Entkopplungskondensatoren: Low ESR elektrolytisch vs. elektrolytisch + Keramik vs. Keramik

Bei Kapazitäten <= 1uF ist Keramik Ihre Wahl. Wenn Sie mehr als 10 uF benötigen, ist es wirtschaftlich gerechtfertigt, eine Elektrolytkappe zu verwenden, die mit einer kleinen Keramikkappe überbrückt ist. Aber im Bereich 1-10uF ist es fraglich. Was schlagen Sie vor?

Antworten (4)

Ihre Frage ist insofern naiv, als nicht berücksichtigt wird, welcher Kondensatortyp am besten zur Zielanwendung passt. Bedenken Sie: -

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Daher ist eine 1uF-Keramik möglicherweise nicht die beste Wahl, wenn Sie beispielsweise eine genaue Zeitschaltung wünschen oder eine Audioanwendung, bei der die mit einem Keramikkondensator verbundenen Mikrofonieprobleme nicht toleriert werden können. Außerdem ist es heutzutage ganz normal, Keramik mit 100 uF zu finden, und ich bin sicher, dass in ein paar Jahren 1000 uF möglich sein werden.

Was schlagen Sie vor?

Wählen Sie einen Kondensatortyp, der für die Anwendung geeignet ist. Wenn es keine gibt, suchen Sie nach Alternativen, und wenn diese Alternativen problematisch erscheinen, finden Sie einen anderen Ansatz.

Schönes Bild von hier gemacht .

Es kommt alles auf die Häufigkeit des Interesses an. Hier ein typischer Frequenzgang: FrequenzgangMan sieht, dass die Elkos die schlechteste Performance haben. Im Allgemeinen werden sie zur Entkopplung bei niedrigen Frequenzen (kHz-Bereich) verwendet, dh sie liefern Strom, bis die Versorgung reagieren kann.

Normalerweise versuche ich, sie zu vermeiden, es sei denn, Sie benötigen 100 uF oder mehr. Was die beste Kombination ist, hängt leider von Ihren Anforderungen ab. Sie benötigen eine Impedanzspezifikation. Anschließend können Sie die passende Kondensatorkombination auswählen. Etwas wie das:Impedanz spez

Die ordnungsgemäße Integrität der Stromversorgung ist ein weites Thema. Vermeiden Sie generell die Verwendung unterschiedlicher Kondensatorwerte, da dies zu Resonanzen führen kann. Siehe diesen App-Hinweis . Achten Sie besonders auf die Handlung auf Seite 3.

Die Anti-Resonanz-Effekte können leicht kontrolliert werden, indem Q von Keramikkappen von Murata reduziert wird, wo ein kleiner Serien-ESR die Spitze im Spektrum eliminiert.
@TonyStewart.EEsince'75 Das mag für niedrige Frequenzen funktionieren, aber es wird immer schwieriger, wenn Sie nach oben gehen. Erstens verschlechtert das Verringern von Q Ihre Entkopplung. Der ganze Sinn der Entkopplung besteht darin, die Impedanz zu minimieren, was Sie nicht tun, indem Sie Q verringern. Zweitens führen die Spuren und die Leistungsebenen zu Parasiten und Resonanzen. Diese zu unterdrücken, ist zwar nicht allzu schwer, aber keine triviale Aufgabe. Schließlich erhöht das Hinzufügen eines Serienwiderstands die Leiterbahnlänge zur Ebene erheblich. Wenn Sie ein Via im Pad verwenden, erhalten Sie die doppelte Bandbreite als bei einem 0,3 mm Via 0,1 mm (Kante) vom Pad.
@TonyStewart.EEsince'75 Außerdem müssen Sie Zugriff auf die Tools haben, z. B. ANSYS. Außerdem sprechen wir hier nicht von sehr hohen Frequenzen. Etwa 10 MHz. Wie ich in meiner Antwort sagte, ist Machtintegrität ein weites Thema.
Wenn Sie nicht verstehen, was ich sage, lesen Sie electronic.stackexchange.com/questions/264927/…
@TonyStewart.EEsince'75 Stimmt. Tatsächlich bevorzuge ich Murata wegen ihrer umfangreichen Datenbank mit S-Parametern. Leider geben die Tools nur eine erste Annäherung wieder. Es hängt alles von der Geometrie der Ebenen und der Position der Kondensatoren ab, z. B. wie weit die Durchkontaktierungen von den Kondensatorpads entfernt sind usw. Für eine ordnungsgemäße Leistungsintegrität muss eine FEM-Analyse durchgeführt werden. Das heißt, wenn Sie garantieren möchten, dass die Boards funktionieren. Einige Unternehmen führen diese Analyseebene nicht durch, insbesondere bei Mikrocontrollern. Aber FEM hat ein paar Vorteile: Software ist billiger, kann auf Anhieb funktionieren, EMV/FC bestehen.
@TonyStewart.EEsince'75 Ich muss dir hier widersprechen. Das Hinzufügen des Vorwiderstands erhöht die parasitäre Induktivität erheblich. Derzeit beginnen wir damit, Vias auf Pads zu verwenden, da die Leiterbahnlänge von 0,1 mm zum Pad zu viel Induktivität aufweist. Das Hinzufügen einer neuen Komponente wird dies erheblich verschlechtern. Sehen Sie sich Folie 7 an: web.mst.edu/~jfan/slides/Archambeault1.pdf
Es ist eher kein Widerstand, sie fügen dem Anschluss eine Oxidbeschichtung hinzu, 0 ESL hinzugefügt.
@TonyStewart.EEsince'75 oh richtig. Das ist eigentlich interessant. Ich denke, ich würde mir Sorgen um die Kosten machen, und Sie erhalten eine etwas höhere Impedanz. Sie müssen es wahrscheinlich für die Situation fein abstimmen. Wir haben Optimierungsprogramme, die nach einem bestimmten Impedanzprofil mit möglichst geringen Kondensatoren suchen. Ich werde sie mir für mein nächstes Produkt ansehen. Ich habe sie noch nie benutzt.
Wenn Sie die von mir verlinkten Diagramme verstehen, werden einfach die Mikrowellenspitzen entfernt. Ähnlich bei der Verwendung von Kondensatoren mit ultraniedrigem ESR im Low-Band von 10 MHz, aber ideal ist ein ultradünnes Dielektrikum zwischen Masseebene und Leistungsebene für einen wirklich niedrigen Wellenwiderstand. Ein Quadrat jeder Größe ist ein festes L, während C sich mit der Lücke verringert

