Condensateur
Guide des condensateurs
Technical Report Evolving Capacitors - Multilayer Ceramic Capacitors - Part 1 Trend (part 2/2)
Cet article est la suite de "Évolution des condensateurs : Condensateurs céramiques multicouches, Partie 1 Tendance (partie 1/2)".
Veuillez lire d'abord la "partie 1/2" pour avoir une vue d'ensemble.
Les applications de découplage représentent 70 % du marché
Comme mentionné ci-dessus, les condensateurs céramiques multicouches sont disposés autour des microprocesseurs, des DSP, des micro-ordinateurs, des FPGA ou d'autres dispositifs à semi-conducteurs afin d'assurer le bon fonctionnement de ces dispositifs. Le nombre de condensateurs céramiques multicouches utilisés dans un appareil électronique est énorme. Par exemple, environ 730 unités sont utilisées dans un ordinateur portable et environ 230 unités dans un téléphone mobile, tandis que les téléviseurs numériques et les systèmes de navigation des voitures utilisent tous deux environ 1 000 unités (tableau 1).
Tableau 1 : Nombre de condensateurs céramiques monolithiques utilisés dans les appareils électroniques
Dispositif électrique | Nombre de condensateurs céramiques |
|---|---|
Ordinateur portable | 730 |
Téléphone portable | 230 |
Caméscope numérique | 400 |
Télévision numérique | 1000 |
Système de navigation automobile | 1000 |
Les condensateurs céramiques multicouches ont deux rôles principaux. Tout d'abord, ils assurent l'alimentation électrique des dispositifs à semi-conducteurs. En général, le courant nécessaire à un dispositif à semi-conducteur varie considérablement en fonction des conditions de fonctionnement. Dans certaines situations, une grande quantité d'énergie électrique peut être soudainement requise. Le circuit d'alimentation (convertisseur DC-DC, etc.), qui est situé relativement loin du dispositif à semi-conducteur, ne pourra pas répondre rapidement à un changement brusque de la charge. Pour résoudre ce problème, l'énergie électrique est stockée dans un condensateur monté à proximité du dispositif à semi-conducteur et alimentée à partir de là (figure 1).
Un certain nombre de condensateurs de découplage sont montés autour d'un dispositif semi-conducteur. Ces condensateurs jouent deux rôles. L'un d'eux est d'alimenter le dispositif à semi-conducteur. L'autre est de shunter la composante de bruit vers la couche d'alimentation/de terre. Il convient de noter que trois types de condensateurs sont principalement utilisés pour le découplage. Il s'agit des condensateurs électrolytiques au tantale, des condensateurs céramiques monolithiques à haute capacité et des condensateurs céramiques monolithiques à inductance série équivalente (ESL) exceptionnellement faible.
Un certain nombre de condensateurs de découplage sont montés autour d'un dispositif semi-conducteur. Ces condensateurs jouent deux rôles. L'un d'eux est d'alimenter le dispositif à semi-conducteur. L'autre est de shunter la composante de bruit vers la couche d'alimentation/de terre. Il convient de noter que trois types de condensateurs sont principalement utilisés pour le découplage. Il s'agit des condensateurs électrolytiques au tantale, des condensateurs céramiques multicouches à haute capacité et des condensateurs céramiques multicouches ayant une inductance série équivalente (ESL) exceptionnellement faible.
Une autre fonction des condensateurs céramiques multicouches est l'élimination du bruit, qui peut provoquer des interférences électromagnétiques (EMI). En un sens, ils agissent comme un filtre. En utilisant la faible impédance à haute fréquence d'un condensateur céramique multicouche, seule la composante de bruit à haute fréquence peut être évacuée vers la couche d'alimentation/de mise à la terre.
En général, les condensateurs ayant la première fonction sont appelés condensateurs de découplage, tandis que ceux ayant la seconde fonction sont appelés condensateurs de dérivation. Aujourd'hui, les deux fonctions peuvent être remplies en même temps grâce à l'introduction de condensateurs céramiques multicouches à haute capacité.
La deuxième application la plus répandue après le découplage et le bypass est celle des filtres de lissage placés à la sortie des convertisseurs DC-DC. Initialement, les condensateurs électrolytiques en aluminium et en tantale ont été adoptés à cette fin. Toutefois, à partir de la fin des années 1990, les condensateurs céramiques multicouches ont été utilisés afin de réduire la taille et l'épaisseur des appareils électroniques.
C'est en grande partie grâce aux efforts des fabricants de semi-conducteurs de puissance que des condensateurs céramiques multicouches sont désormais disponibles pour cette fonction de filtre de lissage. Un condensateur servant de filtre de lissage constitue une partie de la boucle de contrôle de rétroaction d'un convertisseur CC-CD. Par conséquent, si la résistance série équivalente (ESR) est trop faible, la marge de phase de la boucle de contrôle diminue, ce qui fait que le convertisseur CC-CC ne fonctionne pas de manière stable.
Entre-temps, les fabricants d'électronique ont une forte demande pour des convertisseurs CC-CC plus petits et plus minces. Pour répondre à cette demande, les fabricants de semi-conducteurs de puissance ont rendu possible l'utilisation de condensateurs céramiques multicouches en améliorant le circuit de contrôle dans les circuits intégrés des convertisseurs CC-CC. Vers 2000, les fabricants de dispositifs à semi-conducteurs de puissance ont commencé à vendre le nouveau circuit intégré de convertisseur DC-DC aux fabricants d'électronique, en faisant valoir la possibilité d'utiliser des condensateurs céramiques multicouches dans le circuit intégré.
À l'heure actuelle, les applications de découplage et de filtre de lissage représenteraient à elles seules environ 70 % du marché des condensateurs céramiques multicouches. Les autres applications typiques sont les filtres à haute fréquence, l'adaptation d'impédance et la compensation de température.
Murata propose des démonstrations et organise des séminaires mettant en avant des exemples de résolution de problèmes qui illustrent des méthodes faciles à comprendre pour remplacer les condensateurs électrolytiques par des condensateurs céramiques multicouches.
En outre, nous fournissons également une aide à la conception pour garantir un fonctionnement stable des convertisseurs DC-DC lors de l'utilisation de condensateurs céramiques multicouches pour les applications de lissage. N'hésitez pas à contacter votre représentant commercial Murata pour toute question.
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※Les noms de sociétés et de produits indiqués sont des marques commerciales ou des marques déposées de chaque société.
* Le contenu de cet article figurant dans le numéro de février à mars 2010 de "Tech On !" de Nikkei Business Publications, Inc. a été restructuré.
* Pour plus de détails sur les condensateurs céramiques multicouches de Murata Manufacturing, veuillez vous référer à ce qui suit :
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