nijs

Kondensatoren binne ien fan 'e meast brûkte komponinten op circuitboards. As it oantal elektroanyske apparaten (fan mobile tillefoans oant auto's) bliuwt tanimme, nimt de fraach nei kondensatoren ek ta. oan passive komponinten, en kondensatoren hawwe tekoart west1.
Diskusjes oer it ûnderwerp fan kondensators kinne maklik yn in boek of in wurdboek feroare wurde. Earst binne der ferskate soarten kondensators, lykas elektrolytyske kondensators, filmkondensatoren, keramyske kondensatoren ensafuorthinne. diëlektryske materialen.Der binne ek ferskillende klassen.Wat de fysike struktuer oanbelanget, binne der twa-terminale en trije-terminale kondensatortypen.Der is ek in X2Y-kondensator, dy't yn essinsje in pear Y-kondensatoren is ynkapsulearre yn ien. Wat oer superkondensatoren ?It feit is, as jo sitte en begjinne te lêzen capacitor seleksje gidsen fan grutte fabrikanten, kinne jo maklik trochbringe de dei!
Sûnt dit artikel giet oer de basis, Ik sil brûke in oare metoade as usual.As earder neamd, capacitor seleksje gidsen kinne maklik te finen op leveransier websiden 3 en 4, en fjild yngenieurs kinne meastal beäntwurdzje de measte fragen oer capacitors.In dit artikel, Ik sil net werhelje wat jo kinne fine op it ynternet, mar sil demonstrearje hoe't te kiezen en brûk capacitors troch praktyske foarbylden. Guon minder bekende aspekten fan capacitor seleksje, lykas capacitance degradaasje, sille ek wurde behannele. Nei it lêzen fan dit artikel, jo moatte hawwe in goed begryp fan it brûken fan capacitors.
Jierren lyn, doe't ik wurke yn in bedriuw dat makke elektroanyske apparatuer, wy hiene in fraachpetear fraach foar in macht elektroanika yngenieur. Op it skematyske diagram fan it besteande produkt, wy sille freegje potinsjele kandidaten "Wat is de funksje fan de DC link electrolytic kondensator?” en "Wat is de funksje fan 'e keramyske kondensator neist de chip?" Wy hoopje dat it goede antwurd de DC-buskondensator is. Brûkt foar enerzjyopslach, keramyske kondensatoren wurde brûkt foar filterjen.
It "korrekte" antwurd dat wy sykje lit eins sjen dat elkenien yn it ûntwerpteam nei kondensators sjocht út in ienfâldich circuitperspektyf, net út in fjildteoryperspektyf. It eachpunt fan circuitteory is net ferkeard. By lege frekwinsjes (fan in pear kHz ôf nei in pear MHz), circuit teory kin meastal ferklearje it probleem goed. Dit komt omdat by legere frekwinsjes, it sinjaal is benammen yn differinsjaaloperator modus. Mei help fan circuit teory, kinne wy ​​sjen de capacitor werjûn yn figuer 1, dêr't de lykweardige rige ferset ( ESR) en lykweardige searjeinduktânsje (ESL) meitsje de impedânsje fan 'e kondensator feroarje mei frekwinsje.
Dit model ferklearret de prestaasjes fan 'e circuit folslein as it circuit stadichoan feroaret. As de frekwinsje lykwols ferheget, wurde dingen hieltyd komplisearre. Op in stuit begjint de komponint net-lineariteit te sjen. As de frekwinsje ferheget, wurdt it ienfâldige LCR-model hat syn beheiningen.
Hjoed, as ik waard frege deselde fraachpetear fraach, Ik soe drage myn fjild teory observaasje bril en sizze dat beide capacitor types binne enerzjy opslach apparaten.It ferskil is dat electrolytic capacitors kinne opslaan mear enerzjy as keramyske capacitors.Mar yn termen fan enerzjy oerdracht , keramyske kondensatoren kinne enerzjy flugger oerjaan. Dit ferklearret wêrom't keramyske kondensatoren neist de chip pleatst wurde moatte, om't de chip in hegere skeakelfrekwinsje en skeakelsnelheid hat yn ferliking mei de haadkrêftkring.
