100 µF gehen wirklich an die Grenze für Keramikkappen. Wenn Ihre Spannungen niedrig sind, wie einige Volt bis 10 oder vielleicht 20 Volt, kann es sinnvoll sein, mehrere Keramiken parallel zu schalten.
Keramikkappen mit hoher Kapazität haben ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die Vorteile sind ein viel geringerer äquivalenter Serienwiderstand und daher eine viel höhere Rippelstromfähigkeit, die Nützlichkeit für höhere Frequenzen, eine geringere Wärmeempfindlichkeit, eine viel bessere Lebensdauer und in den meisten Fällen eine bessere mechanische Robustheit. Sie haben auch ihre eigenen Probleme. Die Kapazität kann sich mit der Spannung erheblich verschlechtern, und die dichteren Keramiken (mehr Energiespeicher pro Volumen) weisen Piezoeffekte auf, die oft als "Mikrophonik" bezeichnet werden. Unter den falschen Umständen kann dies zu Schwingungen führen, aber das ist selten.
Beim Schalten von Stromversorgungsanwendungen ist Keramik normalerweise ein besserer Kompromiss als Elektrolyte, es sei denn, Sie benötigen zu viel Kapazität. Dies liegt daran, dass sie viel mehr Rippelstrom aufnehmen und besser erwärmen können. Die Lebensdauer von Elektrolyten wird durch Hitze stark beeinträchtigt, was bei Stromversorgungen häufig ein Problem darstellt.
Sie müssen Keramiken nicht so stark herabsetzen wie Elektrolyte, da die Lebensdauer von Keramiken anfangs viel länger ist und viel weniger von der angelegten Spannung abhängt. Bei Keramik ist zu beachten, dass die dichten aus einem nichtlinearen Material bestehen, das sich in einer verringerten Kapazität an den oberen Enden des Spannungsbereichs niederschlägt.
Hinzugefügt über Mikrofonik:
Einige Dielektrika ändern ihre Größe physikalisch in Abhängigkeit vom angelegten elektrischen Feld. Für viele ist der Effekt so gering, dass Sie ihn nicht bemerken und ignorieren können. Einige Keramiken weisen jedoch einen ausreichend starken Effekt auf, so dass Sie die resultierenden Vibrationen eventuell hören können. Normalerweise hört man einen Kondensator nicht von selbst, aber da diese ziemlich starr an eine Platine gelötet sind, können die kleinen Vibrationen des Kondensators dazu führen, dass die viel größere Platine auch vibriert, insbesondere bei einer Resonanzfrequenz der Platine. Das Ergebnis kann durchaus hörbar sein.
Natürlich funktioniert auch das Gegenteil, da physikalische Eigenschaften im Allgemeinen in beide Richtungen funktionieren, und dies ist keine Ausnahme. Da die angelegte Spannung die Abmessungen des Kondensators ändern kann, kann eine Änderung seiner Abmessungen durch Anlegen einer Spannung seine Leerlaufspannung ändern. In der Tat wirkt der Kondensator als Mikrofon. Es kann die mechanischen Vibrationen aufnehmen, denen die Platine ausgesetzt ist, und diese können in die elektrischen Signale auf der Platine eindringen. Aus diesem Grund werden derartige Kondensatoren in hochempfindlichen Audio-Schaltkreisen vermieden.
Weitere Informationen zur Physik finden Sie am Beispiel der Eigenschaften von Bariumtitanat. Dies ist ein übliches Dielektrikum für einige Keramikkappen, da es wünschenswerte elektrische Eigenschaften aufweist, insbesondere eine ziemlich gute Energiedichte im Vergleich zum Keramikbereich. Dies wird erreicht, indem das Titanatom zwischen zwei Energiezuständen umschaltet. Die effektive Größe des Atoms unterscheidet sich jedoch zwischen den beiden Energiezuständen, weshalb sich die Größe des Gitters ändert und wir eine physikalische Verformung als Funktion der angelegten Spannung erhalten.
Anekdote:Ich bin kürzlich frontal auf dieses Problem gestoßen. Ich habe ein Gizmo entwickelt, das an die DCC-Stromversorgung (Digital Command and Control) angeschlossen wird, die von Modellzügen verwendet wird. DCC ist eine Möglichkeit, Energie, aber auch Informationen an bestimmte "Fahrzeuge" auf den Gleisen zu übertragen. Es handelt sich um ein differenzielles Leistungssignal von bis zu 22 V. Informationen werden durch Umkehren der Polarität mit einem bestimmten Zeitablauf übertragen. Die Flip-Rate beträgt ungefähr 5-10 kHz. Um Strom zu bekommen, korrigieren Geräte dies auf Vollwelle. Mein Gerät hat nicht versucht, die DCC-Informationen zu dekodieren, sondern nur ein bisschen Strom. Ich habe eine einzelne Diode verwendet, um den DCC mit einer Halbwelle auf eine 10-µF-Keramikkappe gleichzurichten. Der Abfall auf dieser Kappe während der Off-Halbwelle betrug nur etwa 3 V, aber diese 3 Vpp reichten aus, um sie zum Singen zu bringen. Die Strecke funktionierte einwandfrei, aber das ganze Board gab ein ziemlich nerviges Winseln von sich. Das war in einem Produkt nicht akzeptabel, Für die Serienversion wurde dies in eine 20-µF-Elektrolytkappe geändert. Ich habe mich ursprünglich für Keramik entschieden, weil sie billiger und kleiner war und eine längere Lebensdauer haben sollte. Glücklicherweise ist es unwahrscheinlich, dass dieses Gerät bei hohen Temperaturen verwendet wird. Daher sollte die Lebensdauer der Elektrolytkappe deutlich besser sein als im ungünstigsten Fall.
Ich sehe aus den Kommentaren eine Diskussion darüber, warum Schaltnetzteile manchmal jammern. Ein Teil davon könnte auf die Keramikkappen zurückzuführen sein, aber magnetische Komponenten wie Induktoren können auch aus zwei Gründen vibrieren. Zunächst wird auf jedes Drahtstück im Induktor eine Kraft ausgeübt, die proportional zum Quadrat des durch ihn fließenden Stroms ist. Diese Kraft wirkt seitlich auf den Draht, wodurch die Spule vibriert, wenn sie nicht gut an Ort und Stelle gehalten wird. Zweitens gibt es eine dem elektrostatischen Piezoeffekt ähnliche magnetische Eigenschaft, die als Magnetostriktion bezeichnet wird. Das Induktorkernmaterial kann sich in Abhängigkeit vom angelegten Magnetfeld geringfügig verändern. Ferrite zeigen diesen Effekt nicht sehr stark, aber es gibt immer ein bisschen, und es kann anderes Material im Magnetfeld geben. Ich habe einmal an einem Produkt gearbeitet, bei dem der magnetostriktive Effekt als magnetischer Tonabnehmer verwendet wurde. Und ja,