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Probleme mit „Acoustic Noise“ oder „DC-Bias“?

06.11.2013  Passive Bauelemente   MURATA

MURATA bietet diverse MLCC-Lösungen mit reduzierter Geräuschentwicklung an.

Bei bestimmten Applikationen, wie zB im Consumer- und Lichttechnikbereich, ist das durch mechanische Vibrationen von Keramikkondensatoren entstehende Brummen störend. MURATA bietet für diese Fälle diverse MLCC-Lösungen mit reduzierter Geräuschentwicklung an, die jeweils nur in einem bestimmten Spannungs- und Kapazitätsbereich verfügbar sind.

Durch den Einsatz eines speziellen Keramikmaterials mit geringerer Dielektrizitätskonstante wird mit der Serie GJ8 eine gewisse Dämpfung erreicht, wie in Grafik 1 ersichtlich.

Als positiven Nebeneffekt bieten diese Kondensatoren auch eine höhere effektive Kapazität, da dieses Keramikmaterial eine verbesserte DC-Bias Charakteristik mit sich bringt.

Übersicht GJ8
Spannungsbereich: 6.3V ~ 50V
Kapazitätsbereich: 1µF ~ 22µF
Bauformen:  0603 ~ 1210
Keramiken:  X5R, X6S, X7R

Als eine neue Technologie zur Dämpfung des „Brummens“, speziell für kleinere Bauformen, hat MURATA die Serie ZRA vorgestellt. Da die Leiterplatte den vom Kondensator erzeugten Schall durch ihre Resonanzwirkung verstärken kann, nutzt man ein Interposer-Substrat, eine Art PCB, um den MLCC mechanisch von der Platine zu entkoppeln. Dadurch wird eine signifikante Reduktion der akustischen Geräuschentwicklung gegenüber Standardversionen erreicht. Das Interposer-Substrat ist etwa in der Größe der jeweiligen Bauform ausgeführt.

Übersicht ZRA
Spannungsbereich: 4V ~ 50V
Kapazitätsbereich: 1µF ~ 47µF
Bauformen:  0604 ~ 0906
Keramiken:  X5R, X6S, X7R, X7S, X7T

Derzeit noch in Entwicklung befindet sich eine neue Version dieser Technologie (Serie ZRB), bei der die Abmessungen des Interposer-Substrats so weit verringert wurden, dass die Grundfläche der Bauelemente denjenigen von konventionellen MLCCs entsprechen. Damit wird ein einfacherer Austausch GRM -> ZRB ermöglicht, ohne das Leiterplatten-Layout anpassen zu müssen. Das Dämpfungsverhalten entspricht dabei dem des ZRA.

Erster realisierter Wert ist 22µF/6.3V/0603/X5R. Diesem soll, neben der gleichen Type mit 10V, die nächst kleinere Bauform 0402 mit 4.7µF (6.3V, 10V) und 10uF (6.3V) folgen (alle X5R-Keramik).

Mit als Metallbügel ausgeführten Anschlüssen bietet MURATA eine weitere Möglichkeit an, um die Übertragung von Vibrationen auf die Leiterplatte zu reduzieren.

Durch diese spezielle Konstruktion wird zusätzlich die mechanische Beanspruchung der Anschlüsse absorbiert.

KRM (standard):
Spannungsbereich: 6.3V ~ 1kV
Kapazitätsbereich: 68nF ~ 47µF
Bauformen: 0805 ~ 2220
Keramiken: X5R, X6S, X7R


KCM (automotive):
Spannungsbereich: 25V ~ 100V
Kapazitätsbereich: 4.7µF ~ 47µF
Bauform 2220
Keramik X7R

KR8 (=GJ8 mit Metallbügel-Konstruktion):
25V, 10µF, 1206, X5R

Eine weitere Auswirkung durch die Eigenschaften von keramischen Materialien ist der Kapazitätsverlust bei angelegter Spannung, bekannt als DC-Bias.

Da mit steigender Spannung die effektive Kapazität stark sinkt, wird der benötigte Kondensator oft zu groß bzw. ist ein erforderlicher Kapazitätswert nicht realisierbar.

In einem Spannungsbereich von 250V ~ 630V schafft Murata Abhilfe mit der Type GR3, bei dem eine spezielle Keramik „X7T“ verwendet wird.

Neben der Standardversion GR3 wird eine Ausführung für Automotive-Anwendungen (GC3) angeboten. Mit der oben bereits erwähnten Metallbügelkonstruktion sind die Typen KR3 (standard) bzw. KC3 (automotive) verfügbar.

Übersicht über alle verfügbaren Typen und Werte:
Serie       Spannung          Kapazität                 Bauform
GR3       250 ~ 630V       10nF ~ 1µF             0805 ~ 2220

GC3       250 ~ 630V       10nF ~ 1µF             0805 ~ 2220

KR3       250 ~ 630V       100nF ~ 2.2µF               2220

KC3       250 ~ 630V       100nF ~ 2.2µF               2220


Zusätzliche positive Eigenschaft der X7T-Keramik ist eine Reduktion des anfangs beschriebenen „Brummens“.

Für weitere Informationen kontaktieren Sie mich gerne!

Imp_02_2013_P07_Murata_low_acoustic_noise_DC-bias_RTR4_Grafik1_Acoustic_Noise_GJ8.PNG
Grafik 1
Imp_02_2013_P07_Murata_low_acoustic_noise_DC-bias_RTR4_Grafik2_DC-Bias_GJ8_01.PNG
Grafik 2
Imp_02_2013_P07_Murata_low_acoustic_noise_DC-bias_RTR4_Grafik3_ZRA_structure.PNG
Grafik 3
Imp_02_2013_P07_Murata_low_acoustic_noise_DC-bias_RTR4_Grafik4_ZRA_graph.PNG
Grafik 4
Imp_02_2013_P07_Murata_low_acoustic_noise_DC-bias_RTR4_Grafik5_ZRB_Zeichnung_Abm.PNG
Grafik 5
Imp_02_2013_P07_Murata_low_acoustic_noise_DC-bias_RTR4_Grafik6.PNG
Grafik 6
Imp_02_2013_P07_Murata_low_acoustic_noise_DC-bias_RTR4_Grafik7_DC-Bias_GR3.PNG
Grafik 7

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