ProduktNeueste Informationen: Technische Themen

Merkmale and applikationen polymer dünnschicht kondensator "PMLCAP"

Printing is from here 

PML CAP

Der Polymer Multi-Layer Kondensator (PML CAP) ist ein SMD Kondensator mit einer großen Anzahl von Metalldampf-Polymer Lagen welche durch Metallablagerungen am Polymerfilm miteinander verbunden werden.
Der PML CAP wurde basierend auf Rubycons patentierter Vakuum Technologie entwickelt und ermöglicht eine drastische Miniaturisierung im Vergleich zu herkömmlichen Filmkondensatoren.

MERKMALE

Aufbau und Ersatzschaltbild

Die primäre Ansicht und Konstruktion des PML CAP sind in den Bild 1 und Fig. 1 dargestellt.
Das Äquivalent Ersatzschaltbild ist in Fig. 2 dargestellt wobei “Rd” und “Cd” die dielektrische Absorption darstellen welche in den meisten Applikationen vernachlässigt werden kann.

PMLCAP
Foto 1 Ansicht PML CAP (Einheit: mm)

Aufbau des PML CAP
Bild 1 Aufbau des PML CAP

elektrisches Ersatzschaltbild
Bild 2 elektrisches Ersatzschaltbild

Aufgrund der dünnen Filmschicht welche durch eine spezielle Vakuumtechnologie ermöglicht wird ist die Größe des PML CAP um einen Faktor 10 kleiner als herkömmliche Filmkondensatoren.

Elektrische Spezifikation

Die Spezifikation des PML CAP ist der Tabelle 1, der Vergleich mit anderen SMD Kondensator Technologien Tabelle 2 zu entnehmen.
Die elektrischen Eigenschaften entsprechen denen von Polyester Filmkondensatoren.
Der PML CAP weist zahlreiche Vorteile gegenüber Multi-Layer Keramik Kondensatoren (MLCC) auf, wie z.B. geringes Rauschen, geringere dielektrische Verluste und kein DC-Bias da PMLCAP keinerlei piezoelektrische Effekte aufweist.

Tabelle 1 Spezifikation des PML CAP
Spezifikation des PML CAP

Tabelle 2 Vergleichstabelle PML CAP vs. SMD Kondensatoren
Vergleichstabelle PML CAP vs. SMD Kondensatoren

Temperaturbeständigkeit

PML CAP verwendet ein spezielles Harz als Dielektrikum welches erst ab über 300ºC thermisches Gewicht verliert und dadurch extreme geeignet für hohe Temperaturen ist.

ELEKTRISCHE SPEZIFKATION

Die elektrische Charakteristik des PML CAP im Vergleich mit Keramikkondensatoren.

Impedanz – Frequenz Verhalten

Bild 3 zeigt das Verhalten von Impedanz und elektrischem Serienwiderstand (ESR) über der Frequenz.

Impedance/ESR vs. Frequency
Bild 3 Impedanz/ESR über Frequenz

PML CAP hat sehr kleine ESR sowie ESL Werte und ist damit mit MLCCs vergleichbar.

DC-Bias Charakteristik

DC-Bias ist wichtig für Durchführungs- sowie Koppelkondensatoren. Bild 4 zeigt dass PML CAP keine von DC-Spannung abhängige Kapazitätsänderung aufweisen da es keinerlei piezoelektrische Effekte gibt. Dies ist ein wesentlicher Unterschied und Vorteil gegenüber MLCCs. Beispiel: Ein MLCC mit 50V Nennspannung ist zwar, bei gleicher Kapazität, im kleineren Gehäuse als ein PMLCAP verfügbar, aber um bei z.B. 25V mit der gleichen Kapazität wie der eines PMLCAP zu arbeiten müsste man einen entsprechenden MLCC in größerer Bauform wählen.

Capacitance vs. DC Bias Voltage
Bild 4 Kapazität vs. DC Bias Spannung

Temperatur Charakteristik

Das Temperaturverhalten welches für Eingangs- und Filterkondensatoren wichtig ist wird in Bild 5 von -55ºC bis +125ºC dargestellt.

