Descripción general

Los capacitores cerámicos multicapa (MLCC) son generalmente el capacitor de elección para aplicaciones donde se necesitan capacitancias de valor pequeño. Se utilizan como condensadores de derivación, en circuitos de amplificadores operacionales, filtros y más.

Las ventajas de MLCC incluyen:

La pequeña inductancia parásita brinda un mejor rendimiento de alta frecuencia en comparación con los condensadores electrolíticos de aluminio.

Mejor estabilidad frente a la temperatura, en función del coeficiente de temperatura.

Desventajas

Pequeña capacitancia por volumen, especialmente para materiales dieléctricos de clase 1 (NO/COG).

Inestabilidad de polarización de CC.

Construcción

Los MLCC están hechos de capas alternas de electrodos metálicos y cerámica dieléctrica, como se muestra en la figura 1 a continuación.

Figura 1: Construcción de un condensador de chip cerámico multicapa (MLCC), 1 = Electrodos metálicos, 2 = Cerámica dieléctrica, 3 = Terminales de conexión

Fuente de la imagen: http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#/media/File:MLCC-Principle.svg

Parámetros importantes de la hoja de datos

Dos parámetros muy importantes de la hoja de datos son el coeficiente de temperatura y la clasificación de voltaje.

Coeficiente de temperatura

Los materiales cerámicos de Clase 1 (p. ej., NPO, COG) tienen coeficientes de temperatura muy bajos, lo que significa que su capacitancia varía muy poco con la temperatura. También tienen constantes dieléctricas bajas, lo que significa que los capacitores construidos con materiales de clase 1 tienen una capacitancia por volumen muy pequeña. NPO y COG son coeficientes de temperatura de clase 1 muy comunes y tienen un coeficiente templado de 0 y una tolerancia de +/-30 ppm.

Los materiales cerámicos de clase 2 (X,Y,Z) son menos estables a la temperatura, pero tienen una constante dieléctrica más alta, lo que significa que los capacitores con más capacitancia están disponibles en el mismo volumen. X7R es un coeficiente de temperatura de clase 2 muy común, y los condensadores X7R suelen tener una tolerancia del 5 %, 10 % y 20 %.

La Tabla 1 ayuda a decodificar los coeficientes de temperatura para los MLCC de clase 2. A continuación se incluyen ejemplos.

Tabla 1:Sistema de códigos para IEC/EN 60384-9/22 para rangos de temperatura y cambios de capacitancia sobre la temperatura

Fuente de la imagen: http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#Class_2_ceramic_capacitors

Ejemplos incluyen:

El X7R está clasificado para operar de -55 C a +125 C, con un cambio de +/-15 % en la capacitancia sobre el rango de temperatura.

El X5R está clasificado para operar de -55 C a +85 C, con un cambio de +/-15 % en la capacitancia sobre el rango de temperatura.

Y5V está clasificado para operar de -30 C a +85 C, con un cambio de +22/-82% en la capacitancia sobre el rango de temperatura.

Los capacitores con rangos de temperatura más amplios y características de temperatura más estables tienden a costar más.

Voltaje

La clasificación de voltaje indica el voltaje seguro máximo que se puede aplicar a través del capacitor. En la práctica, los diseñadores deben usar un capacitor con una clasificación de voltaje mayor que el voltaje real esperado, para mayor confiabilidad. A diferencia de los capacitores electrolíticos de aluminio, los MLCC no están polarizados, por lo que pueden colocarse en un circuito en cualquier dirección sin explosión.

Respuesta frecuente

La Figura 3 es un modelo de circuito para un MLCC. MLCC tiene ESL parásito (inductancia en serie equivalente) y ESR (resistencia en serie equivalente). Estos forman un circuito resonante, donde la impedancia mínima es igual a la ESR, a la frecuencia resonante f=1/(2π√LC), donde L es la ESL y C es la capacitancia. Los parásitos están relacionados con el tamaño de los paquetes. Los paquetes SMT tienen un ESL más bajo que los paquetes de orificio pasante.

Figura 3: Modelo de circuito de un capacitor real

La impedancia de un condensador decrece según la fórmula Z=1/jωC, hasta la frecuencia de resonancia. En ese punto, la impedancia del condensador es la ESR. A medida que aumenta la frecuencia, la impedancia está dominada por la resistencia en serie equivalente y parece inductiva, lo que hace que aumente la impedancia. La figura 4 es un gráfico de la impedancia de un capacitor frente a la frecuencia que muestra este comportamiento.

Figura 4: Gráfica SpiCap de una impedancia MLCC versus frecuencia

Fuente de la imagen: Captura de pantalla de la herramienta AVX SpiCap 3.0. SpiCap está disponible para descargar aquí: http://www.avx.com/spiapps/#spicap

Se pueden usar varios condensadores con diferentes valores y paquetes en paralelo para proporcionar una baja impedancia en una amplia frecuencia.

Deriva de polarización de CC

Una polarización de CC en un capacitor X7R hace que la capacitancia cambie ligeramente. La Figura 5 es un gráfico de dos capacitores 0.010 uF 0805 X7R. Un capacitor tiene 50 V a través de él. Podemos ver que la frecuencia de resonancia cambia entre 10 y 20 MHz.

Figura 5: La polarización de CC provoca un cambio en la capacitancia

Consideraciones prácticas

Los capacitores con temperatura estable y tolerancia estrecha deben usarse en circuitos de retroalimentación.

Los condensadores de derivación tienen requisitos menos estrictos.

Elija un condensador con una clasificación de alto voltaje para proporcionar margen.

Tenga en cuenta la tolerancia de capacitancia.

Tenga en cuenta el coeficiente de temperatura.

Tenga en cuenta el ESL para aplicaciones de alta frecuencia.

Tenga en cuenta la ESR para aplicaciones de alta corriente de ondulación.

Diferentes valores paralelos para proporcionar una amplia cobertura de frecuencia.

Conclusión

Este documento brinda una descripción general de los capacitores cerámicos multicapa (MLCC), su construcción y los parámetros importantes de la hoja de datos con énfasis en el coeficiente de temperatura, la respuesta de frecuencia y los problemas de polarización de CC.

Fuente:RKER.IO