MLCC - Kann ich Hochspannungskappen für Szenarien mit sehr niedriger Spannung verwenden?

Gibt es einen wichtigen Grund, warum ich Hochspannungs-Mehrschichtkeramikkondensatoren für Niederspannungsszenarien nicht verwenden kann? Zum Beispiel MLCCs mit 50 V oder 100 V für 3,3 V DC-Anwendungen?

Ich habe schlechte Augen und Probleme beim Löten von 1206 oder kleineren Gehäusen, und Kappen mit höherer Bewertung haben immer viel größere (und leichter zu lötende) Gehäuse. Aufgrund des PCB-Layouts kann ich THT / DIP-Komponenten nicht überall verwenden.

Nach diesem Hinweis von Maxim scheint die Kapazität für niedrigere Spannungen immer stabiler zu sein. Aber was ist mit ESR, Leckage und so weiter? Könnte es irgendwelche Probleme geben?

Hinweis: Meine typischen Szenarien sind meistens Entkopplungskappen - unter Verwendung von OS CONs für die SMPS-Stromversorgung. Wie auch immer, ich könnte immer noch Probleme haben, große SMT 15pF-Kappen für ein XTAL zu finden ... :(

— HeliTux
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Definitiv Ja! Dies erleichtert Ihnen auch das Leben ein wenig, da Sie sich nicht um die Abhängigkeit der Gleichstromvorspannung von der Kapazität kümmern müssen.

— Winny

Zum Entkoppeln müssen Sie sich um die Induktivität des Gehäuses kümmern. Suchen Sie nach Kondensatoren mit den Lötanschlüssen auf der langen Dimension

— Elliot Alderson

@ElliotAlderson Vielen Dank, dass Sie die Bedeutung der Induktivität erwähnt haben! Fast vergessen, dass Mehrschichtkeramik es auch hat (im Gegensatz zu Einschichtkeramik). MLCC ist für mich noch eine ziemlich neue Technologie :)

— HeliTux

Antworten:

Es besteht keine Gefahr, einen Kondensator zu verwenden, der für eine viel höhere Spannung als erforderlich ausgelegt ist, und es besteht auch kein Leistungsverlust. Im Gegenteil.

Wenn Sie eine Gleichstromvorspannung über den Kondensatoren haben (z. B. Entkopplung), möchten Sie, dass die Nennspannung viel höher ist als Ihre Gleichstromvorspannung, andernfalls müssen Sie einen Kondensator mit einer höheren Kapazitätsnennleistung als erforderlich wählen. Dies liegt daran, dass die Kapazität von MLCCs erheblich abnimmt, wenn Sie eine Gleichstromvorspannung anlegen.

Die meisten MLCCs erreichen bei ihrer Nennspannung nicht annähernd ihre Nennkapazität. Bei einem X5R-Dielektrikum ist die Kapazität in der Regel bereits weit unter die Hälfte des Nennwerts gefallen, wenn Sie die Hälfte der Nennspannung erreicht haben. X7R-Dielektrika schneiden etwas besser ab - Sie können davon ausgehen, dass die Nennkapazität bis zum Erreichen der Hälfte der Nennspannung noch 70% beträgt, aber selbst diese fallen ab.

Die meisten Hersteller liefern diese Daten nicht, einige, einschließlich TDK und Murata, liefern diese Testergebnisse, und Sie können davon ausgehen, dass für andere Hersteller dieselben Trends gelten, da die Technologie praktisch dieselbe ist.

Als einfaches Beispiel ist dies ein Moor-Standard 10uF 10V X7R MLCC in einem 0805-Paket. Bei einer Nennvorspannung von 10 V DC beträgt die tatsächliche Kapazität nur 4 uF. Mit einer Vorspannung von 5 V schneidet es etwas besser ab und erreicht 7,5 uF. Tatsächlich muss die Vorspannung weniger als 2 V betragen (1/5 der Nennspannung), um die Kapazität von 10 uF tatsächlich zu erreichen. Dies ist in der folgenden Grafik dargestellt.

Aus diesem Grund möchten Sie normalerweise, dass für X7R die Nennspannung> 2x die erforderliche Gleichspannung beträgt. Für X5R möchten Sie wahrscheinlich> 4x die erforderliche Gleichspannung sein. Je höher desto besser.

Der einzige Nachteil bei einer höheren Bewertung ist normalerweise, dass die Größe größer sein muss. Für niedrige Kapazitätswerte (unter 100 nF) ist dies jedoch kein allzu großes Problem, und Sie können Hochspannungswerte leicht in kleinen Gehäusen finden. Bei sehr niedrigen Kapazitäten (unter 1 nF) ist es wahrscheinlich ohnehin schwierig, eine mit einer niedrigen Nennspannung zu finden.

