セラミックキャップと電解液。使用における具体的な違いは何ですか?
On 1月 13, 2021 by admin簡単なグーグルで見つけられるのは、物理学について話している人だけです&コンデンサの化学的性質ですが、これが使用するコンデンサの選択にどのように影響するかは ありません。
構成の違いや、電解コンデンサに見られる大容量については話さないでください。アプリケーションに使用するコンデンサのタイプを決定する主な考えは?
たとえば、マイクロプロセッサごとの電力デカップリングにセラミックキャップを使用することが提案されているのはなぜですか&ボードあたりのより大きな電解コンデンサ?電解液をあちこちで使用してみませんか?
コメント
- 物理学と化学によってESRが高くなるためです。
- @IgnacioVazquez -Abramsそれはまさに私がさらに情報を求めている種類のことです、 ESRとは何ですか、そしてそれはキャップの充電/放電にどのように影響しますか?編集:気にしないでください、あなたが私に” ESR “という名前を付ければ十分だったようです。自分より知識のある人がいない場合は、まもなく自分で回答を書く可能性があります。
- 概要については、次のリンクを試してください: murata.com/en -eu / products / emiconfun /キャパシタ/ 2013/02/14 / …
- セラミック:インダクタンスが低いため、高周波応答が向上します(主に)。無極性(+/-回転可能)。 uFは電圧によって異なります-程度はグレード/材料によって異なります。長寿命-温度に過度に影響されない年齢。機械的衝撃により電圧が発生する場合があります。リングが鳴り、鋭いエッジに高電圧が発生する可能性があります。 ||電解液は通常、大きな静電容量値でコストを削減します。特別なバージョンを除いて分極化。動作温度が10℃低下するごとに寿命は2倍になります。工法はLが高く、HF応答が悪いことを意味します。 ||詳細… ||セクションごとの大きなエレクトロは、より長くゆっくりとした立ち上がりを処理します…
- …変更。 uFが低くLが非常に低いデバイスの近くにある小さなセラムキャップ。高周波共振と優れたHFフィルタリングにより、スパイクノイズの出入りをバイパスします。 ||上記を調べて、答えを入力してください。 :-)。チェックせずに使用しないでください。
回答
1。コンデンサ
コンデンサについては多くの誤解があるので、静電容量とは何か、コンデンサは何をするのかを簡単に説明したいと思います。
静電容量は、電界に蓄積されるエネルギー量を測定します。与えられた電位差に対して2つの異なるポイント間で生成されます。これが、静電容量がインダクタンスの「デュアル」と呼ばれることが多い理由です。インダクタンスは、特定の電流が磁場に蓄積されるエネルギーの量であり、静電容量は同じですが、電界に蓄積されるエネルギーの場合(電流ではなく電位差による)です。
コンデンサ最初の大きな誤解である電荷を蓄えないでください。彼らはエネルギーを蓄えます。 1つのプレートに押し付ける電荷キャリアごとに、反対側のプレートの電荷キャリアが離れます。正味の電荷は同じままです(非対称に露出した外側のプレートに蓄積する可能性のある、はるかに小さい不均衡な「静的」電荷を無視します)。
コンデンサは、導電性プレートではなく誘電体にエネルギーを蓄積します。コンデンサの有効性を決定するのは、物理的寸法(プレートの面積とプレート間の距離)と、プレート間の絶縁体の誘電率の2つだけです。面積が大きいほど電界が大きくなり、プレートが近いほど電界が強くなります(電界強度のため)。は1メートルあたりのボルト数で測定されるため、はるかに短い距離で同じ電位差が発生すると、より強い電界が発生します。
誘電率は、特定の媒体で発生する電界の強さです。ベースラインの誘電率は
プレート面積、誘電体、およびプレートの分離。コンデンサはこれですべてです。なぜ、コンデンサはそれほど複雑で多様なのですか?
