MLCC: ¿Puedo usar tapas nominales de alto voltaje para escenarios de muy bajo voltaje?

¿Hay alguna razón importante por la que no puedo usar condensadores de cerámica multicapa de alto voltaje para escenarios de bajo voltaje? Por ejemplo, ¿MLCC de 50 V o 100 V para aplicaciones de 3,3 V CC?

Tengo mala vista y tengo problemas para soldar paquetes de 1206 o más pequeños, y las tapas de mayor calificación siempre tienen paquetes mucho más grandes (y más fáciles de soldar). No puedo usar componentes THT / DIP en todas partes debido al diseño de la PCB.

Según esta nota de Maxim , parece que la capacitancia siempre es más estable para voltajes más bajos. Pero, ¿qué pasa con la ESR, las fugas, etc.? ¿Podría haber algún problema?

Nota: Mis escenarios típicos son en su mayoría mayúsculas de desacoplamiento: uso de CON CON para potencia SMPS. De todos modos, todavía podría tener problemas para encontrar grandes tapas SMT 15pF para un XTAL ... :(

— HeliTux
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Definitivamente si! También le facilitará la vida un poco, ya que no necesita preocuparse por la dependencia de polarización de CC en la capacitancia.

— winny

Para desacoplar, debe preocuparse por la inductancia del paquete. Busque condensadores con terminales de soldadura en la dimensión larga

— Elliot Alderson

@ElliotAlderson ¡Gracias por mencionar la importancia de la inductancia! Casi olvido que la cerámica multicapa también la tiene (a diferencia de la cerámica de una sola capa). MLCC sigue siendo una tecnología bastante nueva para mí :)

— HeliTux

Respuestas:

No hay peligro al usar un condensador clasificado para un voltaje mucho más alto que el requerido, ni hay ninguna pérdida de rendimiento por hacerlo. De hecho, todo lo contrario.

Ciertamente, si tiene una polarización de CC en los condensadores (por ejemplo, desacoplamiento), desea que la clasificación de voltaje sea mucho más alta que su polarización de CC, de lo contrario, debe elegir un condensador con una clasificación de capacitancia más alta de la necesaria. Esto se debe a que la capacitancia de los MLCC disminuye significativamente a medida que aplica un sesgo de CC.

La mayoría de los MLCC no se acercan a su capacidad nominal a su voltaje nominal. Para un dieléctrico X5R, generalmente cuando llega a la mitad del voltaje nominal, la capacitancia ya ha caído por debajo de la mitad del valor nominal. A los dieléctricos X7R les va un poco mejor: es posible que aún conserve el 70% de la capacidad nominal para cuando alcance la mitad del voltaje nominal, pero incluso esos caerán.

La mayoría de los fabricantes no suministran estos datos, sin embargo, algunos, incluidos TDK y Murata, brindan estos resultados de prueba, y puede esperar que las mismas tendencias se apliquen a otros fabricantes, ya que la tecnología es prácticamente la misma.

Como ejemplo simple, este es un MLCC estándar 10uF 10V X7R en un paquete 0805. Con su polarización nominal de 10 V CC, la capacitancia real es de solo 4uF. Con un sesgo de 5V, le va un poco mejor, alcanzando 7.5uF. De hecho, tiene que estar a menos de 2V de polarización (1/5 del voltaje nominal) para lograr realmente la capacidad nominal de 10uF. Esto se muestra en el gráfico a continuación.

Esta es la razón por la que normalmente desea que X7R el voltaje nominal sea> 2 veces el voltaje de CC requerido. Para X5R, probablemente desee tener> 4 veces el voltaje de CC requerido. Cuanto más alto, mejor.

El único inconveniente para ir con una calificación más grande, es típicamente el tamaño requerido para ser más grande. Sin embargo, para valores bajos de capacitancia (sub-100nF), esto no es un gran problema, y puede encontrar fácilmente clasificaciones de alto voltaje en paquetes pequeños. Para capacidades muy bajas (sub-1nF), probablemente sea difícil encontrar uno con una clasificación de bajo voltaje de todos modos.

