C0G-MLCCs bieten eine platzsparende Option gegenüber Folienkondensatoren

Folienkondensatoren sind bekannt für ihre Stabilität, ihre verlustarmen Eigenschaften und ihre vernachlässigbaren piezoelektrischen Effekte, insbesondere bei Hochfrequenz- und hochpräzisen Analoganwendungen. Allerdings können Mehrschichtkeramikkondensatoren (MLCCs) für hohe Spannungen heute in wichtigen Bereichen wie Temperaturstabilität, Frequenzgang und Spannungsfestigkeit mit Folienkondensatoren mithalten oder diese sogar übertreffen. Mit ihren viel kleineren oberflächenmontierbaren Gehäusen sind MLCCs eine zunehmend offensichtliche Wahl für viele moderne Anwendungen, bei denen Platzersparnis ein primärer Designfaktor ist.

MLCCs, die nach der IEC-C0G-Norm mit Dielektrika der Klasse 1 hergestellt werden, dringen in Anwendungen vor, die traditionell von Folienkondensatoren bedient werden, insbesondere dort, wo Größe und Präzision in Resonanzkreisen oder in der Automobilelektronik wichtig sind. C0G steht für ein keramisches Dielektrikum mit einem Temperaturkoeffizienten von 0 ±30 ppm/°C von -55°C bis +125°C und entspricht funktionell der NP0-Norm (NP0: Negative-Positive-Zero) der Electronic Industries Alliance.

Kyocera AVX bietet C0G-MLCCs an, die eine attraktive Option für Projekte darstellen, die eine extrem stabile Kapazität mit minimalen Schwankungen über Temperatur, Spannung und Zeit erfordern. Sie eignen sich für Schaltungen, bei denen die Vorhersagbarkeit der Komponenten von entscheidender Bedeutung ist, z. B. für Timing, Filterung, Impedanzanpassung oder Resonanzabschnitte von HF-Schaltungen.

Vorteile von MLCCs gegenüber Folien

Kondensatoren, die Kunststoff- oder Polymerfolien als Dielektrikum verwenden, bieten hervorragende Spannungswerte, geringe Verluste und eine sehr stabile Kapazität über die Temperatur, sind aber im Allgemeinen größer und schwerer als entsprechende C0G-MLCCs.

Die Nachfrage nach C0G-MLCCs steigt, um den Anforderungen von Smartphones, Tablets, Laptops und tragbaren Geräten sowie von Elektrofahrzeugen, modernen Fahrerassistenzsystemen (ADAS) und Infotainmentsystemen gerecht zu werden. Weitere wichtige Märkte für diese Bauteile sind die Luft- und Raumfahrt, die Telekommunikation und die Industrieelektronik, wo die Kapazitätsstabilität für die präzise Steuerung und Messung entscheidend ist.

Moderne C0G-MLCCs für hohe Spannungen weisen sehr stabile Temperatureigenschaften auf, mit minimalen Kapazitätsänderungen über einen weiten Temperaturbereich. Sie sind wesentlich stabiler als MLCCs der Klasse 2 (z. B. X7R) und vergleichbar oder besser als viele Folienkondensatoren (Abbildung 1).

Abbildung 1: Die C0G-Kapazität ist in verschiedenen Temperaturbereichen wesentlich stabiler als andere Dielektrika. (Bildquelle: Kyocera AVX)

C0G-MLCCs bieten extrem niedrige äquivalente Serienwiderstände (ESR) und äquivalente Serieninduktivitäten (ESI), die sich positiv auf Effizienz, Wärmeableitung, Rauschen und Stabilität in der Leistungselektronik, in HF-Schaltungen und in modernen digitalen Hochgeschwindigkeitssystemen auswirken. Außerdem bieten sie eine höhere Effizienz, gemessen an den Qualitätsfaktoren (Q).

C0G-MLCCs werden zunehmend dort bevorzugt, wo Präzision und Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung sind, da sie eine gleichbleibende elektrische Leistung im Laufe der Zeit und unter Umgebungsbedingungen wie Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und Spannungsschwankungen gewährleisten.

Kyocera schließt die Lücke

Bei bestimmten Anwendungen erzeugen schnelle Hochstromspitzen eine extrem hohe Hitze, die das Dielektrikum der Folienkappe erweichen und schmelzen lässt. Dies wiederum verringert die Fähigkeit des Kondensators, Wärme über Infrarotstrahlung abzuleiten, und beschleunigt den thermischen Ausfall.

Kyocera und andere Hersteller haben mit ihren Lösungen die Lücke zu den Folienkondensatoren in Bezug auf die Performance deutlich geschlossen, während sie sie in Bezug auf Größe, Integrationspotenzial und Zuverlässigkeit unter automatisierten Montagebedingungen übertreffen.

Die C0G-MLCCs von Kyocera können Folienkondensatoren in vielen Designs ersetzen, bei denen Platzbedarf, Gewicht und automatisierte Montage Priorität haben, wie z. B. in DC/DC-Wandlern, Onboard-Ladegeräten (OBCs) und Präzisionssignalketten in der Automobil- oder Industrieelektronik. Mit der Verfügbarkeit von Hochspannungswerten und Zuverlässigkeit in Automobilqualität (AEC-Q200) bieten C0G-MLCCs eine überzeugende Alternative, die höhere Kapazitäten und Spannungen in kleineren, robusteren und skalierbaren Systemdesigns ermöglicht.

In der Vergangenheit haben sich Produktentwickler für Folienkondensatoren für DC/DC-Wandler und OBCs entschieden, da diese hervorragende Hochspannungswerte, geringe Verluste und robuste selbstheilende Eigenschaften aufweisen. C0G-MLCCs von Kyocera können Folienkondensatoren in EV-OBCs ersetzen, da sie eine sehr stabile elektrische Performance unter automobilen Betriebsbedingungen, eine geringere Größe und ein geringeres Gewicht für kompakte Designs sowie eine verbesserte Effizienz aufgrund geringer Verluste bieten.

C0G-Keramik ist eines der stabilsten verfügbaren Kondensatordielektrika, das über einen weiten Betriebstemperaturbereich keine Alterungsmerkmale aufweist. Dadurch eignen sie sich besonders für moderne EV-Leistungselektronik, die auf Zuverlässigkeit, Miniaturisierung und Leistungsoptimierung ausgerichtet ist.

Die KAM-MLCC-Serie für die Automobilelektronik von Kyocera AVX umfasst eine breite Palette von Kondensatoren, die sich durch dielektrische Materialien, Kapazitätsbereiche, Spannungswerte, Gehäusegrößen und andere Faktoren unterscheiden. Die C0G KAM-MLCCs des Unternehmens werden bevorzugt in Automobilanwendungen eingesetzt, die eine stabile Kapazität und geringe Verluste erfordern, wie z. B. LED-Beleuchtung, Sensoren, Audioschaltungen, GPS, Sicherheitssteuerungsmodule und Touchscreens. Sie eignen sich aber auch für Anwendungen außerhalb des Automobilbereichs, einschließlich industrieller Stromversorgungssysteme und erneuerbarer Energien.

Der KAM32LCG2J333JU von Kyocera AVX (Abbildung 2) bietet zum Beispiel eine außergewöhnliche Stabilität mit minimalen Kapazitätsänderungen über Temperatur, Spannung und Zeit. Dieser MLCC entspricht den AEC-Q200-Automobilstandards und verfügt über eine Kapazität von 0,033 µF bei einer Nennspannung von 630 V, die für Hochspannungsumgebungen geeignet ist, wie sie in Elektrofahrzeugsystemen üblich sind. Seine Abmessungen sind: 0,126 Zoll Länge x 0,098 Zoll Breite (3,20 mm x 2,50 mm) und einer Einbauhöhe von 0,110 Zoll (2,80 mm).

Abbildung 2: Ein repräsentatives Bild eines MLCC von Kyocera AVX. (Bildquelle: Kyocera AVX)

Fazit

Wenn Präzision und Stabilität in Analog-, HF- oder Stromversorgungsdesigns entscheidend sind, halten die C0G(NP0)-MLCCs von Kyocera Kapazitätsänderungen von nahezu Null über einen weiten Temperaturbereich (0 ±30 ppm/°C) und unter angelegter Gleichstromvorspannung aufrecht. Durch die gleichbleibende Performance eignen sie sich ideal für unternehmenskritische Umgebungen, einschließlich Automobil-, Medizin- und Industrieanwendungen.