Kapazität über Temperatur
Bild 5 Kapazität über Temperatur

Rauschunterdrückung

Die Rauschcharakteristik, z.B. essentiell für viele geräuschempfindliche Anwendungen (z.B. Audio, …) ist in Bild 6 (a) & Bild 6 (b) dargestellt. Gezeigt wird das Rauschen bei 1.4kHz und 3Vpeak. Der Unterschied zwischen PML CAP und MLCC beträgt -20dB, was wiederum bedeutet dass der PML CAP eine um das 10-fache bessere Performance als MLCCs aufweist.
Bild 6 (b) zeigt das Rauschverhalten wenn der Kondensator in der Anwendung einer LCD Hintergrundbeleuchtung verwendet wird. Das Rauschen eines MLCC beginnt ab 1kHz dramatisch aufgrund des piezoelektrischen Effekts anzusteigen. Das Rauschen der PML CAPs ist eindeutig niedriger und speziell bei höheren, von Menschen hörbaren Frequenzen, im Bereich von 1kHz bis 10kHz ist diese Performance wünschenswert.

Rauschen bei 1.4kHz und 3Vp
Bild 6 (a) Rauschen bei 1.4kHz und 3Vp

Howling-frequency Characteristic on LCD Backlight Circuit
Bild 6 (b) Rauschverhalten bei LCD Hintergrundbeleuchtungs-Anwendungen

Dielektrische Absorption

Dielektrische Absorption entsteht durch verlangsamte Polarisierung des Dielektrikums. Bild 7 zeigt die dielektrische Absorption im Vergleich PML CAP zu MLCC. Die dargestellten Werte entsprechen den größten Messwerten, unabhängig von der Zeit, wobei der JIS Standard eine Messung nach 5 Minuten definiert.

Dielektrische Absorption
Bild 7 Dielektrische Absorption

Die dielektrische Absorption des PML CAP entspricht dem Verhalten nach Polyester Filmkondensatoren wobei diese Technologie den der MLCCs überlegen sind.
Ohne Berücksichtigung der Baugröße weisen einzig PP Filmkondensatoren ein etwas besseres Verhalten auf. Allerdings bietet einzig der PML CAP gleichzeitig eine miniaturisierte Bauform an.

Selbstheilung

Im Falle einer Überspannung am PML CAP wird die Isolierung durch einen Selbstheilungsprozess automatisch wiederhergestellt. Dies geschieht durch Hitze aufgrund von verstärkten Stromflusses und folgende Oxydation, Wiederherstellung der Metallschicht. Die Eignung zur Selbstheilung ist höher bei Kondensatoren desto geringer der aufgetragene Film und desto höher der Ablagerungswiderstand ist. Dies macht den PMLCAP zu einem extrem sicheren Produkt.
Foto 2 zeigt das Ergebnis der Selbstheilung eines PML CAP nach einem herbeigeführten internen Kurzschluss. Foto 2 (a) zeigt die Impulsverlaufsform (186Vpeak für 1ms). Foto 2 (b) stellt den Spannungsverlauf zwischen den beiden PMLCAP Terminals dar, wobei der Impuls über einen 2Ωzugeführt wird. Dabei kann der Selbstheileffekt beobachtet werden.
Nach einem Kurzschluss sollte der Kondensator dennoch alsbald ersetzt werden da der Isolationswiderstand nach der Selbstheilung kleiner als der Originalwert ist.

Selbstheilungen nach Überspannungsimpuls
Foto 2 Selbstheilungen nach Überspannungsimpuls

Wechselstrombelastbarkeit

Bild 8 zeigt Beispiele vom zugelassenen Rippelstrom für PMLCAPs

Allowable Ripple Current for PML CAP
Bild 8 zugelassener Wechselstrom des PML CAP

Charakteristik des niedrigen Leckstroms

Das von PMLCAP verwendetet Dünnschicht Plastikfilm Dielektrikum weist im Vergleich zu sämtlichen anderen Technologien extrem niedrige Leckströme auf.
Siehe Vergleich Bild 9 (16v 22uF)

Comparison of leakage current
Fig. 9 Comparison of leakage current

TYPISCHE APPLIKATIONEN

Typische Applikationen für den PML CAP umfassen akustische Anwendungen zur Verwirklichung von höchster musikalischen Qualität, Durchführungskondensatoren für Stromversorgungen, Anwendungen mit Bedarf an Rauschunterdrückung sowie PLL (Phase Lock Loop) aufgrund der geringen dielektrischen Absorption sowie für Energiespeichersysteme aufgrund des niedrigen Leckstroms.

