Kann ein Entkopplungskondensator zu groß sein?

Für mein Projekt mit einem ATtiny85, der mit einem externen Uhrenkristall bei 32,768 kHz läuft, dachte ich, ich würde einen 1-uF-Entkopplungskondensator in der Nähe des MCU-Stromanschlusses einbauen. Es scheint jedoch so, als würden die meisten Leute einen 0,1-uF-Kondensator empfehlen. Kann die Verwendung einer zu großen Wertobergrenze (z. B. 1 uF) Schaden anrichten oder funktioniert sie ordnungsgemäß?

Der Typ ist wichtiger als der Wert - wenn es sich um ein kleineres (z. B. 0805 oder kleineres) oberflächenmontiertes Keramikteil handelt, ist ein Kondensator mit größerem Wert nicht nachteilig.

Vergleichen Sie die folgenden zwei ähnlichen 0603 X7R Murata-Kondensatoren (der obere ist 1uF, der untere ist 100nF):

Wenn Sie sich eine vernünftige Impedanz wie 1 Ohm ansehen, ist die 1uF <1 Ohm für 250 kHz bis 600 MHz und die 100 nF von etwa 1,8 MHz bis 400 MHz, sodass die 1uF überall besser ist (ein anständiger Regler füllt die niedrigeren Frequenzen aus und) Ein träger Chip wie der ATtiny erzeugt keine Kanten mit höherfrequenten Inhalten, über die man sich Sorgen machen muss.

Sie müssen auf die Website des Kappenherstellers gehen und entweder Software herunterladen oder webbasierte Programme verwenden, um das tatsächliche Verhalten zu ermitteln. In den Datenblättern wird es normalerweise nicht in vollem Umfang angezeigt, da es zu viele Möglichkeiten gibt. Beachten Sie, dass die Kapazität des 1uF aufgrund der Vorspannung, die ich nicht eingestellt habe (es ist nur ein Beispiel), tatsächlich geringer sein wird, aber Sie sollten es tun.

Bei 32.768kHz ist die Antwort, dass ein größerer Kondensator (1uF) in Ordnung sein sollte.

Bei hohen Frequenzen (genauer gesagt, schnellen Übergangsraten an den Gerätestiften) ist ein kleinerer Kondensator erforderlich, um bei diesen Flankenraten eine niedrige Impedanz zu erzielen (um einen internen Leistungsabfall zu verhindern). Resonanz sowieso.

Wir haben in der Regel stellen eine bulk Ableitkondensator (einige uF) irgendwo in der Nähe, mit dem kleineren Wert Geräte möglichst nahe an der Einrichtungsleistungs Stifte wie möglich.

In dieser Antwort finden Sie weitere Informationen zur MLCC-Eigenresonanz.

Möglicherweise möchten Sie Leckströme nachlesen.

Wenn Sie es auf einem 32.768 kHz Uhrglas laufen lassen , stehen die Chancen, dass Sie kümmern viel über langfristige durchschnittliche Stromverbrauch.

In meiner sehr begrenzten Forschung ist der Leckstrom in größeren Kondensatoren im Allgemeinen höher, obwohl er sich meistens auf die tatsächliche Bautechnologie zu beziehen scheint.

Eine schnelle Suche nach aktuellen Zahlen führt mich mit ein paar Hinweisen zu diesem Artikel von muRata. Es zeigt, dass der Leckstrom durch die Kapazität ansteigt, jedoch nur Werte für 1-µF-Kondensatoren auflistet.

Nur Sie können antworten, ob so geringe Mengen an Strom von Bedeutung sind oder nicht, und Sie müssen einen repräsentativeren Wert für Ihren speziellen Kondensatortyp ermitteln. Für Superkondensatoranwendungen ist dies möglicherweise wichtiger als für batteriebetriebene Anwendungen.

Der Preisunterschied zwischen einem großen Kondensator, der bestimmte Ladungsmengen so schnell wie eine kleinere Kappe liefern kann, und einem großen Kondensator mit schlechterer Leistung übersteigt häufig die Kosten einer kleineren Kappe. Daher ermöglicht die Verwendung einer kleineren Kappe zusammen mit einer schlechteren größeren Kappe normalerweise eine bessere Leistung zu einem niedrigeren Preis als die Verwendung einer Kappe. Der Versuch, mit einer großen Obergrenze fällig zu werden, impliziert häufig, dass man entweder eine schlechtere Hochfrequenzleistung hat oder mehr ausgibt, als man sollte.