Fanút dit perspektyf kinne wy ​​​​gewoan twa prestaasjesnormen foar capacitors definiearje. Ien is hoefolle enerzjy de kondensator kin opslaan, en de oare is hoe fluch dizze enerzjy kin wurde oerdroegen. Beide binne ôfhinklik fan de produksjemetoade fan 'e kondensator, it dielektrike materiaal, de ferbining mei de kondensator, ensfh.
As de skeakel yn 'e sirkwy sletten is (sjoch figuer 2), jout it oan dat de lading enerzjy nedich is fan' e krêftboarne. De snelheid wêrop dizze skeakel slút bepaalt de urginsje fan enerzjyfraach. de snelheid fan ljocht yn FR4-materialen), duorret it tiid om enerzjy oer te bringen. Dêrnjonken is d'r in impedânsje-mismatch tusken de boarne en de oerdrachtline en de lading. Dit betsjut dat enerzjy nea yn ien reis oerbrocht wurde sil, mar yn meardere round trips5, dat is wêrom as de switch skeakelt fluch, wy sjogge fertraging en ringing yn de switching waveform.
figuer 2: It duorret tiid foar enerzjy om te fersprieden yn romte; impedance mismatch feroarsaket meardere rûnliedings fan enerzjy oerdracht.
It feit dat enerzjy oerdracht duorret tiid en meardere rûnliedings fertelt ús dat wy moatte locate de enerzjy boarne sa ticht by de lading mooglik, en wy moatte fine in manier om oerdrage enerzjy fluch.De earste wurdt meastal berikt troch it ferminderjen fan de fysike ôfstân tusken de lading, switch en capacitor.De lêste wurdt berikt troch it sammeljen fan in groep fan capacitors mei de lytste impedance.
Fjildteory ferklearret ek wat gewoane modus lûd feroarsaket. Koartsein, mienskiplike moduslûd wurdt generearre as de enerzjyfraach fan 'e lading net wurdt foldien tidens it wikseljen. Dêrom sil de enerzjy opslein yn' e romte tusken de lading en de tichtby lizzende diriginten wurde levere om te stypjen de stap fraach.De romte tusken de lading en tichtby lizzende diriginten is wat wy neame parasitêr / ûnderlinge capacitance (sjoch figuer 2).
Wy brûke de folgjende foarbylden om te demonstrearjen hoe't jo elektrolytyske kondensatoren, multilayer keramyske kondensatoren (MLCC) en filmkondensatoren brûke.
Electrolytic capacitors wurde benammen brûkt yn de DC link as de wichtichste enerzjy boarne.De kar fan elektrolytic capacitor faak hinget ôf fan:
Foar EMC prestaasjes, de wichtichste skaaimerken fan capacitors binne impedance en frekwinsje skaaimerken.Low-frekwinsje útfierd útstjit altyd ôfhinklik fan de prestaasjes fan de DC link capacitor.
De impedânsje fan 'e DC-keppeling hinget net allinich ôf fan' e ESR en ESL fan 'e kondensator, mar ek op it gebiet fan' e thermyske lus, lykas werjûn yn figuer 3. In grutter thermysk lusgebiet betsjut dat enerzjyferfier langer duorret, dus prestaasjes sil beynfloede wurde.
In step-down DC-DC converter waard boud om dit te bewizen. De pre-compliance EMC test opset werjûn yn figuer 4 fiert in útfierd emission scan tusken 150kHz en 108MHz.
It is wichtich om te soargjen dat de kondensatoren dy't brûkt wurde yn dizze saakstúdzje allegear fan deselde fabrikant binne om ferskillen yn impedânsje-eigenskippen te foarkommen. de capacitor.Figure 5 toant de trije konfiguraasjes.
