Hallo zusammen,
ich suche einen Kondensator, mit dem ich einen Laser puffern kann.
Ich benötige so 5-30ns breite Pulse mit maximal 15A.
Ich schalte viele Kapazitäten parallel, um die Impedanz zu reduzieren.
Die größeren Caps (22uF) werden nach unten hin ergänzt mit kleineren
Caps bis runter 22pF, so dass die Phalanx dann sauber puffern und
nachladen kann.
Das Layout wird entsprechend low-impedance ausgeführt.
Mir geht es mehr um die Frage nach der speziellen Kondensatorauswahl.
MLCC Caps machen ja durch Vibrationen Geräusche bei den hohen
Pulsen/Belastungen. Kann man die irgendwie reduzieren? Oder hilft da nur
größt mögliche Packages zu verwenden, so dass das "Zirpen" nicht im
hörbaren Bereich liegt?
Wenn ich einen 22uF X7R 25V im 1210 Package verwende, hat ein 22uF X7R
10V im 1210 Package prinzipiell dann bessere Eigenschaften hinsichtlich
der hohen Strompulse?
25V vs 10V im identischen Package - gibt es da im inneren Aufbau
Unterschiede, die positiv/negativ sein könnten?
Vielen Dank!
cap-sep schrieb:> MLCC Caps machen ja durch Vibrationen Geräusche bei> den hohen Pulsen/Belastungen.
Nein.
KerKos aus bestimmten Dielektrika machen Geräusche.
C0G nicht.
> ... 22uF X7R 25V im 1210 Package ...
Der Einfluss der Serienresonanz ist bekannt? Die liegt
schätzungsweise bei 1MHz oder noch niedriger. Faktor 100
zu niedrig für Deine Anwendung.
> Nenn mir mal einen Link auf einen 22µF / 25V COG ...
Hier ist Stückeln angesagt. Außerdem ist 22 µF/25 V ein auch nur aus der
Luft gegriffener Wert. Die Impulsfestigkeit könnte interessant sein.
Hallo zusammen,
Egon D. schrieb:> KerKos aus bestimmten Dielektrika machen Geräusche.> C0G nicht.
X7R oder X5R machen leider genau diese Geräusche.
Habe ich in einem ähnlichen Design leider schon "gehört" :(
C0G gibt es leider nicht in den nötigen Kapazitäten und hunderte 1206er
Caps zu stückeln ist am Ende auch wieder weniger sinnvoll.
Ich überlege daher, einen dicken Tantal (100-330uF) zu verwenden und
viele kleinere 1uF abwärts, die die kurzfristigen Pulse liefern und der
Tantal gemütlich nachladen kann. Vielleicht finde ich auch nochmal ein
Referenzdesign, wo man abschauen kann!
Egon D. schrieb:> Der Einfluss der Serienresonanz ist bekannt? Die liegt> schätzungsweise bei 1MHz oder noch niedriger. Faktor 100> zu niedrig für Deine Anwendung.
Nein, das ist mir aktuell kein Begriff.
Werde ich mal recherchieren... danke!
Flaschenwerfer schrieb:> ein auch nur aus der> Luft gegriffener Wert.
Arbeitest du im Weltraum das bei dir die KerKos "in der Luft" liegen?
Ne spass bei seite, Aber trotz allem sind Folienkondensatoren für dies
besser geeignet als KerKos.
Dies sieht man sehr deutlich in einem Dokument der UNI Bern.
Dort geht es allerdings um ein DC/DC Wandler.
Aber das Ergebniss ist das selbe. sie empfehlen dort:
Zitat aus dem Dokument:
1
Als Glättungskondensatoren wurden zunächst Low-ESR-Elektrolytkondensatoren ins Auge gefasst.
