Tụ điện màng mỏng được biết đến với tính ổn định, đặc tính tổn hao thấp và hiệu ứng áp điện không đáng kể, đặc biệt trong các ứng dụng mô phỏng tần số cao và độ chính xác cao. Tuy nhiên, tụ gốm nhiều lớp điện áp cao (MLCC) hiện có thể cạnh tranh hoặc vượt qua tụ điện màng mỏng trong các lĩnh vực chính như ổn định nhiệt độ, đáp ứng tần số và xử lý điện áp. Do bao bì gắn trên bề mặt nhỏ hơn, MLCC ngày càng trở thành lựa chọn tốt hơn cho nhiều ứng dụng hiện đại, đặc biệt là trong các ứng dụng mà tiết kiệm không gian là yếu tố thiết kế chính được cân nhắc.
MLCC với chất điện môi Loại 1 được sản xuất theo tiêu chuẩn IEC C0G đang làm xói mòn các lĩnh vực ứng dụng thường được sử dụng bởi tụ điện màng mỏng, đặc biệt là trong các mạch cộng hưởng hoặc thiết bị điện tử ô tô nơi kích thước và độ chính xác là rất quan trọng. C0G đại diện cho chất điện môi gốm có hệ số nhiệt độ 0 ± 30 ppm/° C trong khoảng từ -55 ° C đến +125 ° C và tương đương với chức năng tiêu chuẩn số 0 âm dương (NP0) của Liên minh Công nghiệp Điện tử.
Kyocera AVX cung cấp C0G MLCC, cung cấp một lựa chọn hấp dẫn cho các thiết kế yêu cầu tụ điện cực kỳ ổn định với sự thay đổi nhiệt độ, điện áp và thời gian tối thiểu. Loại tụ điện này phù hợp với các mạch trong đó khả năng dự đoán thành phần là rất quan trọng, chẳng hạn như định thời, lọc, phối hợp trở kháng hoặc các bộ phận cộng hưởng của thiết kế RF.
Ưu điểm của MLCC so với tụ điện màng mỏng
Tụ điện sử dụng màng nhựa hoặc polyme làm chất điện môi có điện áp định mức tuyệt vời, tổn hao thấp và điện dung rất ổn định trong phạm vi nhiệt độ, nhưng thường lớn hơn và nặng hơn các MLCC C0G tương đương.
Nhu cầu về tụ điện C0G MLCC trên thị trường đang tăng cao để đáp ứng nhu cầu của điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính xách tay, thiết bị đeo cũng như xe điện (EV), hệ thống hỗ trợ người lái tiên tiến (ADAS) và hệ thống thông tin giải trí. Các lĩnh vực ứng dụng chính khác của tụ điện như vậy bao gồm hàng không vũ trụ và quốc phòng, viễn thông và điện tử công nghiệp, trong đó độ ổn định của tụ điện là rất quan trọng để điều khiển và đo lường chính xác.
MLCC C0G điện áp cao hiện đại có độ ổn định nhiệt độ tuyệt vời và thay đổi điện dung tối thiểu trong phạm vi nhiệt độ rộng. Điều này ổn định hơn nhiều so với MLCC Loại 2 (chẳng hạn như X7R) và có thể sánh ngang hoặc vượt trội hơn nhiều tụ điện màng mỏng (Hình 1).
Hình 1: Tụ điện C0G ổn định hơn các chất điện môi khác trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ. (Nguồn ảnh: Kyocera AVX)
C0G MLCC có điện trở nối tiếp tương đương (ESR) và độ tự cảm nối tiếp tương đương (ESI) cực thấp, có thể cải thiện đáng kể hiệu suất, khả năng tản nhiệt, tiếng ồn và độ ổn định trong điện tử công suất, mạch RF và hệ thống kỹ thuật số tốc độ cao hiện đại. Ngoài ra, theo hệ số chất lượng cao (Q), hiệu suất của các tụ điện này cao hơn.