De útfierde emisje-resultaten fan dizze trije konfiguraasjes wurde werjûn yn figuer 6. It kin sjoen wurde dat, yn ferliking mei in inkele 680 µF-kondensator, de twa 330 µF-kondensatoren in lûdreduksjeprestaasje fan 6 dB berikke oer in breder frekwinsjeberik.
Ut de sirkwy teory, it kin sein wurde dat troch it ferbinen fan twa capacitors yn parallel, sawol ESL en ESR wurde halved.Ut it fjild teory eachpunt, der is net allinnich ien enerzjy boarne, mar twa enerzjy boarnen wurde levere oan deselde lading By hegere frekwinsjes sil it ferskil tusken twa 330 µF-kondensatoren en ien 680 µF-kondensator lykwols krimpe. de switch, wy ferminderje de enerzjy oerdracht tiid, dy't effektyf fergruttet de stap antwurd fan de capacitor.
It resultaat fertelt ús in tige wichtige les. It fergrutsjen fan de kapasiteit fan in inkele kondensator sil oer it algemien net stypje de stap fraach nei mear enerzjy. As it mooglik is, brûk wat lytsere kapasitive komponinten. Der binne in protte goede redenen foar this.The earste is kosten. Algemien speaking, foar deselde pakket grutte, de kosten fan in capacitor nimt ta exponentially mei de capacitance wearde.It brûken fan in inkele capacitor kin wêze djoerder as it brûken fan ferskate lytsere capacitors. De twadde reden is grutte. De beheinende faktor yn produkt design is meastal de hichte fan 'e komponinten. Foar kondensatoren mei grutte kapasiteit is de hichte faaks te grut foar produktûntwerp. De tredde reden is de EMC-prestaasjes dy't wy sjoen hawwe yn 'e saakstúdzje.
In oare faktor om te beskôgjen by it brûken fan in elektrolytyske kondensator is dat as jo twa kondensatoren yn searje ferbine om de spanning te dielen, jo in balansearjende wjerstân 6 nedich binne.
Lykas earder neamd, binne keramyske kondensatoren miniatuerapparaten dy't gau enerzjy leverje kinne.Ik wurdt faak frege de fraach "Hoefolle kondensator haw ik nedich?"It antwurd op dizze fraach is dat foar keramyske kondensatoren de kapasitanwearde net sa wichtich wêze moat. De wichtige konsideraasje hjir is om te bepalen op hokker frekwinsje de enerzjyferfiersnelheid genôch is foar jo applikaasje. As de útfierde útstjit mislearret by 100 MHz, dan sil de kondensator mei de lytste impedânsje by 100 MHz in goede kar wêze.
Dit is in oar misferstân fan MLCC.Ik haw sjoen dat yngenieurs in protte enerzjy besteegje oan it kiezen fan keramyske kondensatoren mei de leechste ESR en ESL foardat de kondensatoren ferbine mei it RF-referinsjepunt troch lange spoaren. It is it neamen wurdich dat de ESL fan MLCC meastal folle is leger as de ferbiningsinduktinsje op it boerd. Ferbiningsinduktânsje is noch altyd de wichtichste parameter dy't ynfloed hat op de hege frekwinsjeimpedânsje fan keramyske kondensatoren7.
Figure 7 lit in min foarbyld sjen. Lange spoaren (0,5 inches lang) yntrodusearje op syn minst 10nH inductance. De simulaasje resultaat docht bliken dat de impedance fan de capacitor wurdt folle heger as ferwachte op de frekwinsje punt (50 MHz).
Ien fan 'e problemen mei MLCC's is dat se de neiging hawwe om te resonearjen mei de induktive struktuer op it boerd. Dit kin sjoen wurde yn it foarbyld sjen litten yn figuer 8, wêr't it gebrûk fan in 10 µF MLCC resonânsje yntrodusearret op likernôch 300 kHz.
