ภาพรวม

โดยทั่วไปแล้วตัวเก็บประจุเซรามิกหลายชั้น (MLCC) เป็นตัวเก็บประจุที่เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความจุขนาดเล็ก พวกมันถูกใช้เป็นตัวเก็บประจุแบบบายพาส ในวงจรออปแอมป์ ฟิลเตอร์ และอื่นๆ

ข้อดีของ MLCC รวมถึง:

ตัวเหนี่ยวนำปรสิตขนาดเล็กให้ประสิทธิภาพความถี่สูงที่ดีกว่า เมื่อเทียบกับตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติค

ความเสถียรที่ดีกว่าต่ออุณหภูมิ ขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ

ข้อเสีย

ความจุขนาดเล็กต่อปริมาตร โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุไดอิเล็กตริกประเภท 1 (NO/COG)

ความไม่เสถียรของอคติ DC

การก่อสร้าง

MLCCs ทำจากอิเล็กโทรดโลหะและไดอิเล็กตริกเซรามิกสลับชั้นกัน ดังแสดงในรูปที่ 1 ด้านล่าง

รูปที่ 1: การสร้างตัวเก็บประจุชิปเซรามิกหลายชั้น (MLCC), 1 = อิเล็กโทรดโลหะ, 2 = ไดอิเล็กทริกเซรามิก, 3 = การเชื่อมต่อขั้วต่อ

แหล่งที่มาของรูปภาพ: http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#/media/File:MLCC-Principle.svg

พารามิเตอร์แผ่นข้อมูลที่สำคัญ

พารามิเตอร์แผ่นข้อมูลที่สำคัญมากสองพารามิเตอร์คือค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิและพิกัดแรงดันไฟฟ้า

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ

วัสดุเซรามิกประเภท 1 (เช่น NPO, COG) มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิต่ำมาก หมายความว่าความจุของวัสดุจะแปรผันตามอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย นอกจากนี้ยังมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ หมายความว่าตัวเก็บประจุที่สร้างด้วยวัสดุคลาส 1 มีความจุต่อปริมาตรน้อยมาก NPO และ COG เป็นค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิคลาส 1 ทั่วไป และมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่ 0 และค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ +/-30 ppm

วัสดุเซรามิกคลาส 2 (X,Y,Z) มีความเสถียรน้อยกว่าที่อุณหภูมิ แต่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงกว่า ซึ่งหมายความว่ามีตัวเก็บประจุที่มีความจุมากกว่าในปริมาตรเดียวกัน X7R เป็นค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิคลาส 2 ทั่วไป และตัวเก็บประจุ X7R มักจะมีค่าความคลาดเคลื่อนที่ 5%, 10% และ 20%

ตารางที่ 1 ช่วยถอดรหัสค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิสำหรับ MLCC คลาส 2 ตัวอย่างอยู่ด้านล่าง

ตารางที่ 1:ระบบรหัสสำหรับ IEC/EN 60384-9/22 สำหรับช่วงอุณหภูมิและความจุที่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ

ที่มาของภาพ: http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#Class_2_ceramic_capacitors

ตัวอย่าง ได้แก่:

X7R ได้รับการจัดอันดับให้ทำงานตั้งแต่ -55 C ถึง +125 C โดยมีการเปลี่ยนแปลงความจุ +/-15% ในช่วงอุณหภูมิ

X5R ได้รับการจัดอันดับให้ทำงานตั้งแต่ -55 C ถึง +85 C โดยมีความจุเปลี่ยนแปลง +/-15% ในช่วงอุณหภูมิ

Y5V ได้รับการจัดอันดับให้ทำงานตั้งแต่ -30 C ถึง +85 C โดยมีการเปลี่ยนแปลงความจุ +22/-82% ในช่วงอุณหภูมิ

คาปาซิเตอร์ที่มีช่วงอุณหภูมิกว้างกว่าและมีลักษณะอุณหภูมิที่เสถียรกว่ามักจะมีราคาสูงกว่า

