Características de polarização CC de capacitores MLCC

Ao projetar circuitos de fontes de alimentação chaveadas, normalmente calculamos a ondulação de saída usando a seguinte fórmula:

Se o capacitor utilizado for um MLCC (Capacitor Cerâmico Multicamadas), sua ESR (Resistência Série Equivalente) é desprezível devido ao seu valor muito baixo. Portanto, com base na tensão de entrada/saída, na frequência de comutação e na ondulação desejada, a capacitância pode ser calculada utilizando a seguinte fórmula:

No entanto, o valor da capacitância calculado usando a fórmula acima resultou em uma ondulação de saída maior durante os testes reais. Por quê? Isso ocorre porque os capacitores MLCC (capacitores cerâmicos multicamadas) têm uma característica de polarização CC: aplicar uma tensão CC ao capacitor reduz sua capacitância.

A Figura 1 abaixo mostra a característica de polarização CC do capacitor de 22uF/10V da Murata.

Figura 1

Como se pode observar, quando uma tensão CC de 5V é aplicada ao capacitor, sua capacitância é reduzida para aproximadamente 50% do seu valor inicial. A característica de polarização CC dos capacitores MLCC é muito pronunciada; quanto maior a capacitância, mais rapidamente ela diminui com o aumento da tensão, o que deve ser considerado no projeto do circuito. Geralmente, as características de polarização CC dos capacitores MLCC apresentam as seguintes características:

① Quanto maior a capacitância, mais pronunciada será a característica de polarização; a capacitância diminui mais com o aumento da tensão.

② Para capacitores com a mesma capacitância, mas com diferentes classificações de tensão, a capacitância diminui aproximadamente da mesma forma sob a mesma tensão (não existe capacitor com uma classificação de tensão alta que diminua menos).

③ Para capacitores com a mesma capacitância e tensão nominal, quanto maior o encapsulamento, mais lentamente a capacitância diminui.

A degradação da capacitância dos MLCCs é uma realidade objetiva. O projeto deve ser baseado na capacitância sob a tensão de polarização real, e não na capacitância nominal. Por exemplo, se um circuito requer um capacitor de 10 µF e um MLCC do tipo X7R (classificado para 10 V) é selecionado, com uma tensão de polarização real de 5 V (ponto em que a capacitância decai em aproximadamente 50%), então dois capacitores com capacitância nominal de 10 µF devem ser conectados em paralelo para garantir que a capacitância real atenda ao requisito.

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