EON_634

EON EWS n . 634 - OTTOBRE 2019 27 due condensatori KO-CAP diventa decisamente inte- ressante. In ogni condensatore al tantalio, lo strato dielettrico è molto sottile, con valori tipici dell’ordine di 20 nm. Uno spessore molto fine, se da un lato ha un effet- to positivo sulla capacità, dall’altro limita la tensione. Un condensatore KO-CAP “ad alta tensione” di solito non va oltre a valori di 35 V. In linea generale, se la tensione di funzionamen- to dell’applicazione consi- derata è superiore a 50 V, KO-CAP non è l’opzione più adatta. L’ESR è un altro importan- te parametro da tenere in considerazione in quan- to i condensatori cerami- ci sono caratterizzati da una ESR inferiore rispetto a condensatori KO-CAP equivalenti. Ciò non vuol dire che non esistono con- densatori KO-CAP con valori di ESR molto bas- si, anche di soli 8 mOhm, ma un valore tipico di 10 mOhm è il limite inferiore consigliato. Nel momento in cui si considerano le ca- ratteristiche di frequenza dei condensatori KO-CAP, l’attenzione deve essere focalizzata sulla frequenza di auto-risonanza. I pro- gettisti, solitamente, fanno funzionare i condensatori al disotto di questo valore. In linea generale si può af- fermare che per frequenze di commutazione superiori a 1 MHz non è consigliato l’uso di condensatori KO- CAP. Un ulteriore aspetto da te- nere in considerazione nel momento in cui si valuta un’alternativa ai conden- satori MLCC è la pola- rizzazione. Poiché i con- densatori KO-CAP sono dispositivi polari, non sono in grado di supportare una polarizzazione inversa, ra- gion per cui non possono essere posizionati e utiliz- zati laddove sia consentita, o perlomeno tollerata, la polarizzazione inversa. Un esempio pratico Una volta analizzati i pa- rametri principali da pren- dere in considerazione, un esempio pratico può servire a chiarire meglio i concetti appena espo- sti: in questo caso si uti- lizzerà il regolatore buck TSP54560B-Q1 di Texas Instruments . Lo schema circuitale è riportato in fi- gura 2. Nell’ipotesi che non siano disponibili condensatori MLCC, utilizzando le linee guida per la sostituzione delineate in precedenza, si arriva alle seguenti conclu- sioni: Condensatori in ingresso… C1, C2, C3 e C10 sono condensatori d’ingresso. Si tratta di condensatori da 2,2 uF da 50 V con dielet- trici X7R in formato 1.206. Anche se non esistono so- stituti diretti per i conden- satori ceramici, è possibile ottenere la capacità richie- sta (8,8 uF) utilizzando un condensatore KO-CAP da 10 uF da 35 V al posto dei 4 condensatori ceramici. Il valore di capacità del con- densatore KO-CAP, anche se superiore, rientra nei limiti specificati per questo regolatore. ESR, correnti di perdita e frequenza non rappresentano un proble- ma per i condensatori in ingresso, purché l’ingresso non sia la tensione diretta della batteria. Per eseguire un confronto diretto è pos- sibile utilizzare un tool di simulazione come K-SIM di KEMET. Dal punto di vista dei costi, la sostitu- zione di quattro condensa- tori MLCC con un singolo dispositivo comporta una significativa riduzione. … e in uscita In uscita sono presenti i condensatori C6, C7, C9 e C11: si tratta di dispositivi con capacità di 22uF da 10 V con dielettrico X7R in package 1206. In questo caso è possibile procedere a una sostituzione diret- ta con un dispositivo KO- CAP: anche se si tratta di un condensatore da 6,3 V, questo valore è superiore al range di tensione di usci- ta. In questo caso, l’ESR del condensatore KO-CAP è maggiore rispetto a quel- lo degli equivalenti cerami- ci, ma in ogni caso rientra all’interno dei limiti imposti dalle specifiche di proget- to. La frequenza di commu- tazione el circuito è di 300 kHz e l’SRF del dispositivo proposto in sostituzione è attorno a 1 MHz, un valore accettabile. Per quel che concerne i costi, si possono fare con- siderazioni simili a quelle relative al lato di ingresso: in questo caso il risparmio si attesta intorno al 50%. Nello schema circuitale di figura 2 sono presenti an- che i condensatori C4, C5 e C8 utilizzati per far fun- zionare il dispositivo. Anche se per questi esi- stono valide alternative, in termini sia di dimensioni fisiche sia di capacità, per condensatori di questo tipo non sussistono problemi di approvvigionamento. In questo esempio non è sta- ta presa in considerazione la corrente di perdita per- ché questo parametro può dar luogo a problemi solo nel caso di sistemi che pre- vedono batterie fisse non ricaricabili. In definitiva, il reperimento di sostituti di- retti per ovviare alla penu- ria di condensatori MLCC è senza dubbio possibile, anche se un’alternativa più valida è rappresentata dal- la sostituzione di un banco di condensatori con un nu- mero inferiore di conden- satori KO-CAP. Talvolta un’analisi del problema potrebbe evi- denziare l’impossibilità di procedere a una sostitu- zione, ma nel momento in cui sorgono problemi di disponibilità, è utile consi- derare altre alternative che potrebbe portare a una so- luzione che non solo è in grado di risolvere il proble- ma, ma anche di generare vantaggi di altro tipo. Fig. 2 – Schema applicativo di un regolatore buck che richiede l’uso di condensatori MLCC T ECNOLOGIE