MLCC - Posso usar tampas de alta tensão para cenários de tensão muito baixa?

Existe alguma razão importante para que eu não possa usar capacitores de cerâmica multicamada de alta tensão para cenários de baixa tensão? Por exemplo, MLCCs com classificação de 50V ou 100V para aplicações de 3.3V DC?

Tenho olhos ruins e tenho problemas para soldar pacotes 1206 ou menores, e as tampas com classificação mais alta sempre têm pacotes muito maiores (e mais fáceis de soldar). Não posso usar componentes THT / DIP em todos os lugares por causa do layout da PCB.

De acordo com esta nota da Maxim , parece que a capacitância é sempre mais estável para tensões mais baixas. Mas e ESR, vazamento e assim por diante? Poderia haver algum problema?

Nota: Meus cenários típicos são principalmente dissociações de limites - usando OS CONs para obter energia SMPS. Enfim, eu ainda poderia ter problemas para encontrar grandes tampas SMT 15pF para um XTAL ... :(

— HeliTux
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Definitivamente sim! Isso também tornará sua vida um pouco mais fácil, pois você não precisa se preocupar com a dependência de polarização de CC da capacitância.

— winny

Para dissociar, você precisa se preocupar com a indutância do pacote. Procure capacitores com os terminais de solda sobre a dimensão longa

— Elliot Alderson

@ ElliotAlderson Obrigado por mencionar a importância da indutância! Quase esqueci que a cerâmica multicamada também a possui (ao contrário da cerâmica de camada única). MLCC ainda é bastante nova tecnologia para me :)

— HeliTux

Respostas:

Não há perigo em usar um capacitor classificado para tensão muito maior do que o necessário, nem há perda de desempenho por isso. De fato, é exatamente o contrário.

Certamente, se você tem uma polarização DC entre os capacitores (por exemplo, desacoplamento), deseja que a voltagem seja muito maior do que a polarização DC, caso contrário, você precisa escolher um capacitor com uma capacitância mais alta do que o necessário. Isso ocorre porque a capacitância dos MLCCs diminui significativamente quando você aplica um viés de DC.

A maioria dos MLCCs não chega nem perto da capacitância nominal na tensão nominal. Para um dielétrico X5R, normalmente quando você chega à metade da tensão nominal, a capacitância já caiu muito abaixo da metade do valor nominal. Os dielétricos X7R se saem um pouco melhor - você ainda pode reter 70% da capacitância nominal quando atingir metade da tensão nominal, mas mesmo eles cairão.

A maioria dos fabricantes não fornece esses dados. No entanto, alguns como TDK e Murata fornecem esses resultados de teste, e você pode esperar que as mesmas tendências se apliquem a outros fabricantes, pois a tecnologia é praticamente a mesma.

Como um exemplo simples, este é um MLCC padrão de 10uF 10V X7R MLC em um pacote 0805. Na sua polarização nominal de 10V DC, a capacitância real é de apenas 4uF. Com um viés de 5V, ele se sai um pouco melhor, alcançando 7,5uF. Na verdade, você deve estar com um viés menor que 2V (1/5 da tensão nominal) para realmente atingir a classificação de capacitância de 10uF. Isso é mostrado no gráfico abaixo.

É por isso que você normalmente deseja que o X7R a tensão nominal seja> 2x a tensão CC necessária. Para o X5R, você provavelmente quer ter> 4x a tensão CC necessária. Quanto maior, melhor.

A única desvantagem de se obter uma classificação maior é geralmente o tamanho necessário para ser maior. No entanto, para valores baixos de capacitância (sub-100nF), isso não é muito problemático, e você pode encontrar facilmente classificações de alta tensão em pacotes pequenos. Para capacitâncias muito baixas (sub-1nF), provavelmente seria difícil encontrar uma com baixa voltagem.

— Tom Carpenter
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Obrigado pela resposta muito complexa. Agora está muito claro para mim como usar MLCCs. Eu sempre prefiro as maiores peças SMD como possíveis (nunca tenho problemas com o espaço da placa de circuito impresso), então parece que o MLCC não tem nenhuma desvantagem para mim.

— HeliTux 5/08

Provavelmente com uma exceção: desacoplar capacitores.

— Simon Richter

Você pode mencionar que não precisa de "> 2x a tensão CC necessária" - basta levar em consideração a capacidade reduzida e ter uma capacidade nominal 30% maior. E na dissociação de limites, os valores absolutos não importam muito.

— Asdfex #

@asdfex Ver o parágrafo 2, eu mencionei isso. O par final de parágrafos foi mais apenas um resumo.

— Tom Carpenter

@TomCarpenter Por que você exigiria que o X5R fosse x4 em comparação com o X7R em x2? Descobri que, desde que eu evite os especiais baratos e permaneça com uma marca decente (Kemet, TDK e AVX, lembre-se), eles agem da mesma forma, na medida em que o viés ocorre à temperatura ambiente (35C +/- 5) . Temps ainda mais frios são ok, é quando fica mais quente (digamos mais de 80 ° C) que se parece fazer a diferença. Mas, novamente, eu raramente uso 401's (exceto que tenho um bom negócio em 15uF 6V X5R 401 (500 por US $ 5), que eu uso para desacoplamento 3V3)

— GB - AE7OO

Seria uma surpresa para mim se você pudesse encontrar capacitores de baixo valor classificados apenas para baixa tensão. Os capacitores de cerâmica SMD típicos são classificados em 50V.

Capacitores de cerâmica de alto valor estão disponíveis com mais frequência com tensão nominal mais baixa, mas isso é porque são sensíveis à tensão - uma parte específica pode ser capaz de operar com uma tensão mais alta, mas não atingirá a capacitância especificada acima da tensão nominal.

As peças maiores têm uma indutância mais alta, portanto não serão tão boas quanto as peças menores para altas frequências.

Vejo rapidamente que mesmo pequenas peças com valor (12pF) estão disponíveis no tamanho 1206.

Você pode usar as peças de tamanho maior, mas se você se interessar por material de alta frequência ou material em que a frequência de auto-ressonância da peça é importante, precisará de um cuidado extra se ficar com as peças maiores.

Para dissociar usos em coisas típicas do hobby, isso não deve importar.

— JRE
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"mas não alcançará a capacitância especificada acima da tensão nominal" - A maioria dos MLCCs não chega nem perto da capacitância nominal à sua tensão nominal sob polarização DC. Normalmente, quando você chega à metade da tensão nominal, para um X5R, a capacitância já caiu abaixo da metade do valor nominal. Para o X7R, você pode obter capacitância nominal de 70% até atingir metade da tensão nominal.

— Tom Carpenter

Apenas como exemplo, o TDK fornece muitos dados sobre seus limites. Esta é uma tampa padrão de 10uF, 10V, X7R. Na polarização de 10V DC, é reduzido a 4uF, a 5V, é 7,5uF. É por isso que você normalmente deseja que a tensão nominal seja superior a 2x a tensão CC necessária.

— Tom Carpenter

RE "Os capacitores de cerâmica SMD típicos são classificados como 50 V". Não se você mudar para tamanhos menores (0402 e inferiores) e valores acima de 1 nF. No momento, estou fazendo a seleção de peças e trabalhando duro para encontrar classificações de 10 V, em vez de 6,3 ou até 4 volts.

— The Photon

O limite de tensão operacional para os limites MLCC de baixa tensão é, na verdade, da diminuição da capacitância, não da tensão de ruptura. Análoga à corrente de saturação, limitando a corrente de operação do pico do indutor. Como diz Photon, 6,3 e menos ainda são comuns.

— Spehro Pefhany