そうではありません。数千pFをはるかに超える静電容量を持つものを除きます。今日私たちがほとんど当たり前と思っているようなばかげた量の静電容量が必要な場合は、数百万のピコファラッド(マイクロファラッド)などです。 )、そしてそれを超える桁数でさえ、私たちは物理学に翻弄されています。
自然の法則によって課せられた制限に直面して、他の優れたエンジニアと同様に、私たちはとにかくそれらの制限をだまして回避します。電解コンデンサと高静電容量(0.1µFから100µF +)のセラミックコンデンサは、私たちが使用した汚いトリックです。
2。電解コンデンサ
アルミニウム
最初で最も重要な違い(名前の由来)は、電解コンデンサが電解質を使用することです。電解質は2番目のプレートとして機能します。液体、つまり、形状が不均一なものでも、誘電体に直接接触する可能性があります。アルミニウム電解コンデンサでは、アルミニウムの表面酸化(硬いもの、場合によっては意図的に多孔質で、色に染料を含浸させたもの)を利用できます。 、電解質として使用するための陽極酸化アルミニウム(絶縁サファイアコーティングに相当)。ただし、電解「プレート」がないと、表面の凹凸により、硬い金属プレートを十分に近づけることができず、そもそも酸化アルミニウムを使用する利点が得られます。
さらに良いのは、液体を使用することです。 、アルミホイルの表面を粗くすることができ、有効表面積が大幅に増加します。次に、酸化アルミニウムの十分に厚い層がその表面に形成されるまで陽極酸化されます。粗い表面はすべて、他の「プレート」、つまり液体電解質に直接隣接します。
ただし、問題があります。最もよく知られているのは極性です。アルミニウムの陽極酸化は、 anode という単語との類似性でわからない場合、極性に依存するプロセスです。コンデンサは常にアルミニウムを陽極酸化する極性で使用する必要があります。反対の極性では、電解質が表面の酸化物を破壊し、コンデンサが短絡します。一部の電解質はとにかくこの層をゆっくりと食い尽くすため、多くのアルミニウム電解コンデンサには貯蔵寿命。使用するように設計されており、その使用には表面の酸化物を維持および復元するという有益な副作用があります。ただし、十分に長く使用しないと、酸化物が完全に破壊される可能性があります。古いほこりを使用する必要がある場合状態が不明なコンデンサの場合、定電流電源から非常に低い電流(数百μAからmA)を印加して「改質」し、定格電圧に達するまで電圧をゆっくりと上昇させるのが最善です。ダムからの(最初は)高い漏れ電流コンデンサを経年劣化させ、漏れが許容レベルになるまで表面酸化物をゆっくりと再構築します。
もう1つの問題は、化学作用により、電解質が溶媒にイオン溶解したものであるということです。非ポリマーアルミニウムのものは水を使用します(それにいくつかの他の「秘密のソース」成分が追加されています)。電流が流れると水は何をしますか?電気分解します!酸素と水素ガスが必要な場合は素晴らしいですが、そうでない場合はひどいです。バッテリーでは、制御された再充電でこのガスを再吸収できますが、コンデンサーには逆の電気化学反応がありません。電解質を使用しているだけです。導電性。したがって、何があっても、それらは微量の水素ガスを生成し(酸素は酸化アルミニウム層を構築するために使用されます)、非常に小さいものの、これらのコンデンサを密閉することを妨げます。そのため、乾燥します。
最高温度での標準的な耐用年数は2,000時間です。それはそれほど長くはありません。約83日です。これは単に温度が高いために水がより早く蒸発するためです。何かを長持ちさせたい場合は、できるだけ冷たくして最高のものを得ることが重要です。耐久性モデル(15,000時間ものモデルを見たことがあります)。電解質が乾燥すると、導電性が低下し、ESRが増加し、熱が増加して問題が悪化します。
タンタル
タンタルコンデンサは、他の種類の電解コンデンサです。 。これらは、電解質として二酸化マンガンを使用しており、完成した状態では固体です。製造中、二酸化マンガンは酸に溶解され、タンタル粉末の表面に電気化学的に堆積され(電気めっきと同様)、次に焼結されます。タンタル粉末のすべての小さな断片と誘電体の間に電気的接続を作成する「魔法の」部分の正確な詳細は私にはわかりません(編集またはコメントを歓迎します!)が、タンタルコンデンサはから作られていると言えば十分ですタンタルは、粉末(高表面積)から簡単に製造できる化学作用があるためです。
これにより、優れた体積効率が得られますが、コストがかかります。遊離タンタルと二酸化マンガンが反応する可能性があります。アルミニウムと酸化鉄であるテルミットに似ています。唯一、タンタル反応は はるかに 低い活性化温度を持っています-簡単かつ迅速に達成されるべき温度反対の極性または過電圧イベントにより、誘電体(酸化アルミニウムによく似た五酸化タンタル)に穴が開けられ、短絡が発生します。これが、タンタルコンデンサの電圧と電流が50%以上ディレーティングされているのを見る理由です。テルミット(タンタルとMnO 2 の反応とはかなり高温ですが、それでも異ならない)に気付いていない人には、大量の火と熱があります。鉄道レールを互いに溶接するために使用され、このタスクを数秒で実行します。
モノマーの形で液体である導電性ポリマーを使用するポリマー電解コンデンサもありますが、適切な触媒にさらされると、重合して固体材料になります。これは、瞬間接着剤のようなものです。瞬間接着剤は、湿気にさらされると固体を重合する液体モノマーです(適用される表面の中/上、または空気自体から)。このように、ポリマーコンデンサはほとんどが固体電解質である可能性があり、その結果、ESRが低下し、寿命が長くなり、一般的に堅牢性が向上します。ただし、ポリマーマトリックスにはまだ少量の溶媒が含まれているため、導電性である必要があります。それで彼らはまだ乾きます。悲しいことに無料の昼食はありません。