Jo kinne resonânsje ferminderje troch te kiezen foar in komponint mei in gruttere ESR of gewoan in lytse wearde wjerstân (lykas 1 ohm) yn searje te setten mei in capacitor.Dit soarte metoade brûkt lossy komponinten om it systeem te ûnderdrukken. wearde om de resonânsje nei in leger of heger resonânsjepunt te ferpleatsen.
Filmkondensators wurde brûkt yn in protte applikaasjes. Se binne de kondensatoren fan kar foar DC-DC converters mei hege krêft en wurde brûkt as EMI-ûnderdrukkingsfilters oer krêftlinen (AC en DC) en gewoane modus filterkonfiguraasjes. Wy nimme in X-kondensator as in foarbyld foar in yllustrearje guon fan 'e wichtichste punten fan it brûken fan film capacitors.
As in surge evenemint optreedt, it helpt te beheinen de peak spanning stress op 'e line, dus it wurdt meastal brûkt mei in transient voltage suppressor (TVS) of metaal okside varistor (MOV).
Jo kinne dit alles al witte, mar wisten jo dat de kapasiteitswearde fan in X-kondensator mei jierren fan gebrûk signifikant fermindere wurde kin? Dit is benammen wier as de kondensator brûkt wurdt yn in fochtige omjouwing. Ik haw de kapasitanswearde sjoen fan de X capacitor mar sakje nei in pear prosint fan syn rated wearde binnen in jier of twa, sadat it systeem oarspronklik ûntwurpen mei de X capacitor eins ferlear alle beskerming dat de front-end capacitor kin hawwe.
Dus, wat is der bard? Fochtige lucht kin lekke yn 'e kondensator, omheech de tried en tusken de doaze en de epoksy potting compound.The aluminium metallization kin dan wurde oxidized.Alumina is in goede elektryske isolator, dêrmei ferminderjen capacitance.Dit is in probleem dat Alle filmkondensatoren sille tsjinkomme. It probleem dêr't ik it oer is filmdikte. Reputabele kondensatormerken brûke dikkere films, wat resulteart yn gruttere kondensators as oare merken. en it is net wierskynlik om himsels te genêzen.
As de X capacitor is net permanint ferbûn mei de macht oanbod, dan hoege jo gjin soargen. Bygelyks, foar in produkt dat hat in hurde switch tusken de macht oanbod en de capacitor, grutte kin wêze wichtiger as it libben, en dan kinne jo kieze in tinner capacitor.
As de kondensator lykwols permanint ferbûn is mei de krêftboarne, moat it tige betrouber wêze. De oksidaasje fan kondensatoren is net ûnûntkomber. As it kondensator-epoksymateriaal fan goede kwaliteit is en de kondensator net faak bleatsteld wurdt oan ekstreme temperatueren, is de drop yn wearde moat minimaal wêze.
Yn dit artikel, earst yntrodusearre it fjild teory werjefte fan capacitors.Praktyske foarbylden en simulaasje resultaten litte sjen hoe te selektearjen en brûk de meast foarkommende capacitor types.Hope dizze ynformaasje kin helpe jo begripe de rol fan capacitors yn elektroanyske en EMC design mear wiidweidich.
Dr Min Zhang is de oprjochter en haad EMC-konsultant fan Mach One Design Ltd, in UK-basearre yngenieurbedriuw spesjalisearre yn EMC-konsultaasje, troubleshooting en training. bedriuwen oer de hiele wrâld.
In Compliance is de wichtichste boarne fan nijs, ynformaasje, ûnderwiis en ynspiraasje foar professionals yn elektryske en elektroanyske technyk.
Aerospace Automotive Communications Consumer Electronics Underwiis Enerzjy en Power Yndustry Ynformaasje technology Medysk Militêr en Nasjonale Definsje