2
Unsere Untersuchungen zeigten jedoch, dass diese aufgrund ihres immer noch recht hohen
3
Seriewiderstands keine wirklich gute Spannungsglättung ermöglichen. Dies, weil die stark gepulsten
4
Spulenströme über dem Seriewiderstand der Kondensatoren einen sehr scharfkantigen
5
Spannungsripple erzeugen. Dieser führt nicht nur zu einem unschönen Ausgangssignal, sondern
6
erzeugt aufgrund seiner hohen Frequenzanteile auch starke elektromagnetische Störungen. Als
7
Alternative wurden die jetzt verwendeten DC-Link-Kondensatoren evaluiert. Genauer gesagt handelt
8
es sich dabei um 20μF-Polypropylen-Kondensatoren mit einem ESR von nur 5.5mΩ und einer
9
Resonanzfrequenz von fast 200kHz. Zwei solche Kondensatoren im Parallelbetrieb bewirken eine
10
bessere Glättung als ein Ultra-Low-ESR-Elektrolytkondensator mit einer Kapazität von 820μF. Dies
11
bei höherer Ripple-Strom-Belastbarkeit, ungleich längerer Lebensdauer und – man glaubt es kaum –
cap-sep schrieb:> X7R oder X5R machen leider genau diese Geräusche.> Habe ich in einem ähnlichen Design leider schon "gehört" :(
Das ist auch so, nennt sich Mikrophonie.
> Ich überlege daher, einen dicken Tantal (100-330uF) zu verwenden und> viele kleinere 1uF abwärts, die die kurzfristigen Pulse liefern und der
Was für Kurzfristige Pulse, wenn du 5-30ns Pulse hast? Die können nur
aus einer SEHR niederimpedanten, hochkapazitiven Quelle kommen, wenn dir
deine Spannung nicht sonstwie absacken soll. Und selbst wenn man etwas
bessere Tantals findet, wie weit kommen die runter? 1 Ohm
Innenwiderstand? 0,1Ohm?
C = I * t / dU = 15A * 30ns / 0,1V = 4,5uF
Klingt machbar. Selbst mit ollen 1206er mit 1uF. Das Layout ist für
sowas auch sehr wichtig, breite Masseflächen mit flächiger Anbindung der
Kondensatoren, möglichst ohne Wärmefallen. Der ohmsche Anteil sollte
R = U / I = 0,1V / 15A = 6,6mR
nicht überschreiten. Mal so als Abschätzung.
Bei MLCCs muss man halt genau hinschauen, welchen Typen man nutzt. Die
meisten, modernen, hochkapazitiven Typen verlieren bei Nennspannung sehr
viel ihrer Kapazität, die wir meistens bei 0V gemessen! Da gab es hier
vor einiger Zeit einen Artikel drüber.
Beitrag "MLCC-Deratierung – spannungsabhängiger Kapazitätsverlust, gemessen"Beitrag "MMLC Kondensatoren Bauform reduzieren"
Aber wo liegt das, Problem, wenn deine Kondensatoren ein wenig Musik
machen? Ist das sooo kritisch oder eher ein Luxusproblem?
>> Der Einfluss der Serienresonanz ist bekannt? Die liegt>> schätzungsweise bei 1MHz oder noch niedriger. Faktor 100>> zu niedrig für Deine Anwendung.>> Nein, das ist mir aktuell kein Begriff.> Werde ich mal recherchieren... danke!
Die Resonanzfrequenz ist nicht alles. Man kann Kondensatoren über ihrer
Resonanzfrequenz betreiben, wenn die Gesamtimpedanz noch ausreichend
niedrig ist. Hier irgendwelche 22pF zu verbauen ist Unsinn, so wie auch
bei vielen Entkopplungen von ICs. Entscheidend sind niederinduktive
Gehäuse (SMD) + gutes Layout. Ein 22pF Kondensator in 0603 hat nicht
nennenswert weniger Induktivität als ein 100nF in 0603. Damit sind die
22pF nutzlos.
Patrick L. schrieb:> Ne spass bei seite, Aber trotz allem sind Folienkondensatoren für dies> besser geeignet als KerKos.> Dies sieht man sehr deutlich in einem Dokument der UNI Bern.