では、これらのタイプのコンデンサの実際の電気的特性は何ですか?極性についてはすでに説明しましたが、もう1つはESRとESLです。電解コンデンサは、コイルに巻かれた非常に長いプレートとして構成されているため、ESL(等価直列インダクタンス)が比較的高くなっています。実際には非常に高いため、100kHz、またはポリマータイプの場合は150kHzを超えるコンデンサとしては完全に効果がありません。この周波数を超えると、基本的にDCをブロックする抵抗になります。それらは電圧リップルに何の影響も与えず、代わりにリップルをコンデンサのESRで乗算したリップル電流に等しくします。これにより、リップルがさらに悪化することがよくあります 。もちろん、これは、あらゆる種類の高周波ノイズまたはスパイクが、そこにさえなかったように、アルミニウム電解コンデンサを通り抜けるだけであることを意味します。
タンタルはそれほど悪くはありませんが、それでも効果を失います。中周波数の場合(最良および最小のものはほぼ1MHzに達する可能性があり、ほとんどは300〜600kHz付近で容量特性を失います)。
全体として、電解コンデンサは小さなスペースに大量のエネルギーを蓄積するのに最適です。 、ただし、実際には100kHz未満のノイズまたはリップルを処理する場合にのみ役立ちます。その重大な弱点がなければ、他のものを使用する理由はほとんどありません。
3。セラミックコンデンサ
セラミックコンデンサは、誘電体としてセラミックを使用し、プレートとして両側に金属化が施されています。クラス1(低容量)タイプではなく、クラスIIのみを使用します。
クラスIIコンデンサは強誘電性効果これは強磁性に非常によく似ていますが、代わりに電界のみがあります。強誘電体トリック材料には、外部電界の存在下である程度配向できる電気双極子がたくさんあります。したがって、電界を印加すると、双極子が整列します。これにはエネルギーが必要であり、最終的には大量のエネルギーが電界に蓄積されます。真空が1のベースラインであったことを覚えていますか?最新のMLCCで使用されている強誘電性セラミックの誘電率は7,000程度です。
残念ながら、強磁性体と同様に、より強力な磁場が材料を磁化(または分極)するため、それが始まります。分極するためのより多くの誘電体が不足しています。飽和します。これは最終的に、X5R / X7R / etcタイプのセラミックコンデンサの厄介な特性に変換されます。それらの静電容量はバイアス電圧とともに低下します。端子間の電圧が高いほど、実効容量は低くなります。蓄積されるエネルギーの量は、電圧とともに常に増加しますが、不偏静電容量に基づいて期待するほど良くはありません。
セラミックコンデンサの定格電圧は、これにほとんど影響しません。実際、ほとんどのセラミックの実際の耐電圧ははるかに高く、低電圧のものでは75または100Vです。実際、私が疑う多くのセラミックコンデンサはまったく同じ部品ですが、部品番号が異なり、同じ4.7µFコンデンサが異なるラベルで35Vと50Vの両方のコンデンサとして販売されています。一部のMLCCの静電容量とバイアス電圧のグラフは同じですが、グラフが定格電圧で切り捨てられている低電圧のものを除きます。疑わしいですが、間違いかもしれません。
とにかく、高電圧を購入する定格セラミックは、この電圧関連の静電容量の低下に対抗するために何もしません。最終的に役割を果たす唯一の要因は、誘電体の物理的体積です。材料が多いほど、ダイポールが多くなります。したがって、物理的に大きいコンデンサは、電圧下でより多くの静電容量を保持します。
これもささいな効果ではありません。121010µF 50Vセラミックコンデンサは、コンデンサの真の獣であり、50Vで静電容量の80%を失います。少し良いものもあれば、少し悪いものもありますが、 80%は妥当な数値です。私が見た中で最高のものは、1210パッケージで、60Vに達するまでに約3µFの静電容量を維持する1210(インチ)でした。10µF 1206(インチ)サイズの50Vセラミックは、500nFが50V残っているので幸運です。
クラスIIセラミックも圧電性で焦電性ですが、電気的には実際には影響しません。リップルによって振動または歌い、マイクとして機能する可能性があります。オーディオ回路の結合コンデンサとして使用することはおそらく避けたほうがよいでしょう。
それ以外の場合、セラミックはどのコンデンサよりもESLとESRが最も低くなります。束の中で最も「コンデンサーのような」もの。それらのESLは非常に低いため、主要なソースはパッケージ自体の終了終端の 高さです はい、0805セラミックの高さは、その3nHのESLの主な原因です。それでも、数MHzまではコンデンサのように動作し、特殊なRFタイプの場合はさらに高くなります。また、多くのノイズを分離し、デジタル回路のような非常に高速なものを分離することができます。電解は役に立たないものです。
結論として、電解は次のとおりです。
- 大量のバルク小さなパッケージの静電容量
- 他のすべての点でひどい
それらは遅く、摩耗し、発火し、分極すると短絡します違う。静電容量自体を除いて、コンデンサが測定されるすべての基準によって、電解コンデンサは絶対にひどいです。必要な理由で使用しますが、必要な理由ではありません。
セラミックは次のとおりです。
- 不安定で、電圧バイアス下で多くの静電容量を失います
- 振動したり、マイクとして機能したりできます。またはナノアクチュエータ!