คะแนนแรงดันไฟฟ้า

อัตราแรงดันไฟฟ้าบ่งชี้ถึงแรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัยสูงสุดที่สามารถใช้กับตัวเก็บประจุ ในทางปฏิบัติ นักออกแบบควรใช้ตัวเก็บประจุที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าจริงที่คาดไว้ เพื่อความน่าเชื่อถือ ซึ่งแตกต่างจากตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติค MLCC นั้นไม่มีโพลาไรซ์ ดังนั้นจึงสามารถใส่ในวงจรในทิศทางใดก็ได้โดยไม่เกิดการระเบิด

การตอบสนองความถี่

รูปที่ 3 เป็นแบบจำลองวงจรสำหรับ MLCC MLCC มี ESL ปรสิต (ตัวเหนี่ยวนำอนุกรมเทียบเท่า) และ ESR (ตัวต้านทานอนุกรมเทียบเท่า) สิ่งเหล่านี้ก่อตัวเป็นวงจรเรโซแนนซ์ โดยที่อิมพีแดนซ์ขั้นต่ำเท่ากับ ESR ที่ความถี่เรโซแนนซ์ f=1/(2π√LC) โดยที่ L คือ ESL และ C คือความจุ ปรสิตเกี่ยวข้องกับขนาดบรรจุภัณฑ์ แพ็คเกจ SMT มี ESL ต่ำกว่าแพ็คเกจแบบรูทะลุ

รูปที่ 3:แบบจำลองวงจรของตัวเก็บประจุจริง

อิมพีแดนซ์ของตัวเก็บประจุจะลดลงตามสูตร Z=1/jωC จนได้ความถี่เรโซแนนซ์ ณ จุดนั้น อิมพีแดนซ์ของตัวเก็บประจุคือ ESR เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น อิมพีแดนซ์จะถูกควบคุมโดยตัวต้านทานแบบอนุกรมที่เท่ากันและมีลักษณะเป็นอุปนัย ทำให้อิมพีแดนซ์เพิ่มขึ้น รูปที่ 4 เป็นพล็อตของอิมพีแดนซ์ของตัวเก็บประจุเทียบกับความถี่ที่แสดงพฤติกรรมนี้

รูปที่ 4: พล็อต SpiCap ของอิมพีแดนซ์ MLCC เทียบกับความถี่

แหล่งที่มาของรูปภาพ: การจับภาพหน้าจอของเครื่องมือ AVX SpiCap 3.0 ดาวน์โหลด SpiCap ได้ที่นี่: http://www.avx.com/spiapps/#spicap

ตัวเก็บประจุหลายตัวที่มีค่าและแพ็คเกจต่างกันสามารถใช้แบบขนานเพื่อให้มีอิมพีแดนซ์ต่ำที่ความถี่กว้าง

DC ไบอัสดริฟท์

อคติ DC ทั่วตัวเก็บประจุ X7R ทำให้ความจุเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย รูปที่ 5 เป็นพล็อตของตัวเก็บประจุ 0.010 uF 0805 X7R สองตัว ตัวเก็บประจุหนึ่งตัวมี 50 V พาดผ่าน เราจะเห็นว่าความถี่เรโซแนนซ์เปลี่ยนไป 10–20 MHz

รูปที่ 5: อคติ DC ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความจุ

การพิจารณาในทางปฏิบัติ

ควรใช้คาปาซิเตอร์ที่มีอุณหภูมิคงที่และมีความทนทานสูงในวงจรป้อนกลับ

ตัวเก็บประจุบายพาสมีข้อกำหนดที่เข้มงวดน้อยกว่า

เลือกตัวเก็บประจุที่มีพิกัดไฟฟ้าแรงสูงเพื่อให้ระยะขอบ

ระวังความคลาดเคลื่อนของความจุ

ระวังค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ

ระวัง ESL สำหรับการใช้งานความถี่สูง

ระวัง ESR สำหรับการใช้งานที่มีกระแสกระเพื่อมสูง

ค่าที่แตกต่างกันแบบขนานเพื่อให้ครอบคลุมความถี่กว้าง

บทสรุป

เอกสารฉบับนี้ให้ภาพรวมของตัวเก็บประจุเซรามิกหลายชั้น (MLCC) โครงสร้าง และพารามิเตอร์แผ่นข้อมูลที่สำคัญ โดยเน้นที่ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ การตอบสนองความถี่ และปัญหาอคติ DC

ที่มา:RKER.IO