C0G MLCC đang ngày càng trở nên phổ biến trong các lĩnh vực mà độ chính xác và độ tin cậy là rất quan trọng vì nó có thể duy trì hiệu suất điện ổn định và nhất quán theo thời gian và dưới áp lực môi trường như biến động nhiệt độ, độ ẩm và độ lệch điện áp.
Kyocera thu hẹp khoảng cách giữa MLCC và các sản phẩm khác
Trong một số ứng dụng, dòng điện đạt cực đại nhanh có thể tạo ra nhiệt lượng cực cao, khiến chất điện môi của tụ điện màng mỏng mềm ra và tan chảy. Điều này sẽ làm giảm khả năng tản nhiệt của tụ điện thông qua bức xạ hồng ngoại và làm tăng tốc độ lỗi nhiệt.
Kyocera và các nhà sản xuất khác đã thu hẹp đáng kể khoảng cách giữa MLCC và tụ điện màng mỏng về hiệu suất, đồng thời vượt qua chúng về kích thước, tiềm năng tích hợp và độ tin cậy trong điều kiện lắp ráp tự động.
C0G MLCC của Kyocera có thể thay thế tụ điện màng mỏng và phù hợp với nhiều thiết kế ưu tiên kích thước, trọng lượng và lắp ráp tự động, chẳng hạn như bộ chuyển đổi DC-DC, trong bộ sạc ô tô (OBC) và chuỗi tín hiệu chính xác trong ô tô hoặc các sản phẩm điện tử công nghiệp. Nhờ điện áp định mức cao và độ tin cậy cấp ô tô (AEC-Q200), C0G MLCC đã trở thành giải pháp thay thế được ưa chuộng để đạt được điện dung và điện áp cao hơn trong các thiết kế hệ thống nhỏ hơn, mạnh mẽ hơn và có thể mở rộng.
Trước đây, các nhà thiết kế sản phẩm có thể đã chọn tụ điện màng mỏng cho bộ chuyển đổi DC-DC và OBC vì những tụ điện này có điện áp định mức cao, tổn thất thấp và đặc tính tự phục hồi mạnh mẽ. Kyocera C0G MLCC có thể đạt được hiệu suất điện ổn định cao trong điều kiện vận hành ô tô, thích ứng với thiết kế nhỏ gọn với kích thước và trọng lượng nhỏ hơn, đồng thời cải thiện hiệu suất thông qua tổn thất thấp, do đó thay thế tụ điện màng mỏng trong EV OBC.
Gốm C0G hiện là một trong những chất điện môi tụ điện ổn định nhất, có thể hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng mà không bị lão hóa. Do đó, vật liệu này đặc biệt thích hợp cho các thiết bị điện tử công suất trong xe điện hiện đại vốn chú trọng đến độ tin cậy, thu nhỏ và tối ưu hóa hiệu suất.
Dòng MLCC ô tô KAM của Kyocera AVX bao gồm nhiều tụ điện khác nhau, có thể thay đổi tùy theo vật liệu điện môi, dải điện dung, điện áp định mức, kích thước vỏ và các yếu tố khác. C0G KAM MLCC của công ty đặc biệt đáng chú ý trong các ứng dụng ô tô đòi hỏi điện dung ổn định và tổn thất thấp, chẳng hạn như đèn LED, cảm biến, mạch âm thanh, v.v. GPS, mô-đun điều khiển an toàn và màn hình cảm ứng, nhưng những tụ điện này cũng phù hợp cho các ứng dụng không phải ô tô như hệ thống điện công nghiệp và năng lượng tái tạo.
Ví dụ, Kyocera AVX KAM32LCG2J333 JU (Hình 2) có độ ổn định tuyệt vời, với sự thay đổi tối thiểu về điện dung theo nhiệt độ, điện áp và thời gian. MLCC này tuân thủ tiêu chuẩn ô tô AEC-Q200, có điện dung 0,033 µF và điện áp định mức 630 V, phù hợp với môi trường điện áp cao thường thấy trong hệ thống xe điện. Kích thước của nó là dài 0,126 inch x rộng 0,098 inch (3,20 mm x 2,50 mm) và cao 0,110 inch (2,80 mm).