— Tom Carpenter
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Vielen Dank für die sehr komplexe Antwort. Mir ist jetzt sehr klar, wie man MLCCs benutzt. Ich bevorzuge immer die größten SMD-Teile als möglich (habe nie Probleme mit dem Leiterplattenspeicher), daher scheint es, dass MLCC keine Nachteile für mich hat.

— HeliTux

Wahrscheinlich mit einer Ausnahme: Entkopplung von Kondensatoren.

— Simon Richter

Sie könnten erwähnen, dass Sie nicht "> 2x die erforderliche Gleichspannung" benötigen - Sie können einfach die verringerte Kapazität berücksichtigen und eine um 30% höhere Nennkapazität berücksichtigen. Und bei der Entkopplung von Kappen spielen absolute Werte keine große Rolle.

— Asdfex

@asdfex Siehe Absatz 2, das habe ich erwähnt. Die letzten paar Absätze waren eher eine Zusammenfassung.

— Tom Carpenter

@ TomCarpenter Warum sollte X5R x4 sein, verglichen mit X7R bei x2? Ich habe festgestellt, dass beide, solange ich die billigen Specials vermeide und bei einer anständigen Marke bleibe (Kemet, TDK und AVX kommen mir in den Sinn), bei Raumtemperatur (35 ° C +/- 5) gleich handeln, was die Voreingenommenheit betrifft. . Noch kühlere Temperaturen sind in Ordnung. Wenn es heißer wird (sagen wir über 80 ° C), scheint dies einen Unterschied zu machen. Aber andererseits benutze ich selten 401 (außer ich habe ein gutes Angebot für 15uF 6V X5R 401 (500 für 5 US-Dollar), das ich für die 3V3-Entkopplung verwende)

— GB - AE7OO

Es würde mich zum Teufel überraschen, wenn Sie Kondensatoren mit niedrigem Wert finden könnten, die nur für Niederspannung ausgelegt sind. Typische SMD-Keramikkondensatoren haben eine Nennspannung von 50 V.

Hochwertige Keramikkondensatoren sind häufiger mit einer niedrigeren Nennspannung erhältlich. Dies liegt jedoch daran, dass sie spannungsempfindlich sind. Ein bestimmtes Teil kann möglicherweise mit einer höheren Spannung betrieben werden, erreicht jedoch nicht die angegebene Kapazität über der Nennspannung.

Größere Teile haben eine höhere Induktivität, daher sind sie für hohe Frequenzen nicht so gut wie kleinere Teile.

Ich sehe bei einer kurzen Überprüfung, dass auch kleine Teile (12 pF) in der Größe 1206 erhältlich sind.

Sie können die größeren Teile verwenden, aber wenn Sie sich mit Hochfrequenzmaterial beschäftigen oder mit Dingen, bei denen die Eigenresonanzfrequenz des Teils von Bedeutung ist, müssen Sie besonders vorsichtig sein, wenn Sie sich an die größeren Teile halten.

Für die Entkopplung von typischen Hobby-Dingen sollte es keine Rolle spielen.

— JRE
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"aber es erreicht nicht die angegebene Kapazität über der Nennspannung" - Die meisten MLCCs erreichen ihre Nennkapazität bei ihrer Nennspannung unter Gleichstromvorspannung nicht annähernd. Wenn Sie bei einem X5R die Hälfte der Nennspannung erreichen, ist die Kapazität normalerweise bereits unter die Hälfte des Nennwerts gefallen. Bei X7R erhalten Sie möglicherweise eine Nennkapazität von 70%, wenn Sie die Hälfte der Nennspannung erreichen.

— Tom Carpenter

Nur als Beispiel gibt TDK viele Daten zu ihren Obergrenzen an. Dies ist eine Standard-10uF-, 10V-, X7R-Standardkappe. Bei einer Vorspannung von 10 V DC beträgt sie nur 4 uF, bei 5 V 7,5 uF. Aus diesem Grund möchten Sie normalerweise, dass die Nennspannung über dem Zweifachen der erforderlichen Gleichspannung liegt.

— Tom Carpenter

RE "Typische SMD-Keramikkondensatoren haben eine Nennspannung von etwa 50 V". Nicht, wenn Sie zu kleineren Größen (0402 und niedriger) und Werten über 1 nF wechseln. Im Moment mache ich eine Teileauswahl und arbeite hart daran, 10 V-Nennwerte anstatt 6,3 oder sogar 4 Volt zu finden.

— Das Photon

Die Grenze der Betriebsspannung für Niederspannungs-MLCC-Kappen ergibt sich tatsächlich aus der Kapazitätsabnahme und nicht aus der Durchbruchspannung. Analog zum Sättigungsstrom, der den Spitzenbetriebsstrom der Induktivität begrenzt. Wie Photon sagt, sind 6.3 und noch niedriger üblich.

— Spehro Pefhany