- 他の点では素晴らしいです。
セラミックコンデンサは使用したいものですが、常に使用できるとは限りません。実際には、コンデンサのように動作します。高周波ですが、電解コンデンサの体積効率に匹敵することはできず、クラス1タイプ(静電容量が非常に小さい)のみが安定した静電容量を持ちます。それらは温度と電圧によってかなり変化します。ああ、それらはひびが入る可能性があり、機械的に堅牢ではありません。
最後の注意点として、AC /非分極アプリケーションでは電解質を問題なく使用できますが、他のすべての問題はもちろん問題になります。 。同じ極性の端子端子を備えた通常の極性電解コンデンサのペアを接続するだけで、反対の極性の端が真新しい無極性電解の端子になります。それらの静電容量値がかなりよく一致していて、定常状態のDCバイアスの量が限られている限り、コンデンサは使用に耐えるように見えます。
コメント
- タンタルは、” ‘テルミット”に似ているため、ディレーティングされません。 ‘は、’であるため、ディレーティングされています。定格電圧はハハ値であり、寿命を大幅に制限します。’は、宣伝されている寿命を得るために40%のディレーティングを検討しています。 ‘ Al電解質を使用した塊状導電性ポリマー(POSCON et al)は、はるかに優れた特性とはるかに優れた価格を備えているため、使用しません。 IPCには、パワーエレクトロニクスのディレーティング値に関する標準があるため、’推測にとらわれることはありません。
- @metacollin I ‘あなたは実際にたくさんの良い情報をそこに置いているのであなたにあなたの答えを評価しますが、あなたは基本的に多くの質問されていない質問にも答えることによってOPの質問に答えました。実際に質問に固有であることが良い場合もあります。
- @crowieこの場合、’良いと思いますが、’を説明する多くの標準的な回答が得られました。 div id = “87dfde35f5”>
コンデンサの選び方’。このような情報を検索する人はたくさんいるでしょうし、それは実際に質問に答えます。
The dielectric constant is how strong a field will be generated in a specific medium. The lowest and 'baseline' dielectric constant is ε0, with a normalized value of 1.
本当ですか? ‘それを聞いたのはこれが初めてです。通常、私は’ε=ε0*εrの式を見ました。ここで、εrは真空に対して1に正規化され、定数ε0は約8.85e-12 F / mです。回答
たとえば、次のように提案されているのはなぜですか。マイクロプロセッサごとの電力デカップリングにセラミックキャップを使用する&ボードごとに大きな電解コンデンサ?電解を使ってみませんか?
3つの主なタイプには異なる特性があります-それらについて調査することをお勧めしますが、探すべき主なものは
- 実効直列抵抗(より多くの損失)
- 電圧を印加したときの静電容量の変化(フィルターには適していません):-
- 静電容量の変化温度(フィルターにも適していません):-
- 初期静電容量の期待値
- リップル電流(ピーク時の需要が高いため電源):-
- 短絡を回避する機能(XおよびYコンデンサ)
- 低マイクロフォニック(敏感なオーディオアプリケーションで重要)。ここに「それを知っている人:-
- 基本的な電解キャップは分極されているため、ACアプリケーションは制限されています。等価回路は次のとおりです。-
他にもいくつかあると思いますが、調査中に明らかになります。
コメント
- 簡単な質問ですが、この投稿は詳細かもしれませんが、良い答えだと思います。つまり、これを読む時間がありますか。下にすべてを分解する前に、上部にポイントとポイントの要約があるはずです。
- @Mayhem Ahaだから、あなたへの私のコメントであなた自身を取り戻すことができます。質問LOL。
- ええと…私自身を取り戻してください..私は長い投稿への道を言っていました..私が言ったようにそれは良い答えですが、整理されるべきです..私はあなたに尋ねたことはありません質問、ちょうどアクロが来ましたランダムなグーグル検索であなたのもの..