Leseschwäche? Es wurden Low ESR Elkos mit Folienkondensatoren
verglichen, KEINE Keramikkondensatoren!
Falk B. schrieb:> Leseschwäche? Es wurden Low ESR Elkos mit Folienkondensatoren> verglichen, KEINE Keramikkondensatoren!
Nein aber es wird hier im Forum ja die ESR der KerKos genannt und die
sind höher (Im Schnitt zwischen 50mOhm~300mOhm als die der dort
genannten Kondensatoren mit 5.5mOhm.
Um dass geht es.
Ich habe nur den Text reinkopiert um den Zusammenhang von
ESR/Frequenz/Leistung zu zeigen.
Patrick L. schrieb:> Nein aber es wird hier im Forum ja die ESR der KerKos genannt und die> sind höher (Im Schnitt zwischen 50mOhm~300mOhm
Das wage ich zu bezweifeln.
Patrick L. schrieb:> Falk B. schrieb:>> Das wage ich zu bezweifeln.> Siehe Bild> Kerko ESR ist stark Frequenz /Puls abhängig je nach Dielektrikum.
Das Bild zeigt aber nicht den ESR!
H. H. schrieb:> Patrick L. schrieb:>> Falk B. schrieb:>>> Das wage ich zu bezweifeln.>> Siehe Bild>> Kerko ESR ist stark Frequenz /Puls abhängig je nach Dielektrikum.>> Das Bild zeigt aber nicht den ESR!
Ja wollte es grad Tauschen, hast aber wohl auf der Lauer gelegen ..LOL..
und grad gepostet dann ging's nicht mehr zum Korrigieren.
Es gibt schon absolut Low ESR hab grad eine Tabelle von TOP KerKos
gefunden.
Aber Kapazitäten sehr klein im Verhältnis.
Hänge nun diese Tabelle an.
Klar ich verwende auch fast immer KerKos kleiner Kapazitäten als
Blokkondensatoren, weil sie ein sehr gutes Abblocken von "Flöhen" der
IC's haben. aber dennoch empfihlt die Uni für solche leistungen was
schreibt der TO?
cap-sep schrieb:> Ich benötige so 5-30ns breite Pulse mit maximal 15A.
Da sind nun mal die PP Kondensatoren besser geeignet.
Das empfiehlt die UNI und ich denke die werden wohl nicht doof sein?
BILD Ultra LOW ESR KerKos
Falk B. schrieb:> Die Resonanzfrequenz ist nicht alles.
Richtig.
Sie ist aber ein nützlicher Anhaltspunkt.
> Man kann Kondensatoren über ihrer Resonanzfrequenz> betreiben, wenn die Gesamtimpedanz noch ausreichend> niedrig ist. Hier irgendwelche 22pF zu verbauen ist> Unsinn,
Wer redet von 22pF?
Die Diskussion geht eher um "1x 4.7µF Z5U" versus
"100x 47nF C0G" -- um das mal etwas überspitzt
darzustellen.
> Ein 22pF Kondensator in 0603 hat nicht nennenswert> weniger Induktivität als ein 100nF in 0603.
Richtig -- aber eine bedeutend höhere Spannungsfestigkeit.
Egon D. schrieb:>> Man kann Kondensatoren über ihrer Resonanzfrequenz>> betreiben, wenn die Gesamtimpedanz noch ausreichend>> niedrig ist. Hier irgendwelche 22pF zu verbauen ist>> Unsinn,>> Wer redet von 22pF?
Der OP.
"Die größeren Caps (22uF) werden nach unten hin ergänzt mit kleineren
Caps bis runter 22pF, so dass die Phalanx dann sauber puffern und
nachladen kann."
>> Ein 22pF Kondensator in 0603 hat nicht nennenswert>> weniger Induktivität als ein 100nF in 0603.>> Richtig -- aber eine bedeutend höhere Spannungsfestigkeit
Die hier aber gar nicht gefragt ist.
