ملخص

المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (MLCCs) هي عمومًا المكثف المفضل للتطبيقات التي تتطلب سعات ذات قيمة صغيرة. يتم استخدامها كمكثفات تجاوز ، في دوائر op-amp ، وفلاتر ، وأكثر من ذلك.

تشمل مزايا MLCC ما يلي:

يعطي الحث الطفيلي الصغير أداءً أفضل للترددات العالية مقارنة بالمكثفات الالكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم.

استقرار أفضل على درجة الحرارة ، اعتمادًا على معامل درجة الحرارة.

سلبيات

سعة صغيرة لكل حجم ، خاصة بالنسبة للمواد العازلة من الفئة 1 (NO / COG).

عدم استقرار تحيز التيار المستمر.

بناء

تصنع MLCCs من طبقات متناوبة من الأقطاب الكهربائية المعدنية والسيراميك العازل ، كما هو موضح في الشكل 1 أدناه.

الشكل 1: بناء مكثف متعدد الطبقات من السيراميك (MLCC) ، 1 = أقطاب كهربائية معدنية ، 2 = سيراميك عازل ، 3 = أطراف توصيل

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

معلمات ورقة البيانات الهامة

معلمتان مهمتان جدًا في ورقة البيانات هما معامل درجة الحرارة وتصنيف الجهد.

معامل درجة الحرارة

تحتوي مواد السيراميك من الفئة 1 (على سبيل المثال ، NPO ، COG) على معاملات درجة حرارة منخفضة جدًا ، مما يعني أن سعتها تختلف قليلاً عن درجة الحرارة. لديهم أيضًا ثوابت عازلة منخفضة ، مما يعني أن المكثفات المصنوعة من مواد من الفئة 1 لها سعة صغيرة جدًا لكل حجم. تعد NPO و COG من معاملات درجة الحرارة الشائعة جدًا من الفئة 1 ، ولها معامل معتدل قدره 0 وتحمل +/- 30 جزء في المليون.

تعتبر المواد الخزفية من الفئة 2 (X ، Y ، Z) أقل ثباتًا على درجة الحرارة ، ولكنها تحتوي على ثابت عازل أعلى ، مما يعني أن المكثفات ذات السعة الأكبر متوفرة في نفس الحجم. X7R هو معامل درجة حرارة شائع جدًا من الفئة 2 ، وعادة ما يكون لمكثفات X7R تحمل 5٪ و 10٪ و 20٪.

يساعد الجدول 1 في فك تشفير معاملات درجة الحرارة للفئة 2 MLCCs. الأمثلة مدرجة أدناه.

الجدول 1: نظام الكود لـ IEC / EN 60384-9 / 22 لنطاقات درجة الحرارة وتغيرات السعة على درجة الحرارة

مصدر الصورة: http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#Class_2_ceramic_capacitors

الامثله تشمل:

تم تصنيف X7R للعمل من -55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية ، مع تغير +/- 15٪ في السعة على مدى درجة الحرارة.

تم تصنيف X5R للعمل من -55 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية ، مع تغير +/- 15٪ في السعة على مدى درجة الحرارة.

تم تصنيف Y5V للعمل من -30 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية ، مع تغير + 22 / -82٪ في السعة على مدى درجة الحرارة.

تميل المكثفات ذات نطاقات درجات الحرارة الأوسع وخصائص درجة الحرارة الأكثر استقرارًا إلى أن تكون أكثر تكلفة.

القوة الكهربائية

يشير تصنيف الجهد إلى أقصى جهد آمن يمكن تطبيقه عبر المكثف. في الممارسة العملية ، يجب على المصممين استخدام مكثف بمعدل جهد أعلى من الجهد الفعلي المتوقع ، من أجل الموثوقية. على عكس المكثفات الالكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم ، فإن MLCCs غير مستقطبة ، لذا يمكن وضعها في دائرة في أي اتجاه بدون انفجار.

استجابة التردد

الشكل 3 هو نموذج دائري لـ MLCC. يحتوي MLCC على ESL طفيلي (الحث المتسلسل المكافئ) و ESR (مقاومة السلسلة المكافئة). هذه تشكل دائرة طنين ، حيث يكون الحد الأدنى للمقاومة مساويًا لـ ESR ، عند تردد الطنين f = 1 / (2π√LC) ، حيث L هي ESL و C هي السعة. ترتبط الطفيليات بأحجام الحزم. حزم SMT لديها ESL أقل من الحزم عبر الفتحات.

الشكل 3: نموذج الدائرة لمكثف حقيقي

تنخفض مقاومة المكثف وفقًا للصيغة Z = 1 / jωC ، حتى تردد الطنين. عند هذه النقطة ، تكون مقاومة المكثف هي ESR. مع زيادة التردد ، تهيمن المقاومة المتسلسلة المكافئة على الممانعة وتبدو استقرائية ، مما يؤدي إلى زيادة الممانعة. الشكل 4 عبارة عن مخطط لمقاومة مكثف مقابل التردد الذي يوضح هذا السلوك.

الشكل 4: مؤامرة SpiCap لمقاومة MLCC مقابل التردد

مصدر الصورة: لقطة شاشة لأداة AVX SpiCap 3.0. SpiCap متاح للتنزيل هنا: http://www.avx.com/spiapps/#spicap

يمكن استخدام العديد من المكثفات بقيم وحزم مختلفة بالتوازي لتوفير مقاومة منخفضة على تردد واسع.

الانجراف التحيز DC

يتسبب انحياز التيار المباشر عبر مكثف X7R في تغيير السعة بشكل طفيف. الشكل 5 عبارة عن مخطط مكون من مكثفين 0.010 uF 0805 X7R. مكثف واحد لديه 50 فولت عبره. يمكننا أن نرى أن تردد الطنين يتغير بمقدار 10-20 ميجاهرتز.

الشكل 5: يتسبب انحياز التيار المستمر في حدوث تحول في السعة

اعتبارات عملية

يجب استخدام المكثفات ذات درجة الحرارة الثابتة والتسامح الشديد في حلقات التغذية المرتدة.

المكثفات الالتفافية لها متطلبات أقل صرامة.

اختر مكثفًا بمعدل جهد عالٍ لتوفير هامش.

كن على علم بتسامح السعة.

انتبه لمعامل درجة الحرارة.

كن على علم بـ ESL للتطبيقات عالية التردد.

كن على علم بـ ESR للتطبيقات الحالية عالية التموج.

قيم مختلفة متوازية لتوفير تغطية تردد واسعة.

خاتمة

يقدم هذا البحث لمحة عامة عن المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (MLCC) ، وبنيتها ، ومعلمات ورقة البيانات المهمة مع التركيز على معامل درجة الحرارة ، واستجابة التردد ، وقضايا انحياز التيار المستمر.

المصدر: RKER.IO