— Tom Carpenter
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Gracias por la respuesta muy compleja. Ahora está muy claro para mí cómo usar los MLCC. Siempre prefiero las piezas SMD más grandes como sea posible (nunca tengo problemas con el espacio de PCB), por lo que parece que MLCC no tiene inconvenientes para mí.

— HeliTux

Probablemente con una excepción: condensadores de desacoplamiento.

— Simon Richter

Podría mencionar que no necesita "> 2 veces el voltaje de CC requerido", simplemente puede tener en cuenta la capacidad disminuida y tener una capacidad nominal 30% mayor. Y en los límites de desacoplamiento, los valores absolutos no importan mucho.

— asdfex

@asdfex Ver párrafo 2, lo mencioné. Los últimos dos párrafos fueron más que un resumen.

— Tom Carpenter

@TomCarpenter ¿Por qué requerirías que X5R sea x4 en comparación con X7R en x2? He descubierto que, siempre que evite los especiales baratos y me quede con una marca decente (Kemet, TDK y AVX me vienen a la mente), ambos actúan de la misma manera en lo que respecta al sesgo a temperatura ambiente (35C +/- 5) . Incluso las temperaturas más frías están bien, es cuando hace más calor (digamos más de 80 ° C) que si parece hacer la diferencia. Pero, de nuevo, rara vez uso 401 (excepto que obtuve una buena oferta en 15uF 6V X5R 401 (500 por $ 5) que uso para el desacoplamiento 3V3)

— GB - AE7OO

Me sorprendería muchísimo si pudiera encontrar condensadores de bajo valor clasificados solo para bajo voltaje. Los condensadores de cerámica SMD típicos tienen una potencia nominal de 50V.

Los condensadores cerámicos de alto valor están disponibles con mayor frecuencia con un voltaje nominal más bajo, pero eso se debe a que son sensibles al voltaje: una parte en particular puede ser capaz de operar a un voltaje más alto, pero no alcanzará la capacidad especificada por encima del voltaje nominal.

Las partes más grandes tienen mayor inductancia, por lo que no serán tan buenas como las partes más pequeñas para altas frecuencias.

Veo en una comprobación rápida que incluso las piezas de menor valor (12pF) están disponibles en tamaño 1206.

Puede usar las partes de mayor tamaño, pero si se mete en cosas de alta frecuencia, o cosas donde la frecuencia de auto resonancia de la parte es importante, deberá tener especial cuidado si se queda con las partes más grandes.

Para los usos de desacoplamiento en cosas típicas de pasatiempo, no debería importar.

— JRE
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"pero no alcanzará la capacidad especificada por encima del voltaje nominal": la mayoría de los MLCC no se acercan a su capacidad nominal a su voltaje nominal bajo polarización de CC. Por lo general, para cuando llega a la mitad del voltaje nominal, para un X5R, la capacitancia ya ha caído por debajo de la mitad del valor nominal. Para X7R, es posible que obtenga un 70% de capacitancia nominal para cuando alcance la mitad del voltaje nominal.

— Tom Carpenter

Solo como ejemplo, TDK da muchos datos en sus límites. Este es un tapón estándar de 10uF, 10V, X7R. Con una polarización de 10V CC, se reduce a 4uF, a 5V es de 7.5uF. Es por eso que normalmente desea que el voltaje nominal sea superior al doble del voltaje de CC requerido.

— Tom Carpenter

RE "Los condensadores de cerámica SMD típicos tienen una potencia nominal de 50 V". No si te mueves a tamaños más pequeños (0402 e inferiores) y valores superiores a 1 nF. En este momento estoy haciendo la selección de piezas y trabajando duro para encontrar clasificaciones de 10 V en lugar de 6.3 o incluso 4.al voltios.

— The Photon

El límite de la tensión de funcionamiento para las tapas de MLCC de baja tensión es en realidad la disminución de la capacitancia, no la tensión de ruptura. De manera análoga a la corriente de saturación que limita la corriente operativa máxima del inductor. Como dice Photon, 6.3 e incluso más bajos son comunes.

— Spehro Pefhany