Falk B. schrieb:> Egon D. schrieb:> >>> Wer redet von 22pF?>> Der OP.>> "Die größeren Caps (22uF) werden nach unten hin ergänzt> mit kleineren Caps bis runter 22pF, so dass die Phalanx> dann sauber puffern und nachladen kann."
Stimmt. Hatte ich überlesen. Mea culpa.
>>> Ein 22pF Kondensator in 0603 hat nicht nennenswert>>> weniger Induktivität als ein 100nF in 0603.>>>> Richtig -- aber eine bedeutend höhere Spannungsfestigkeit>> Die hier aber gar nicht gefragt ist.
Und das weisst Du woher?
Ich finde im Startbeitrag jedenfalls keine Aussage zur
Spannung -- oder habe ich die etwa auch überlesen?
Höhere Spannungsfestigkeit bei identischen Baugröße
bedeutet auch dickere Schichten im MLCC; wenn die
Feldstärken im Betrieb nicht ganz so hoch sind,
mindert dies das Problmen der spannungsabhängigen
Kapazität etwas.
Meine Wahl fiele ebfs. auf Folkos. Es gibt auch hier Typen für
niedrigere Spannungen, wenn auch evtl. nicht von wirklich allen
Untertypen.
cap-sep schrieb:> Die größeren Caps (22uF) werden nach unten hin ergänzt mit kleineren> Caps bis runter 22pF, so dass die Phalanx dann sauber puffern und> nachladen kann.> Das Layout wird entsprechend low-impedance ausgeführt.
Geht wohl, allerdings kannst Du dann (um auch wirklich die "Schärfe"
der Pulse so gut es geht den kleineren anzulasten meine ich) die
kleineren näher an den Schaltknoten bringen, die größeren etwas
weiter weg (mit etwas mehr Leiterbahn-R&L dazwischen) - und die
kleineren müssen diese "Schärfe" auch aushalten können.
Persönlich würde ich von klein in Technik FKP (massive Alufolie)
über mittel in MKP (doppelt metallisierte Polypropylenfolie) zu
größer in etwas "schlechteren" Folienkondensatortechniken wie z.B.
MKT etc. gehen.
Bei den größeren kann ich (aus aktueller eigener Suche bekannt)
evtl. helfen:
https://oppermann-electronic.de/html/body_oktober_2011.html
z.B. FFB54 mit 110µF oder
https://oppermann-electronic.de/html/mkt.html
mehrere andere (hierbei halt evtl. doch noch auch zwei, drei
der größeren parallel - ich fand nur diesen einen FolKo mit so
hoher Kapazität dort).
Auch in der Bucht findet man so einiges, mit etwas Suche.
Hierfür reichte praktisch, die "etwas schlechteren" Folkos
mittels der sich in dieser Anordnung ja sowieso ergebenden
längeren Leiterbahnen (deren R&L) von den schärfsten Anteilen
an Oberwellen zu entkoppeln, dann müssen nicht alle FKP sein.
Die Verschaltungsart, Aufreihen mit nur einseitigem Anschluß,
ist das "Gegenteil" davon, wie oft z.B. für FolKo-Kondensator-
Bänke für Induktionsheizungen gemacht:
Dort nämlich kontaktiert man lauter -ebenfalls aufgereihte-
vollkommen identische Cs mittels Anschluß "links oben sowie
rechts unten"/oder umgekehrt, jdfs. diagonal. Um alle exakt
gleich zu belasten (weil so Leiterbahnstück "oben" plus LB-
Stück "unten", seriell liegend, jeweils gleich lang ist dann).
Das willst Du eben grade nicht in dem Fall.
Und zur Vermeidung eines möglichen Mißverständnisses:
Zwar wäre es Unsinn, von "low impedance" abzuweichen, um den
Effekt zu verstärken (jedenfalls hier), aber ihn auszunutzen
ist eben auch bei "low impedance" (breiten, möglichst kurzen
Verbindungen) möglich - eben wegen des "harten" Impulses. So
könnte man Nichtidealitäten sozusagen sinnvoll anwenden.
