行模拟的高精度电路模拟器。这里，电路模拟器是指基于电气电路的基本定律即欧姆定律、基尔霍夫定律等，针对描述各种无源电路元件和有源电路元件的物理特性的参数、例如电压、电流的瞬态特性、频率特性等进行计算的程序。

实施方式2的电容器的静电电容值决定方法作为计算机程序能够通过下述方式构成，即：

在上述程序的第1步骤中，输入针对施加于电容器的交流电压的频率的设定值的初始值，并设定于频率的设定值，

在第5步骤中计算值与设定值间没有差异的情况下，将计算值决定为频率的设定值下电路中的电容器的静电电容值，在一定范围内使频率的设定值改变，并反复进行上述第2、第3及第4步骤。

根据本结构的程序，能够通过使用计算机的运算来获得关于电容器的静电电容值的符合实际使用状态的精确的频率特性。因此，通过使用本程序，能够构成可对电容器的频率特性进行高精度地解析的电路模拟器。

通过经由互联网来访问具备上述各计算机程序的服务器，从而能够从与互联网相连的个人计算机等终端来使用上述计算机程序。根据本结构，利用者通过从与互联网相连的终端来访问具备上述各计算机程序的服务器，从而能够方便地使用上述计算机程序。因此，能够向大量利用者提供上述各实施方式的电容器的静电电容值决定方法。

另外，在上述各实施方式的电容器的静电电容值决定方法及各程序中，说明了使用施加于电容器的DC电压值及施加于电容器的AC电压的频率作为会给电容器的静电电容的AC电压特性带来影响的参数的情况，但参数并不限于此。例如，可以设为：也将电容器的温度、电压施加于电容器的时间等边沿条件等作为上述参数，根据实际使用的电路的状况，预先获取在改变上述参数的条件下的施加AC电压值和静电电容值的关系，并作为数据表格或近似式存储于存储部M1。由此，通过预先获得参数改变时的AC电压特性数据，从而能够在考虑了所有参数的情况下对电容器的静电电容和电路各部分的电流电压特性进行模拟。

标号说明

M1、M2…存储部

V…AC电压源

C1…电容器

R1…电阻

Claims (5)

1.一种考虑到施加交流电压的电容器的静电电容值决定方法，其特征在于，包括：

第1步骤，该第1步骤中，预先获取改变会给电容器的静电电容的交流电压特性带来影响的参数的情况下的电容器的静电电容值变化与施加于电容器的交流电压值的关系；

第2步骤，在该第2步骤中，将电容器的静电电容的设定值设定为初始值；

第3步骤，在该第3步骤中，在结构中包含有电容器的电路中，使用所述设定值中所设定的电容器的静电电容值，来计算施加于电容器的交流电压值；

第4步骤，在该第4步骤中，基于所述第1步骤中预先获取的所述关系，根据所述第3步骤中计算得到的交流电压值计算所述电路中的电容器的静电电容值；以及

第5步骤，该第5步骤中，将所述第4步骤中计算得到的电容器的静电电容值的计算值与所述设定值进行比较，

在所述第5步骤中所进行的比较的结果为所述计算值与所述设定值间存在差异的情况下，将所述计算值设定为所述设定值，并反复进行所述第3、第4及第5步骤，在所述第5步骤中所进行的比较的结果为所述计算值与所述设定值间没有差异的情况下，将所述计算值决定为所述电路的电容器的静电电容值。

2.如权利要求1所述的考虑到施加交流电压的电容器的静电电容值决定方法，其特征在于，

在所述第2步骤中，将施加于电容器的交流电压的频率的设定值设定为初始值，

在所述第5步骤中所进行的比较的结果为所述计算值与所述设定值间没有差异的情况下，将所述计算值决定为所述频率的设定值下的所述电路的电容器的静电电容值，然后改变所述频率的设定值以使其前进一个频率阶跃，并反复进行所述第3、第4及第5步骤。

3.一种储存介质，该储存介质储存有程序，其特征在于，该程序用于使计算机执行下述步骤：

第1步骤，在该第1步骤中，输入针对电容器的静电电容的设定值的初始值并将其设定为所述设定值；

第2步骤，在该第2步骤中，在结构中包含有电容器的电路中，使用所述设定值中所设定的电容器的静电电容值，来计算施加于电容器的交流电压值；

第3步骤，在该第3步骤中，基于存储于存储部的，在改变会给电容器的静电电容的交流电压特性带来影响的参数的情况下的电容器的静电电容值变化、与施加于电容器的交流电压值之间的关系，根据所述第2步骤中计算得到的交流电压值，来计算出所述电路中的电容器的静电电容值；

第4步骤，在该第4步骤中，将所述第3步骤中计算得到的电容器的静电电容值的计算值与所述设定值进行比较；以及

第5步骤，在所述第4步骤中所进行的比较的结果为所述计算值与所述设定值间存在差异的情况下，该第5步骤将所述计算值设定为所述设定值，并反复进行所述第2、第3及第4步骤，在所述第4步骤中所进行的比较的结果为所述计算值与所述设定值间没有差异的情况下，将所述计算值决定为所述电路的电容器的静电电容值。

4.如权利要求3所述的储存介质，其特征在于，

在所述第1步骤中，输入针对施加于电容器的交流电压的频率的设定值的初始值，并设定为所述频率的设定值，

在所述第5步骤中所述计算值与所述设定值间没有差异的情况下，将所述计算值决定为所述频率的设定值下的所述电路中的电容器的静电电容值，然后，改变所述频率的设定值以使其前进一个频率阶跃，并反复进行所述第2、第3及第4步骤。

5.如权利要求1或2所述的考虑到施加交流电压的电容器的静电电容值决定方法或如权利要求3或4所述的储存介质，其特征在于，

所述参数至少包括施加于电容器的直流电压值以及施加于电容器的交流电压的频率。