Audio Anwendungen

Bild 10 zeigt ein Beispiel eines Class-D Verstärkers. Der PML CAP wird hierbei als DC-Koppelkondensator und im Ausgangsfilter eingesetzt. Die Qualität der Musikwiedergabe speziell im mittleren und hohen Frequenzbereich wird dadurch deutlich verbessert. Die Verwendung des PML CAP im Ausgangsfilter hilft die Filtereigenschaften zu stabilisieren da die Kapazitätsänderung sehr gering ausfällt.

Applikationsbeispiel: Class D Verstärker
Bild 10 Applikationsbeispiel: Class D Verstärker

Die Ergebnisse von THD+N (Total Harmonic Distortion + Noise) wurden mit einem gängigen Class-D Verstärker gemessen und sind in Bild 11 dargestellt.
Der PML CAP 35V 1μF (3.2x2.5x1.4mm) sowie MLCC 50V 1μF (X7R, 3.2x2.5x1.8mm) wurden alternativ zum originalen PP Filmkondensator (630V 0.47μF, 17.5x18.0x9.0mm) für diese Messungen eingebaut

THD+N eines Film Kondensators
Bild 11 (a) THD+N eines Film Kondensators

THD+N des PML CAP
Bild 11 (b) THD+N des PML CAP

THD+N eines MLCC
Bild 11 (c) THD+N eines MLCC

Die Ergebnisse belegen dass PML CAPs mit Filmkondensatoren vergleichbar und deutlich besser als MLCCs arbeiten.

Treiber für LED Hintergrundbeleuchtung

Aufgrund des Dünnfilm-Dielektrikums des PML CAP und der nicht vorhandenen piezoelektrischen Effekte erreicht der PMLCAP eine extreme Rauschunterdrückung im Vergleich zu MLCCs. Diese Eigenschaft ist ideal für Durchführungskondensatoren von Stromversorgungen mit hoher Wechselstrombelastbarkeit geeignet.
Bild 12 zeigt PML CAPs in einem DC-DC Konverter für LED Hintergrundbeleuchtungen Da diese Anwendungen PWM (Pulse Weiten Modulation) im hörbaren Frequenzbereich verwenden, erzeugen MLCC ein unangenehmes, ungewünschtes Rauschen welches es zu vermeiden gilt.
Bild 12 zeigt einen Boost Konverter wobei der PML CAP als Durchführungskondensator für den Eingang und Ausgang verwendet wird.

Treiber für eine LED Hintergrundbeleuchtung (Ein- Ausgangskondensator)
Bild 12 Treiber für eine LED Hintergrundbeleuchtung (Ein- Ausgangskondensator)

Filter für PLL (Phasenregelkreis)

Bild13 zeigt eine typische PLL Applikation. Der PML CAP reduziert die “Lockup Time” (Frequenz Wechselzeit) drastisch aufgrund der niedrigen dielektrischen Absorption im Vergleich zu MLCCs.

PLL Synthesizer
Bild 13 PLL Synthesizer

Energie Speicherung

PMLCAP besticht durch extreme niedrige Leckströme, kleine Bauformen sowie größerer Kapazität im Vergleich zu konventionellen Film Kondensatoren.
Aufgrund dieser Performance ist der PMLCAP ideal geeignet für Energy-Harvesting Anwendungen welche bereits die geringsten Mengen an Energien speichern um keine Energie ungenutzt zu lassen (Fig. 14)

Energy Harvesting system
Fig.14 Energy Harvesting system


Dieses Dokument wurde modifiziert und entspricht dem Artikel aus Transistor Technology Vol. 8, 2010 (CQ Publishing Co., Ltd.)

Page top

1938-1, Nishi-Minowa Ina City, Nagano 399-4593 Japan TEL:0265-72-7111 FAX:0265-73-2914