Die sind immerhin Größenordnungen unter den ESR+ESL Werten
von Elkos (egal welchen Typs) vergleichbarer Kapazität. Elkos
sind einfach kaum geeignet zum Puffern von ns Pulsen.
ahbehzeh schrieb:> Die Verschaltungsart, Aufreihen mit nur einseitigem Anschluß,> (...)> Elkos sind einfach kaum geeignet zum Puffern von ns Pulsen.
Gemeint ist: Nicht direkt am Schaltknoten als Puffer (Tantal als
Ersatz für singende Kerkos). Am "Ende" genannter Aufreihung also
neben z.B. dem 110µF kannst Du freilich bedenkenlos einen Low-
ESR Elko setzen - solltest Du wohl sogar, vor allem wenn die
Zuleitung von der Spannungsquelle (aka Versorgung) nicht sehr,
sehr kurz ist.
cap-sep schrieb:> Ich benötige so 5-30ns breite Pulse mit maximal 15A.>> Ich schalte viele Kapazitäten parallel, um die Impedanz zu reduzieren.
Und womit willst du diesen Strom schalten?
Bessere Impulsformen als mit einer Kondensatorentladung schafft man mit
Koaxkabeln als Energiespeicher.
Allerdings nur für eine definierte Impulsbreite.
5ns entsprechen etwa 105cm Kabel, und wenn man 10 der üblichen 50 Ohm
Kabel parallel schaltet, bekommt man einen Quellwiderstand von 5 Ohm.
Um einen 15A Impuls zu erzeugen reicht es dann die Kabel auf eine
Spannung von 75V über dem Spannungsbedarf der Laser&Schalterkombination
aufzuladen.
Aufpassen, dass die u.U. entstehende reflektierte Welle keinen Schaden
anrichtet!
Da der Laser wahrscheinlich niederohmiger als 5 Ohm ist, kommt die
reflektierte Welle am anderen Ende mit umgekehrter Polarität an und kann
dort mit Dioden und passenden Abschlusswiderständen verheizt werden.
Eine antiparallel zur LD liegende schnelle Schaltdiode ist aber auf
jeden Fall ratsam.
Ein kreativer Ansatz👍
Folienkondensatoren kann man in dem Frequenzbereich wegen ihrer großen
Induktivität vergessen, da bleibt nur SMD.
Frage ist auch, wie die Pulswiederholfrequenz ist? Ich hatte schon
dahinschmelzende Folis. Keramik leitet die Wärme besser an die
Leiterbahn ab.
Kann da überhaupt was singen? Könnte mir vorstellen, die Masse eines
1206 ist viel zu groß.
Abdul K. schrieb:> Kann da überhaupt was singen? Könnte mir vorstellen, die Masse eines> 1206 ist viel zu groß.
Schon mal eine Kirchenglocke aus der Nähe gesehen? Die können auch
"singen".
Und sind deutlich größer als ein 1206er SMD. ;-)
Abdul K. schrieb:> Folienkondensatoren kann man in dem Frequenzbereich wegen ihrer großen> Induktivität vergessen, da bleibt nur SMD.
Folie und SMD schließen sich natürlich nicht gegenseitig aus. Die Serien
ECHU, ECWU, ECPU von Panasonic sind induktionsarme Folienkondensatoren
in SMD-Bauweise.
https://industrial.panasonic.com/cdbs/www-data/pdf/RDI0000/ast-ind-152809.pdf
Man muss aber auch bei THT-Folienkondensatoren zwischen
Wickelkondensatoren und kantenmetallisieren, geschnittenen Kondensaoren
unterscheiden.
Folie erreicht aber nicht die Kapazitätsdichte heutiger Keramik.
Deswegen ist Keramik selbst bei gleicher Induktivität überlegen.
Folie ist nur noch für Spezialanwendungen interessant.
Abdul K. schrieb:> Folie ist nur noch für Spezialanwendungen interessant.
Da hast Du wohl grundsätzlich recht, nur:
> Folie erreicht aber nicht die Kapazitätsdichte heutiger Keramik.> Deswegen ist Keramik selbst bei gleicher Induktivität überlegen.
