Visão geral

Capacitores cerâmicos multicamadas (MLCCs) são geralmente os capacitores de escolha para aplicações onde capacitâncias de pequeno valor são necessárias. Eles são usados ​​como capacitores de bypass, em circuitos de amplificadores operacionais, filtros e muito mais.

As vantagens do MLCC incluem:

A indutância parasita pequena oferece melhor desempenho de alta frequência em comparação com capacitores eletrolíticos de alumínio.

Melhor estabilidade sobre a temperatura, dependendo do coeficiente de temperatura.

Desvantagens

Pequena capacitância por volume, especialmente para materiais dielétricos classe 1 (NO/COG).

Instabilidade de polarização DC.

Construção

Os MLCCs são feitos de camadas alternadas de eletrodos metálicos e cerâmica dielétrica, conforme mostrado na figura 1 abaixo.

Figura 1: Construção de um capacitor de chip cerâmico multicamada (MLCC), 1 = Eletrodos metálicos, 2 = Cerâmica dielétrica, 3 = Terminais de conexão

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

Parâmetros importantes da folha de dados

Dois parâmetros de folha de dados muito importantes são o coeficiente de temperatura e a classificação de tensão.

Coeficiente de temperatura

Os materiais cerâmicos de classe 1 (por exemplo, NPO, COG) têm coeficientes de temperatura muito baixos, o que significa que sua capacitância varia muito pouco com a temperatura. Eles também têm constantes dielétricas baixas, o que significa que os capacitores construídos com materiais de classe 1 têm capacitância muito pequena por volume. NPO e COG são coeficientes de temperatura de classe 1 muito comuns e têm um coeficiente temperado de 0 e tolerância de +/-30 ppm.

Os materiais cerâmicos de classe 2 (X,Y,Z) são menos estáveis ​​em relação à temperatura, mas possuem uma constante dielétrica mais alta, o que significa que capacitores com mais capacitância estão disponíveis no mesmo volume. X7R é um coeficiente de temperatura de classe 2 muito comum, e os capacitores X7R normalmente têm tolerância de 5%, 10% e 20%.

A Tabela 1 ajuda a decodificar os coeficientes de temperatura para MLCCs de classe 2. Exemplos estão incluídos abaixo.

Tabela 1: Sistema de código para IEC/EN 60384-9/22 para faixas de temperatura e mudanças de capacitância em relação à temperatura

Fonte da imagem: http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#Class_2_ceramic_capacitors

Exemplos incluem:

O X7R é classificado para operar de -55 C a +125 C, com variação de +/-15% na capacitância na faixa de temperatura.

O X5R é classificado para operar de -55 C a +85 C, com variação de +/-15% na capacitância na faixa de temperatura.

O Y5V é classificado para operar de -30 C a +85 C, com variação de +22/-82% na capacitância na faixa de temperatura.

Capacitores com faixas de temperatura mais amplas e características de temperatura mais estáveis ​​tendem a custar mais.

Classificação de tensão

A classificação de tensão indica a tensão máxima segura que pode ser aplicada ao capacitor. Na prática, os projetistas devem usar um capacitor com uma tensão nominal maior que a tensão real esperada, para confiabilidade. Ao contrário dos capacitores eletrolíticos de alumínio, os MLCCs não são polarizados, portanto podem ser colocados em um circuito em qualquer direção sem explosão.

Resposta de frequência

A Figura 3 é um modelo de circuito para um MLCC. MLCC tem ESL parasita (indutância equivalente em série) e ESR (resistência equivalente em série). Estes formam um circuito ressonante, onde a impedância mínima é igual a ESR, na frequência ressonante f=1/(2π√LC), onde L é o ESL e C é a capacitância. Os parasitas estão relacionados ao tamanho dos pacotes. Os pacotes SMT têm ESL mais baixo do que os pacotes through-hole.

Figura 3: Modelo de circuito de um capacitor real

A impedância de um capacitor diminui conforme a fórmula Z=1/jωC, até a frequência de ressonância. Nesse ponto, a impedância do capacitor é o ESR. À medida que a frequência aumenta, a impedância é dominada pela resistência em série equivalente e parece indutiva, fazendo com que a impedância aumente. A Figura 4 é um gráfico da impedância de um capacitor versus frequência que mostra esse comportamento.

Figura 4: gráfico SpiCap de uma impedância MLCC versus frequência

Fonte da imagem: Captura de tela da ferramenta AVX SpiCap 3.0. SpiCap está disponível para download aqui: http://www.avx.com/spiapps/#spicap

Vários capacitores com diferentes valores e pacotes podem ser usados ​​em paralelo para fornecer uma baixa impedância em uma ampla frequência.

Desvio de polarização DC

Uma polarização DC através de um capacitor X7R faz com que a capacitância mude ligeiramente. A Figura 5 é um gráfico de dois capacitores 0,010 uF 0805 X7R. Um capacitor tem 50 V através dele. Podemos ver que a frequência de ressonância muda de 10 a 20 MHz.

Figura 5: A polarização DC causa mudança na capacitância

Considerações práticas

Capacitores com temperatura estável e tolerância apertada devem ser usados ​​em loops de realimentação.

Os capacitores de desvio têm requisitos menos rigorosos.

Escolha um capacitor com uma classificação de alta tensão para fornecer margem.

Esteja ciente da tolerância de capacitância.

Esteja ciente do coeficiente de temperatura.

Esteja ciente do ESL para aplicações de alta frequência.

Esteja ciente do ESR para aplicações de corrente de alta ondulação.

Valores diferentes paralelos para fornecer ampla cobertura de frequência.

Conclusão

Este artigo fornece uma visão geral dos capacitores cerâmicos multicamadas (MLCC), sua construção e importantes parâmetros de folha de dados com ênfase no coeficiente de temperatura, resposta de frequência e problemas de polarização CC.

Fonte:RKER.IO