Aperçu

Les condensateurs céramiques multicouches (MLCC) sont généralement le condensateur de choix pour les applications où des capacités de faible valeur sont nécessaires. Ils sont utilisés comme condensateurs de dérivation, dans les circuits d'amplificateurs opérationnels, les filtres, etc.

Les avantages du MLCC incluent :

Une petite inductance parasite donne de meilleures performances à haute fréquence par rapport aux condensateurs électrolytiques en aluminium.

Meilleure stabilité en température, en fonction du coefficient de température.

Désavantages

Faible capacité par volume, en particulier pour les matériaux diélectriques de classe 1 (NO/COG).

Instabilité de la polarisation CC.

Construction

Les MLCC sont constitués de couches alternées d'électrodes métalliques et de céramique diélectrique, comme le montre la figure 1 ci-dessous.

Figure 1 : Construction d'un condensateur à puce céramique multicouche (MLCC), 1 = Électrodes métalliques, 2 = Céramique diélectrique, 3 = Bornes de connexion

Source de l'image : http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#/media/File:MLCC-Principle.svg

Paramètres importants de la fiche technique

Deux paramètres très importants de la fiche technique sont le coefficient de température et la tension nominale.

Coéfficent de température

Les matériaux céramiques de classe 1 (par exemple, NPO, COG) ont des coefficients de température très bas, ce qui signifie que leur capacité varie très peu en fonction de la température. Ils ont également de faibles constantes diélectriques, ce qui signifie que les condensateurs construits avec des matériaux de classe 1 ont une très petite capacité par volume. NPO et COG sont des coefficients de température de classe 1 très courants, et ont un coefficient tempéré de 0 et une tolérance de +/-30 ppm.

Les matériaux céramiques de classe 2 (X, Y, Z) sont moins stables en température, mais ont une constante diélectrique plus élevée, ce qui signifie que des condensateurs avec plus de capacité sont disponibles dans le même volume. X7R est un coefficient de température de classe 2 très courant, et les condensateurs X7R ont généralement une tolérance de 5 %, 10 % et 20 %.

Le tableau 1 aide à décoder les coefficients de température pour les MLCC de classe 2. Des exemples sont inclus ci-dessous.

Tableau 1 :Système de code pour CEI/EN 60384-9/22 pour les plages de température et les variations de capacité en fonction de la température

Source de l'image : http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_capacitor#Class_2_ceramic_capacitors

Les exemples comprennent:

Le X7R est conçu pour fonctionner de -55 C à +125 C, avec une variation de capacité de +/- 15 % sur la plage de température.

Le X5R est conçu pour fonctionner de -55 C à +85 C, avec une variation de capacité de +/- 15 % sur la plage de température.

Le Y5V est conçu pour fonctionner de -30 C à +85 C, avec une variation de capacité de +22/-82 % sur la plage de température.

Les condensateurs avec des plages de température plus larges et des caractéristiques de température plus stables ont tendance à coûter plus cher.

Tension nominale

La tension nominale indique la tension de sécurité maximale pouvant être appliquée aux bornes du condensateur. En pratique, les concepteurs doivent utiliser un condensateur avec une tension nominale supérieure à la tension réelle attendue, pour des raisons de fiabilité. Contrairement aux condensateurs électrolytiques en aluminium, les MLCC ne sont pas polarisés, ils peuvent donc être placés dans un circuit dans les deux sens sans explosion.

Fréquence de réponse

La figure 3 est un modèle de circuit pour un MLCC. Les MLCC ont une ESL (inductance série équivalente) et une ESR (résistance série équivalente) parasites. Ceux-ci forment un circuit résonnant, où l'impédance minimale est égale à l'ESR, à la fréquence de résonance f=1/(2π√LC), où L est l'ESL et C est la capacité. Les parasites sont liés à la taille des emballages. Les packages SMT ont une ESL inférieure à celle des packages traversants.

Figure 3 :Modèle de circuit d'un vrai condensateur

L'impédance d'un condensateur décroît selon la formule Z=1/jωC, jusqu'à la fréquence de résonance. À ce stade, l'impédance du condensateur est l'ESR. Lorsque la fréquence augmente, l'impédance est dominée par la résistance série équivalente et semble inductive, ce qui entraîne une augmentation de l'impédance. La figure 4 est un graphique de l'impédance d'un condensateur en fonction de la fréquence qui montre ce comportement.

Figure 4 : Tracé SpiCap d'une impédance MLCC en fonction de la fréquence

Source de l'image : capture d'écran de l'outil AVX SpiCap 3.0. SpiCap est disponible en téléchargement ici : http://www.avx.com/spiapps/#spicap

Plusieurs condensateurs de valeurs et de boîtiers différents peuvent être utilisés en parallèle pour fournir une faible impédance sur une large fréquence.

Dérive de polarisation CC

Une polarisation CC aux bornes d'un condensateur X7R entraîne une légère modification de la capacité. La figure 5 est un tracé de deux condensateurs 0,010 uF 0805 X7R. Un condensateur a 50 V à ses bornes. Nous pouvons voir que la fréquence de résonance se décale de 10 à 20 MHz.

Figure 5: La polarisation CC provoque un décalage de capacité

Considérations pratiques

Des condensateurs à température stable et à tolérance serrée doivent être utilisés dans les boucles de rétroaction.

Les condensateurs de dérivation ont des exigences moins strictes.

Choisissez un condensateur avec une tension nominale élevée pour fournir une marge.

Soyez conscient de la tolérance de capacité.

Soyez conscient du coefficient de température.

Soyez conscient de l'ESL pour les applications à haute fréquence.

Soyez conscient de l'ESR pour les applications à courant d'ondulation élevé.

Différentes valeurs parallèles pour fournir une large couverture de fréquence.

Conclusion

Cet article donne un aperçu des condensateurs céramiques multicouches (MLCC), de leur construction et des paramètres importants de la fiche technique en mettant l'accent sur le coefficient de température, la réponse en fréquence et les problèmes de polarisation CC.

Source : RKER.IO