Allerdings dann logischerweise nicht bzgl. (ES)L, sondern "nur"
der Kompaktheit.
Denn schaltet man statt eines MLCC mit best. L eben 10 Folkos mit
angenommen selber L parallel, ist die resultierende L geringer.
(Natürlich habe ich Schlingel die höhere Leiterbahn-L beim doch
großflächigeren Aufbau für diese Argumentation mal unterschlagen
- mir geht es auch weniger darum, Dir zu widersprechen, als halt
einfach diesen bestimmten Punkt nochmal dar- bzw. klar-zulegen.)
Spaß beiseite:
cap-sep schrieb:> Ich überlege daher, einen dicken Tantal (100-330uF) zu verwenden und> viele kleinere 1uF abwärts, die die kurzfristigen Pulse liefern und der> Tantal gemütlich nachladen kann.
Sorry - ich hatte ganz genau diesen Absatz irgendwie nicht sauber
durchgelesen und/oder falsch gedeutet... das wirst Du vermutlich
eh gemerkt haben, da ich (bis auf eine Art "Verfeinerung" evtl.)
am Ende selbst von Elko(s) - an ebendieser Stelle - sprach.
cap-sep schrieb:> Ich benötige so 5-30ns breite Pulse mit maximal 15A.
Die Idee von Hp. M. ist schon kreativ und gut, ich frage mich nur,
wie hoch Deine Pulswiederholrate (auch Frequenz genannt) liegen
sollte, oder umgekehrt: Wie lange die Pulspause(n) sein sollte(n).
Kurz mal davon unabhängig, ob Koaxkabel, KerKos oder FolKos zum
Einsatz kommen wollten ... ist das optimale Konzept vermutlich
ja doch an diese Information gebunden.
Für häufige Wiederholungen / kurze Pausen (z.B. "10% Tastgrad" -
das wäre bzgl. "Pulserzeugung" ja gar nicht wenig) ist das schon
von Dir selbst eingeführte Konzept (erst recht niedrige jedoch
dann -aufgereiht halt- immer höhere C (+ Elko "am Schlußpunkt"))
sicher nicht das schlechteste.
(Nun, ich denke schon, daß mit weitestmöglich gekürzten Anschluß-
drähten eben auch ("gute") FolKos prinzipiell funktionierten -
aber natürlich auch KerKos, unter Beachtung des oben genannten.
Und typabhängig unterschiedlich, also wie immer helfen Blicke
in Datenblätter ungemein weiter - übrigens gibt es auch noch
nicht-MLCC-KerKos, die aus guten Gründen "früher" vielerlei HF-
(Leistungs-) Anwendungen dominierten.
Für ziemlich lange Pausen (dafür Hauptaugenmerk auf Pulsform...)
ist die Koaxkabel-Idee bestimmt kaum zu toppen, und zumindest
"nachladen" wäre in dem Fall vglw. gemütlich möglich / "sanft"
an Stromquelle mit Strom nicht höher als nötig, bei 75VDC dann
abschalten, ...
Wäre also auf jeden Fall gut zu wissen. Und auch diese Frage:
Hp M. schrieb:> Und womit willst du diesen Strom schalten?
stellte Hp M. sogar gleich aus mehreren Gründen. (Bspw. ergibt
sich aus der Art der Realisierung das von mir eben gerade noch
erfragte vielleicht und/oder fast von alleine...)
Oder Du hättest auch gleich den genauen Zweck verraten können
(könntest das noch immer) - auch daraus läßt sich meist vieles
ableiten, aber auch wenn mal nicht, würden mehr Infos doch eher
selten "schaden".
Interessant waere allenfalls womit die 15A fuer 5-30ns geschaltet
werden. Das halte ich auch fuer weniger trivial. Falls mit einem Fet,
muss der Treiber einiges Liefern. Fall mit einem Transistor, darf der
nicht gesaettigt werden, sonst wird das nichts.