Ob die Gesamtkapazität zu groß sein kann, hängt von der Stromversorgung ab. Eine Kappe mit niedrigem Serienwiderstand absorbiert im Wesentlichen den gesamten Strom, den sie erhalten kann, bis sie aufgeladen ist. Wenn ein Bündel von Kappen mit insgesamt 1000 uF an eine Stromversorgung mit einer Strombegrenzung von 10 mA angeschlossen würde, würde es 300 ms dauern, bis die Stromschienen des Geräts drei Volt erreichen, und während dieser Zeit würde die Kappe die vollen 10 mA ziehen. Wenn die Versorgung jedoch problemlos 1A ausgeben könnte, würden sich die Kappen in nur 3 ms anstatt in 300 ms auf die volle Spannung aufladen.

Beachten Sie auch, dass, wenn ein Gerät (oder ein Subsystem mit eigenen Filterkappen) häufig eingeschaltet, kurz verwendet und dann lange genug ausgeschaltet wird, damit sich die Kappe entlädt, die gesamte Energie für die Stromversorgung der Kappen im Wesentlichen ausreicht Wird verschwendet, wenn das Gerät oder Subsystem ausgeschaltet wird. Eine Verdoppelung der Größe der Filterkappen würde die Menge der Verschwendung verdoppeln.

Stellen Sie sich den ATtiny als variablen Widerstand vor (dynamische Last). Alle Netzteile der realen Welt haben einen Quellenwiderstand, den Draht zum Gerät und eine gewisse Induktivität von Draht und PS. Wenn der ATtiny mehr Strom zieht, weil mehr Transistoren einschalten (dies kann im ns-Zeitrahmen passieren), verursacht dies einen Spannungsabfall vom Widerstand und der Induktivität des Kabels, was schlecht sein kann. Wenn ein Filterkondensator eingesetzt wird, um die Spannung konstant zu halten, entnimmt der ATtiny für die benötigte kurze Zeit etwas Strom aus dem Kondensator.

$R=V*I$

Wenn Sie nun einen riesigen Kondensator parallel zum ATtiny platzieren, unterscheidet sich dieser nicht wesentlich von einem kleinen Widerstand. Dies wirkt sich jedoch auf die Startzeit der Schaltung aus. Wenn Sie einen 1F-Kondensator parallel zum ATtiny anschließen, kann das Aufladen abhängig von Ihrer Stromversorgung einige Minuten dauern! Ein 1uF sollte in Ordnung sein. Beachten Sie, dass Kondensatoren auch einen Serienwiderstand haben, der in diesem einfachen Modell nicht berücksichtigt wird.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Im Allgemeinen ist die kleinere Wertobergrenze vorhanden, da sie eine höhere Eigenresonanzfrequenz aufweist. Bei Frequenzen darunter sieht es elektrisch aus wie eine Kappe. Oben sieht es aus wie ein Induktor.

Lassen Sie sich nicht von den Impedanzdiagrammen täuschen, die nur die Impedanz anzeigen, aber nicht die Art der Impedanz.

Stellen Sie sich vor, die größeren Kappen sind ein Tank zum Auffüllen der Ladung aufgrund von Stromspitzen und die kleineren dienen dazu, die Auswirkungen von kurzen Übergängen (Stromimpulsen) aufzufangen und deren Weiterleitung an den Rest des Stromkreises zu verhindern.

Dies ist nicht unbedingt genau, aber es ist eine angemessene Faustregel.

SIE KÖNNEN ZU VIEL KAPAZITÄT HABEN. Es hängt jedoch alles von der Art der Stromversorgung ab. Bei altmodischen Diodenbrücken- und Glättungskappen-Netzteilen ist der Diodenleitungswinkel beim Gleichrichten des Netzes umso kürzer, je mehr Kapazität Sie haben. Kurze Leitungswinkel führen wiederum zu größeren Spitzenströmen (da der Durchschnitt gleich bleibt, müssen die Spitzen höher sein, wenn der Strom für eine kürzere Zeit fließt). Dies hat zur Folge, dass Sie die Spitzenstromwerte der Dioden überschreiten und diese kochen können.

Heutzutage ist so etwas bei modernen Schaltwandlern sehr selten und im Allgemeinen etwas, worüber Sie sich keine Sorgen machen müssen.

Speziell mit so etwas wie einem ATTiny, der mit ein paar kHz von einem Uhrenkristall läuft, haben Sie nicht viel zu befürchten. (Ein mit 1 GHz laufender ARM wäre eine andere Sache, und weitaus mehr Sorgfalt und Aufmerksamkeit wären gerechtfertigt.)