Kondensatory ceramiczne w zastępstwie tantalowych

W obwodach zasilania wszystkich współczesnych urządzeń elektronicznych wykorzystuje się kondensatory blokujące, odsprzęgające i bocznikujące. Często rolę tą pełnią kondensatory tantalowe, elektrolityczne wraz z ceramicznymi, niemniej coraz częściej zastępowane są one przez tańsze wersje wielowarstwowe ceramiczne.

Posłuchaj
00:00

Mimo że istnieje wiele innych dielektryków, MLCC i kondensatory tantalowe dominują w tych zastosowaniach ze względu na to, że w ich przypadku stosunek ceny do wydajności jest najkorzystniejszy. Wersje MLCC i kondensatory tantalowe mają podobne zastosowania, jednak różnią się budową i użytymi materiałami. Oba te rodzaje podzespołów, o pojemnościach zawierających się między 0,1μF a 100μF, są najczęściej stosowane jako kondensatory odprzęgające, obejściowe, bocznikujące oraz jako filtry sygnału lub elementy redukujące szumy. W układach zasilających są one stosowane do eliminacji tętnień i filtrowania. Ich skuteczność zależy od zastosowanego dielektryka, którego właściwości zmieniają się z temperaturą, a nawet poziomem sygnałów elektrycznych przykładanych do kondensatora.

Przy wybieraniu elementów blokujących zasilanie należy także być świadomym spraw, które nie są bezpośrednio związane z elektroniką, jak dostępność na rynku, technologii montażu itp.

Porównanie

Kondensatory tantalowe wymagają zachowania właściwej polaryzacji napięcia, a w temperaturze powyżej 85°C wymagają obniżenia maksymalnej wartości napięcia pracy. Przy 125°C dopuszczalne napięcie może wynosić 2/3 nominalnej wartości. Aby uzyskać wymaganą niezawodność w podwyższonych temperaturach, napięcie robocze kondensatorów tantalowych nie powinno przekraczać 50% wartości nominalnej. W przypadku kondensatorów elektrolitycznych dopuszczalne napięcie wsteczne wynosi 15% wartości nominalnej w temperaturze pokojowej, 5% w temperaturze 85°C i tylko 1% w temperaturze 125°C. Kondensatory MLCC nie mają tych ograniczeń.

MLCC mają szersze pasmo częstotliwości i niższą impedancję, rzędu kilku miliomów, niż kondensatory tantalowe, charakteryzują się lepszym tłumieniem sygnałów zmiennych w linii zasilania. Impedancja elementów MLCC maleje ze wzrostem częstotliwości, impedancja kondensatorów tantalowych pozostaje taka sama powyżej 10 kHz i jest rzędu setek miliomów.

W przeszłości wiele urządzeń wykorzystywało parę kondensatorów blokujących w linii zasilania, jeden elektrolityczny o wysokiej pojemności, drugi MLCC o niskiej. Obecnie wykorzystuje się coraz częściej jeden kondensator ceramiczny o wysokiej pojemności. Zapewnia on lepsze tłumienie sygnałów w funkcji częstotliwości, a dodatkowo jego parametry ESR i ESL są dużo niższe niż w przypadku kondensatorów tantalowych. Porównanie wartości ESR między kondensatorami ceramicznymi i tantalowymi, przy takich samych wartościach napięcia, przedstawiono w tabeli 1. Warto zauważyć, że niższa wartość ESR zabezpiecza przed przegrzaniem zarówno elementu, jak i obwodu, zwiększając ogólną niezawodność urządzenia.

Pasożytnicza indukcyjność kondensatorów MLCC jest niższa niż kondensatorów tantalowych, co prowadzi do redukcji poziomu harmonicznych w prądzie tętnień i szumów. Parametry ESR i ESL zależą też od rozmiarów elementów. Przy zmniejszaniu rozmiarów kondensatorów MLCC ESR wzrasta, natomiast ESL maleje.

Upływ prądu stałego jest efektem niedoskonałej izolacji dielektrycznej, co powoduje rozładowanie kondensatorów. Zjawisko to jest znacznie słabsze w przypadku kondensatorów ceramicznych niż tantalowych (1nA w porównaniu do 0,5-30μA). Napięcie robocze w kondensatorach tantalowych jest ograniczone do wartości 4-50V. Napięcie znamionowe kondensatorów ceramicznych wynosi 6-200V, a w niektórych przypadkach do 5kV. Są one zatem bardziej uniwersalne.

Dodatkowe zalecenia dla kondensatorów ceramicznych

Podstawowym zagadnieniem przy doborze kondensatorów MLCC jest poprawny wybór dielektryka, a powszechnym błędem jest nieuwzględnianie zmian parametrów w temperaturach pracy innych od 25°C. Charakterystyki elementów MLCC dla różnych materiałów dielektrycznych oraz wartości stabilizacji w zależności od temperatury przedstawiono w tabeli 2.

Najbardziej stabilne są elementy klasy I (C0G/NP0) mające tolerancję ±0,3% od -55°C do 125°C. Dla klasy II (X7R i X5R) tolerancja wynosi ±15% w temperaturze od -55°C do 125°C dla X7R oraz od -55°C do 85°C dla X5R.

Powiązane treści
Kondensatory Headcon - szeroka oferta, dobry wybór
Zobacz więcej w kategorii: Prezentacje firmowe
Produkcja elektroniki
Oszczędność miejsca, odporność na ścieranie i rozpraszanie: kompaktowy e-skin soft ESD do pomieszczeń czystych
Mikrokontrolery i IoT
Nowości produktowe MYIR SoM w ofercie Glyn
Komponenty
Drukarka 3D buduje gliniane domy
Komponenty
Sterowniki PLC w nowoczesnym przemyśle: od automatyzacji do cyberodporności maszyn
Produkcja elektroniki
Filozofia Poka-Yoke i tytan: Jak Solparts rewolucjonizuje montaż EMS?
Zasilanie
Ładowarki akumulatorów MEAN WELL - stabilne urządzenia do niestabilnych warunków pracy
Zobacz więcej z tagiem: Artykuły
Automatyczny import
Monitoring stanu łopat turbin wiatrowych: system BLADEcontrol w praktyce
Automatyczny import
Certyfikowane urządzenia Moxa: fundament cyberbezpieczeństwa w sieciach OT
Automatyczny import
Precyzyjna automatyzacja wymiany palet: Moduły NSA plus i ich następcy

Mikrokontrolery PIC32CM PL10 - wydajność 32-bitowego rdzenia Arm Cortex-M0+ i odporność na zakłócenia w projektach 5 V

Firma Microchip Technology prezentuje nową rodzinę mikrokontrolerów (MCU) PIC32CM PL10, która wprowadza wydajność 32-bitowych rdzeni Arm® Cortex®-M0+ do systemów zasilanych napięciem 5 V. Dzięki zgodności wyprowadzeń z 8-bitowymi rodzinami układów AVR® Dx, nowa seria stanowi doskonałą propozycję dla inżynierów poszukujących łatwej ścieżki migracji z architektury 8-bitowej na 32-bitową, pozbawionej konieczności poważnego przebudowywania układów zasilania na płycie czy uczenia się od nowa obsługi układów peryferyjnych.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów