Keramikkondensator Überspannung

> dass unter 250% der nominalen Spannung kein Durchschlag auftritt

Wo hast Du das denn her?

MLCC Overvolter schrieb:
> Grund für meiner Frage ist ganz banal: Kondensatoren der nächsthöheren
> Spannungsfestigkeit kosten über das zehnfache (25V->35V)...
Hast du da mal ein Beispiel?

MLCC Overvolter schrieb:
> Was ist zu erwarten, wenn man einen Keramikkondensator
> unterdimensioniert?
Schon im ganz normalen Betrieb wird ein MLCC mit hochkapazitivem 
Dielektrikum (also das, was man ab 1uF aufwärts bekommt) bei der 
MAXIMALEN (ja, diese 25V/35V sind die maximale) Spannung nur einen 
Bruchteil der aufgedruckten Kapazität haben (ca. 30%). Kannst du damit 
leben und kommt deine Schaltung damit klar?

Dazu gab es gerade einen Artikel in EDN-europe, hier die Web-Version:
http://www.edn.com/design/analog/4402049/Temperature-and-voltage-variation-of-ceramic-capacitors--or-why-your-4-7--F-capacitor-becomes-a-0-33--F-capacitor
das besteht aus drei Seiten und Diagrammen, der Zeitschriftenartikel ist 
besser lesbar.
"...why your 4.7-uF part becomes 0.33 uF" bei nur 5V DC!
Ich hatte schon lange den Verdacht, dass an den winzigen 
SMD-Mikrofarad-Typen etwas faul ist. Das sind ja eher Varicaps für 
Niederfrequenz.

Christoph Kessler (db1uq) schrieb:
> Dazu gab es gerade einen Artikel in EDN-europe, hier die Web-Version:
> 
http://www.edn.com/design/analog/4402049/Temperature-and-voltage-variation-of-ceramic-capacitors--or-why-your-4-7--F-capacitor-becomes-a-0-33--F-capacitor
> das besteht aus drei Seiten und Diagrammen, der Zeitschriftenartikel ist
> besser lesbar.
> "...why your 4.7-uF part becomes 0.33 uF" bei nur 5V DC!
> Ich hatte schon lange den Verdacht, dass an den winzigen
> SMD-Mikrofarad-Typen etwas faul ist. Das sind ja eher Varicaps für
> Niederfrequenz.

Sehr interessanter Artikel. Dass die Keramik-Kondesatoren so stark an 
Kapazität verlieren war mir vorher nicht bewusst. Vor allem, dass es 
größtenteils an der Bauform liegt. Wieder was dazugelernt und wieder was 
mehr auf das man acht geben muss :-)

Hallo MLCC Overvolter.


> In der Regel ist ja angegeben, dass unter 250% der nominalen Spannung
> kein Durchschlag / mechanischer Schaden auftritt.

Oje. Das habe ich vor 30 Jahren auch mal so als Daumenregel gelernt, und 
bis vor gut 10 Jahren hat das bei Nicht-Hochleistungsdielektrica für 
Through-Hole auch durchaus noch funktioniert. Aber Mittlerweille hat 
sich  alles weiterentwickelt.....

Es ging aber IMMER nur um Pulse, und NIE um Dauerspannung., d.h. ein 50V 
Type konnte dazu benutzt werden, 200V Spikes "glattzuziehen".

Gerade Keramische Kondensatoren hatten sich mal einen guten Ruf 
erworben, was Robustheit und Spannungsfestigkeit anging.
Allerdings, mit zunehmender Miniaturisierung, extremeren Dielektrica und 
extremeren Werten ging es immer dichter an die Grenzen heran, und die 
Teile wurden in jeder Hinsicht empfindlicher. Es gibt nun mal 
physikalische Grenzen, und wenn Du einen keramischen Kondensator genauso 
robust wie 1980 haben willst, wird er wohl auch auf die gleiche Größe 
wie 1980 kommen.

> Was ist also (langfristig) zu befürchten, außer dass die Kapazität je
> nach Dielektrikum unter dem normalen Wert liegt?

Er wird heiss und schlägt durch.  ;-(

Für die angesprochenen Funktionen und Größenordnungen sind eigentlich 
Folienkondensatoren der klassische Anwendungsfall....mit allen Vor- und 
Nachteilen. Wenn Du die Spikes mit anderen Mitteln ausreichend 
eliminierst (Supressordioden z.B.), gehen durchaus auch epitaktische 
Tantalkondensatoren.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.dl0dg.de

"Es ging aber IMMER nur um Pulse, und NIE um Dauerspannung., d.h. ein 
50V
Type konnte dazu benutzt werden, 200V Spikes "glattzuziehen"."

Wenn der Kondensator die Spannungsimpulse glättet (geladen wird) liegen 
ja effektiv keine 200V am Kondensator an?

MLCC Overvolter schrieb:
> Dass Keramikkondensatoren je nach Material schon ordentlich Kapazität
> mit zunehmender Spannung verlieren ist ja hinreichend bekannt, ich frage
> mich, ob die Chiphersteller das in ihren Formeln zur Berechnung der
> benötigten Werte auch berücksichtigen.
Ja, die Kapazität wird bei 1V gemessen. Um wieviel sich die Kapazität 
reduziert, das steht irgendwo tief vergraben in den AppNotes der 
Hersteller.

> Vermutlich nicht, dennoch verwenden die Evalboards die berechneten
> Bauteilwerte - weiß da jemand mehr?
Man setzt dann eben bei 12V statt eines 0805 16V Kondensators gleich mal 
einen 1210 25V Kondensator ein...

Christoph Kessler (db1uq) schrieb:
> Das sind ja eher Varicaps für Niederfrequenz.
Evtl. auch geeignet zur Temperaturmessung, wenn sich die Kapazität auf 
1/5 reduziert...   :-/

Frank M. schrieb:
> Keramik-Kondesatoren so stark an Kapazität verlieren
> ... dass es größtenteils an der Bauform liegt.
Das ist nur ein Symptom, wenn die gleiche Kapaztät über verschiedene 
Bauformen verglichen wird. Immerhin ist das Volumen eines 1210 
Bauteils zehnmal größer als das eines 0603 Bauteils (1.6x0.8x1.4 = 
1.8mm³ vs. 3.2x2.5x2.2 = 17.6mm³, Quelle AVX CY5V).
Es liegt also eigentlich daran, dass bei kleinen Bauformen für die 
selbe Kapazität die "besseren" (oder eher schlechteren) Dielektrika 
verwendet werden (müssen).
Also hier nicht Ursache und Wirkung verwechseln...

Andy D. schrieb:
> Wenn der Kondensator die Spannungsimpulse glättet (geladen wird) liegen
> ja effektiv keine 200V am Kondensator an?
An den Anschlüssen schon. Aber wegen der Anschlussinduktivitäten nicht 
flächig auf den Platten...

Die "Varicaps" könnte man ja für deren klassische Einsatzzwecke 
verwenden
- VCO
- parametrischer Verstärker
- Varaktor-Frequenzvervielfacher
nur statt auf UHF im Niederfrequenzbereich.

Parametrische Verstärker waren mal (60er Jahre) die rauschärmsten 
Empfangsverstärker z.B. in Satelliten-Bodenstationen. Während ein 
normaler NF-Verstärker seine Energie aus dem Gleichspannungs-Netzteil 
erhält, wird ein parametrischer Verstärker mit Wechselspannung der 
sogenannten Pumpfrequenz gespeist.
http://de.wikipedia.org/wiki/Parametrischer_Verst%C3%A4rker#Parametrische_Verst.C3.A4rker

Lothar Miller schrieb:
> Es liegt also eigentlich daran, dass bei kleinen Bauformen für die
> selbe Kapazität die "besseren" (oder eher schlechteren) Dielektrika
> verwendet werden (müssen).
> Also hier nicht Ursache und Wirkung verwechseln...

Hast recht.
Wobei das leider nicht offensichtlich ist, denn mir ging es wie dem 
Autor des Artikels, ich habe angenommen (ohne im Detail mich darin 
eingelesen zu haben) X7R sei eine fixe Art Dielektrikum, und X7R in 1210 
ist das selbe X7R wie in einem 0605 Kondensator.

Mein Glück, wie ich beim drüberschauen über meine verwendeten 
Kondensatoren sah, war, dass ich bei Kondensatoren mit großer Kapazität 
die Bauform nach dem Preis gewählt habe, dadurch habe ich automatisch 
die 'richtige' Bauform für die Kapazität gewählt, da zu kleine Bauformen 
deutlich teurer werden.

Bei den Tempcos aber wohl eher nur in einer PLL :)

Norbert schrieb:
> Kommen die Erkenntnisse ins BWL-Handbuch für geplante Obsoleszenz?
>
> Wäre vielleicht auch interessant so etwas direkt im Datenblatt zu
> verankern;-)

Zwar nicht die Obsoleszenz, aber die anderen Angaben sind bspw. in den 
Datenblättern von TDK zu den einzelnen Kondensatoren...
Z.B.
http://product.tdk.com/capacitor/mlcc/en/documents/C2012X7R1C475K125AB.pdf

http://product.tdk.com/capacitor/mlcc/search_by_characteristics.php?lang=en&ref=us

Christoph Kessler (db1uq) schrieb:

> Das sind ja eher Varicaps für
> Niederfrequenz.

Hmm, eigentlich müsste man damit doch gut niederfrequente VCOs
bauen können. :-)
Gruss
Harald

Norbert schrieb:
> Was ich wirklich meinte sind natürlich verschieden hohe Stapel mit
> Euromünzen.

Versuchst du dich über meine grob geschilderte Sortiermethode mit 
nichtssagenden zum Thema nichtsbeitragenden Kommentaren lustig zu 
machen?
Nun, dann frage ich dich, wie du Kondensatorbauformen auswählst, wenn du 
keinen akuten Platzmangel hast?
Ich versuche die bis zu mir liebsten 0603 kleinstmögliche Bauform mit 
den besten Eigenschaften zum besten Preis auszuwählen und eine Variaton 
der Bauformen bei Kondensatoren zum Glätten aufrecht zu halten.
Ich wüsste nicht was daran falsch ist sich unter anderem am Preis zu 
orientieren um aus der Auswahl unterschiedlicher Bauformen und mehrerer 
hunderter Kondensatoren den geeignetsten zu finden, denn wie du siehst, 
besteht auch eine Korrelation zwischen Preis und Tauglichkeit der 
Bauform.

Hallo Andy D. und Lothar Miller

>>> "Es ging aber IMMER nur um Pulse, und NIE um Dauerspannung., d.h. ein
>>> 50V
>>> Type konnte dazu benutzt werden, 200V Spikes "glattzuziehen"."

>Andy D. schrieb:
>> Wenn der Kondensator die Spannungsimpulse glättet (geladen wird) liegen
>> ja effektiv keine 200V am Kondensator an?
>An den Anschlüssen schon. Aber wegen der Anschlussinduktivitäten nicht
>flächig auf den Platten...

Richtig. Es hängt noch von mehreren Kleinigkeiten ab. Von der 
Flankensteilheit bzw. Anstiegsgeschwindigkeit der Pulse, vom 
Wellenwiederstand der Leitung (auf der Platine), auf der die Impulse 
ankommen, und von den parasitären Anschlussimpedanzen des Kondensators 
selber.

Es gelangt also immer nur etwas "gebremstes" auf den Kondensator, und 
wird da "verteilt", und ein Teil läuft auch weiter am Kondensator 
vorbei. Darum macht es ja auch so viel Sinn, Kondensatoren unmittelbar 
am IC zu plazieren. Von aussen einlaufende Spikes haben sehen erst mal 
eine relativ hohe Induktivität und einen hohen Leitungswiderstand, bevor 
sie auf den Kondensator treffen, was Tiefpasswirkung bedeutet, und 
Surges des ICs können aus den Kondensator mit niedriger 
Leitungsinduktivität und niedrigem Leitungswiderstand bedient werden.

Für kräftige, aber langsamere Anteile externer Störimpulse machen sich 
u.u. trozdem noch Kondensatoren am Leitungsanfang gut. Die können aber 
dann auch langsamer sein, wenn sie dann entsprechende Kapazität  und 
Spannungsfestigkeit haben.

Spielt man mit Kondensatoren und Induktivitäten, so ist auf mögliche 
Resonanzen zu achten. Die verdirbt man mit Widerständen längst über die 
Induktivitäten, um die Schwinkreisgüten runter zu knüppeln, und, wenn es 
heftiger wird, mit Dioden, die die Pulse in Kondensatoren schwappen 
lassen. Diese Kondensatoren müssen dann wiederum mit passend 
dimensionierten Widerständen entweder auf Betriebsspannung oder Masse 
entladen werden.

Es gibt auch eine Idee, Schwingungen bzw. steile Flanken durch einen 
Carbondruck längst über der Leiterbahn zu bedämpfen. Zumindest in einem 
mir bekannten Falle mit einer hohen Eigenresonanzfrequenz scheint das 
geholfen zu haben. War aber eine Notlösung, um ein Design noch zu 
retten. Vermutete Wirkung: hohe Frequenzanteile laufen aufgrund des 
Skineffektes im schlecht leitenden Carbondruck statt im Kupfer.

Wenn die Störungen auf der Platine selber erzeugt werden, und weder die 
ICs der Platine selber stören sollen, noch sich übermäßig über die 
Leitungen nach aussen verbreiten sollen, wird die Betrachtung noch 
komplizierter.....

Diese Betrachtung gilt sowieso nur für Versorgungsspannungen und für 
relativ langsame (gegenüber den Störungen) oder gar statische Signale.


Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.dl0dg.de