- “歌うコンデンサ”はパワーエレクトロニクスの問題であり、 “センシティブオーディオ”アプリケーションのみ。聴覚障害があるので聞こえませんが、ラボの他の人たちは私のLEDドライバーが130W出力で作った泣き声について不平を言い続けました。安定性/リンギングの問題はありませんでした。この場合の解決策は、大きなセラミックの周りにスロットを切り、振動を減衰させることで、”スプリングボード”を作成することでした。
回答
明らかな違いは、電解質はセラミックよりもはるかに大きいことです。 1mm x 0.5mmのセラミックは一般的な庭の品種であり、電解缶ははるかに大きいです。
他の人がすでに指摘しているように、電解質は高周波ではうまく機能しないため、「高周波」をバイパスするのには適しておらず、1MHzチップに追いつくことはできません。 125MHzギガビットイーサネットPHY。
もう1つの論点は、ESRです。電力アプリケーションでは、これはスイッチングノードの廃熱に直接変換される傾向があるため、電解液は静電容量ではなくリップル電流定格によって選択される傾向があります。
電解は温度安定性などでかなりひどいので、静電容量はかなり変動する可能性があります。
私が100nFを始めたとき、セラミックは「大容量」でしたが、セラミックは大きく進歩しました。これで、10uFのセラミックを安く購入できます。ここで明らかではない問題は、X7R誘電体(またはそれより悪い)を使用する「大きな」セラミックは、受ける電圧が高くなるほど静電容量を失うことです。10uF80Vセラミックは63Vでわずか1uFである可能性があります。
セラミック電圧耐性もガイドラインではなく、1ボルトを超えると、障害が発生し始めます。ディレーティングせずにパッシブを使用する必要があるわけではありません。
したがって、大きな電解は大きな「電子バケツ」を提供できます。回路の低周波電力スパイクに対応します。配置、ルーティング、および部品の選択に細心の注意を払わない限り、小さいセラミックは最大50MHz程度の中周波数を占めます。実際の高周波では、密結合のパワープレーンが必要です。
セラミックのもう1つの問題は、周波数に対するインピーダンスです。大きな静電容量は、高周波ではうまく機能しません。逆もまた同様です。これは、物理的なパッケージに起因する静電容量とインダクタンスに関係しています。
回答
電解コンデンサの特性
- 低周波数で効果的
- 大容量
- 低コスト
- 大ESR
- 大ESL
セラミックコンデンサの特性
- 高周波で有効
- 実効容量はバイアス電圧とともに減少します
- 電解コンデンサよりも高価です
- 低ESR
- 低ESL
- 制限されたコンデンササイズ
回答
特定のインスタンスで使用するコンデンサのタイプの決定に影響を与える多くの要因があります。次にいくつかを示します。
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コストが要因です。特定のアプリケーションでは、決定の指針となる容量やコストなどの特定の仕様が必要になります。
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パフォーマンス要件。過渡応答などの特定の目標を達成することが望まれます。 ESR(実効直列抵抗)などの仕様が高すぎる場合、コンデンサは必要な電流要件を提供しない可能性があります。
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サイズと取り付け。回路への取り付け方法も選択の指針となります。小さなSMTは、ICのピンに抱きしめるのがはるかに簡単ですが、リード付きタイプはより頑丈な場合があります。
回答
具体的な違いは次のとおりです。
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セラミックコンデンサはESRが低いため、電解コンデンサよりもリーク電流が少なくなります。ヒント:バッテリ駆動の設計にはセラミックコンデンサを使用してみてください。
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低ESRは、セラミックコンデンサの過渡応答が優れているため、電流を(より簡単に)供給できることも意味します。過渡的です。
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電解コンデンサは良好な温度安定性を提供しないため、静電容量が元の値から20%または30%変化する可能性があります。
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価格:大きな値の静電容量(たとえば> 100uF)が必要な場合は、セラミックコンデンサが電解コンデンサに比べて非常に高価であることがわかります。
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