Das OP fragt nach wirtschaftlichen Aspekten von Entkopplungskappen mit Schwerpunkt auf dem Bereich von 1uF-10uF. Abgesehen von den elektrischen Aspekten zeigt die Untersuchung eines gemeinsamen Komponentenlieferanten, Digi-Key, dass eine 10-uF-10%-6,3-V-Aluminiumkappe 10 Cent pro 1000 Stück kostet, während eine 10-uF-6,3-V-Keramik (Größe 0805) nur 1,5 Cent/1000 Stück kostet.

Es gibt jedoch viele Aspekte der Wirtschaftlichkeit. In Anbetracht der geringeren Größe und der besseren Zuverlässigkeit/Langlebigkeit/Mechanik von Keramikkappen scheint die Keramikkappe aus wirtschaftlicher Sicht der klare Gewinner in der 10uF-Kategorie zu sein. Es gibt jedoch eine Ausnahme, wenn ein On-Board-LDO einen begrenzten ESR für seine Stabilität benötigt. Dann ist die Keramik mit niedrigem ESR sehr schlecht, und es ist ziemlich kostspielig, Tantal oder Aluminium an der Stelle einzubauen. Oder fügen Sie einen expliziten ESR von 1-2 Ohm hinzu.

OP muss also die Frage in einen Bereich von etwa 100 uF oder vielleicht sogar noch höher verschieben.

Die Wahl der Welligkeitsreduktionskappen kann kritisch durch das Impedanzspektrum mal (x) das Strompulsspektrum = 'Spannungswelligkeitsspektrum' definiert werden. Dazu müssen Sie I(f) und V(f) auf einem Spektrumanalysator definieren, dann wird die Auswahl der Kappen einfacher mit Streuparameterdateien von OEM ... oder durch Versuch und Irrtum.

Das V(f)-Spektrum ergibt das Vpp(t)-Ripple-Signal.

Dies gilt für 1 A oder 100 A oder jeden Wert, wenn ein hoher Ripple-Strom und eine niedrige Ripple-Spannung benötigt werden.

Sorgfältige Aufmerksamkeit auf serielle (resonante) und parallele (antiresonante) Wechselwirkungen mit parallelen Kappen. oder SRF und PRF, ergeben eine optimale Lösung.

Normalerweise ist es einfacher, mit dem Admittanzspektrum Y(f) zu arbeiten, da dieses eher addiert als Z(f).

Messen Sie dann ggf. den Rippelstrom in Effektivwert und vergleichen Sie ihn mit dem Nennwert. Die Vernachlässigung dieser Grundlagen in Hochleistungs-SMPS führt zu frühen Ausfällen in der Produktion oder im Feld.

Dies ist eine Ergänzung zu den anderen guten Antworten.

Entkopplungskondensatoren: Low ESR elektrolytisch vs. elektrolytisch + Keramik vs. Keramik
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