你应该用钽SMD电容代替陶瓷吗?
电容器是一个发现的三个典型的被动组件在任何PCB。简单的爱好项目可以使用简单的电解电容器不用太多考虑,但是精度系统与高速或高频组件需要陶瓷和/或钽电容器。这两个电容器材料提供重要的优势在低电压,低参数和更严格的公差要求,你可能不会发现大部分电解电容器。
如果你开始方案设计中寻找机会提高电容器的稳定性和性能,电容器是一个简单的开始。这取决于你的视角,你会发现一个开关从陶瓷到钽(反之亦然)给你一个良好的性能和/或成本的权衡。在本文中,我们将研究一些权衡,特别是关于SMD电容小码。
钽是替代陶瓷吗?
这个问题的答案是多方面的和钽不适合陶瓷在所有情况下的替代。陶瓷和钽的共同情况下尺寸SMD元件(0603等),所以他们在某些情况下可以相互替代。然而,陶瓷电容值的行为在其直流偏置电压,以及电容温度系数(太极拳)值对这些部分,可能会限制允许的替代陶瓷和钽之间。
额定电压和电容
与陶瓷相比,钽电容器可以有更高的电容的额定电压和尺寸。这是成本的权衡;更专业的钽电容可以有更高的成本高于陶瓷相同的额定电压。这是尤其重要的小型嵌入式系统有很高的计算需求,因此需要大量的电力标准电压。
有一个简单的策略,使用这些不同类型的电容器:
- 使用少量的钽与更高的标准电源电压(12 V、24 V等)。
- 使用大量的陶瓷生产,模拟电路,配置在asic和低电压网
混合和匹配这两种类型的目标地区的小电容是一种很好的方式,确保业绩目标,但没有过度的成本。这是越来越重要的作为标准电压更高的值(24 V和更高版本)正在成为在较小的嵌入式系统。在过去,你需要更大的情况下径向电容器非常高,但是低调可以保证小案例并行钽。
使用电源
钽电容器通常伴随着较大的情况下,如下面所示的径向SMD电容包。的确,这些电容器通常使用由于其高电容值和高电压等级。这使得这些电容器对于散装电容开关电源、输入和输出阶段。他们也可以有一些ESR的0.1 ~ 1欧姆,这是有益的阻尼瞬变响了开关式稳压器的输出。
上面的配置在电力供应中非常普遍,尤其是当所需的电容是非常大的。的电容可以访问在上述情况下大小可以达到数百名佛罗里达大学;这不会在SMD陶瓷由于这些电容器的内部结构(特别是在多层陶瓷电容器(mlcc))。
极化和射频使用
钽电容器两极分化,这意味着他们需要一个特定的应用程序的电压正极端子,就像大多数电解电容器。相比之下,陶瓷电容器是未极化的,所以他们可以与AC电压运行。因为陶瓷电容器可以设计低ESR和低ESL,他们可以与AC,陶瓷通常用于射频系统,如无线系统。相同的优势在射频系统中激励使用陶瓷分离/旁路电容生产阻抗工程。
而射频系统可能使用陶瓷产生巨大影响,这些电容器开始表现归纳远高于无线频率。在这些更专门的领域,如果需要离散电容器是由更专业的材料,在不同的文章中我们将讨论。另一种可能性是排除了这些离散电容器在高频率的系统直接将他们如果死在集成电路。这消除了寄生板级和简化了射频设计远高于无线频率。
电压降额
最重要领域钽电容器优于陶瓷电容器直流偏压下的稳定性。陶瓷电容器和钽电容器可以具有相同(或相似)的电压等级,但他们不能使用相同的运行电压降额。一般来说:
- 钽电容器可以运行电容的额定电压没有退化附近
- 陶瓷电容器通常需要至少50%的降额,以确保稳定和操作接近额定电容
我们可以看到稳定的影响,通过观察电容与温度曲线为一个固定的额定电压,使得这两种类型的电容器相比。有显著下降的陶瓷电容随着应用直流偏压的增加和方法电容器的额定电压。唯一的例外是C0G / NP0介质用于陶瓷电容器,这与钽重叠图所示。
(来源:RCD组件)
从上面的图表,我们可以看到很清楚,电容器需要重要的降额。如果你计划使用逻辑水平低的陶瓷电容器,其降额应该达到80% - -90%。钽的情况与此相反,要求没有降额,而是可以选择完全基于击穿电压等级。
温度和操作稳定性
这些组件的温度稳定性、钽和陶瓷具有可比性。虽然他们的斜坡在相反的方向,预期的电容变化典型操作温度范围预计不会超过+ / - 10%。
另一个问题,特别是涉及到陶瓷电容器电容跌幅超过一生。下面的图是由LCSC和展示了如何为各种陶瓷电容在操作寿命降低。这些为不同的降额曲线将会不同,应用电压,和操作温度,但图并说明正确的大趋势的稳定性不同的陶瓷电容器电介质列表(见下文)。
电容的变化[来源:LCSC]
陶瓷有多个选项
最后一点,只有一个风格的钽电容,但陶瓷有不同的成分,提供不同的属性。最常见的用于商用陶瓷电容器电介质是:
- C0G / NP0: C0G(也称为NP0)提供了一个高电容在非常广泛的温度范围内保持稳定(-55°C + 125°C)较低的介电损耗和泄漏。C0G电容器太极拳值最低的国家之一,使其适合应用的稳定性和准确性是最重要的。
- X7R: X7R介电展品温和电容在非常广泛的温度范围内保持稳定(-55°C + 125°C)温和的太极拳。X7R电容器C0G相比有更高的电容值,使它们适合的通用应用程序。他们之间提供了一个良好的平衡成本、大小和性能。
- X5R: X5R介质而言,非常类似于X7R电容稳定,但更大的电容随温度改变。X5R电容器通常应用在有成本和空间约束问题,和适度电容稳定就足够了。通常情况下,可以直接代替X7R X5R只要温度变化并不极端。
- Y5V: Y5V介质体积效率高,允许更高的电容值较小的尺寸。然而,Y5V电容器有一个大电容随温度改变和不稳定C0G相比,X7R或X5R。这个介电常用于电容器在电力系统安全EMI控制电容器(孤立的理由)之间的桥梁。然而,他们的泄漏电流过高对一些系统和可能导致EMI失败。
- Z5U: Z5U介电Y5V相似的电容变化与温度的变化。这个介质提供了一个电容密度高但不稳定C0G相比,X7R或X5R。Z5U电容器是常用的在系统预期的温度范围跨度从+ 10°C + 85°C。
X7R和X5R可能是最常用的电介质陶瓷电容器。他们出现在mlcc和低成本期权相比其他电介质在上面的列表中。
对于精密测量应用程序,C0G / NP0是最好的陶瓷电容器的介质选择。这是因为在广泛的温度曲线是非常平淡的移行细胞癌,所以你可以期待高度测量系统性能稳定,即使系统额定温度升高工作温度。如果需要陶瓷在这些系统中,如在测量或滤波电路,使用C0G / NP0陶瓷电容器在模拟前端这些部分可以更加昂贵。
总结
总而言之,有一些重要的例子在陶瓷电容器钽电容器是首选。这些实例可以在电力系统或解耦对权力的rails,包括较高的频率范围,系统将运行。在其他方面,比如温度稳定,常用陶瓷(X7R和X5R)与钽具有可比性,因此,钽电容可以作为替代直流净。
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