uudised

Kondensaatorid on trükkplaatidel üks kõige sagedamini kasutatavaid komponente. Kuna elektroonikaseadmete (mobiiltelefonidest autodeni) arv kasvab, kasvab ka nõudlus kondensaatorite järele. Covid 19 pandeemia on katkestanud pooljuhtide ülemaailmse komponentide tarneahela passiivsetele komponentidele ja kondensaatorid on olnud defitsiit1.
Arutlusi kondensaatorite teemal saab hõlpsasti muuta raamatuks või sõnaraamatuks. Esiteks on kondensaatoreid erinevat tüüpi, näiteks elektrolüütkondensaatorid, kilekondensaatorid, keraamilised kondensaatorid ja nii edasi. Siis on sama tüüpi kondensaatoreid erinevaid. dielektrilised materjalid.Seal on ka erinevaid klasse.Füüsikalise struktuuri osas on kondensaatoritüüpe kahe- ja kolmeklemmilised.On ka X2Y tüüpi kondensaator, mis on sisuliselt paar Y kondensaatorit, mis on kapseldatud ühte. Aga superkondensaatorid ?Fakt on see, et kui istud maha ja hakkad lugema suuremate tootjate kondensaatorite valiku juhendeid, saad päeva lihtsalt veeta!
Kuna see artikkel käsitleb põhitõdesid, kasutan tavapäraselt teistsugust meetodit.Nagu varem mainitud, on kondensaatorite valiku juhendid hõlpsasti leitavad tarnijate veebisaitidelt 3 ja 4 ning väliinsenerid saavad tavaliselt vastata enamikule kondensaatorite kohta käivatele küsimustele.Selles artiklis Ma ei korda Internetis leiduvat, vaid näitan praktiliste näidete kaudu, kuidas kondensaatoreid valida ja kasutada. Käsitletakse ka mõningaid kondensaatorite valiku vähemtuntud aspekte, näiteks mahtuvuse vähenemist.Pärast selle artikli lugemist peaks hästi teadma kondensaatorite kasutamist.
Aastaid tagasi, kui töötasin elektroonikaseadmeid tootvas ettevõttes, oli meil intervjuuküsimus jõuelektroonika insenerile. Olemasoleva toote skemaatilisel diagrammil küsime potentsiaalsetelt kandidaatidelt: „Mis on alalisvoolu lüli elektrolüütiline funktsioon. kondensaator?"ja "Mis on kiibi kõrval asuva keraamilise kondensaatori funktsioon?"Loodame, et õige vastus on DC siini kondensaator Kasutatakse energia salvestamiseks, keraamilisi kondensaatoreid kasutatakse filtreerimiseks.
“Õige” vastus, mida otsime, näitab tegelikult, et kõik projekteerimismeeskonna liikmed vaatavad kondensaatoreid lihtsast vooluringist, mitte väljateooria vaatenurgast. Skeemiteooria vaatenurk ei ole vale. Madalatel sagedustel (alates mõnest kHz mõne MHzni), vooluringiteooria suudab tavaliselt probleemi hästi seletada.Selle põhjuseks on asjaolu, et madalamatel sagedustel on signaal peamiselt diferentsiaalrežiimis.Skeemiteooriat kasutades näeme joonisel 1 kujutatud kondensaatorit, kus samaväärne jadatakistus ( ESR) ja ekvivalentne jadainduktiivsus (ESL) muudavad kondensaatori impedantsi sagedusega.
See mudel selgitab täielikult vooluringi jõudlust, kui vooluringi lülitatakse aeglaselt.Kuid sageduse kasvades muutuvad asjad üha keerulisemaks.Mingil hetkel hakkab komponent näitama mittelineaarsust.Sageduse suurenemisel on lihtne LCR-mudel on oma piirangud.
Kui täna küsitaks sama intervjuu küsimust, kannaksin oma väljateooria vaatlusprille ja ütleksin, et mõlemad kondensaatoritüübid on energiasalvestid. Erinevus seisneb selles, et elektrolüütkondensaatorid suudavad salvestada rohkem energiat kui keraamilised kondensaatorid. Kuid energia ülekande osas , keraamilised kondensaatorid suudavad energiat kiiremini edastada.See seletab, miks keraamilised kondensaatorid tuleb kiibi kõrvale asetada, kuna kiibil on põhitoiteahelaga võrreldes suurem lülitussagedus ja lülituskiirus.
Sellest vaatenurgast saame kondensaatorite jaoks lihtsalt määratleda kaks jõudlusstandardit. Üks on see, kui palju energiat kondensaator suudab salvestada, ja teine ​​​​see, kui kiiresti seda energiat saab üle kanda. Mõlemad sõltuvad kondensaatori tootmismeetodist, dielektrilisest materjalist, ühendus kondensaatoriga jne.
Kui lüliti ahelas on suletud (vt joonis 2), näitab see, et koormus vajab energiat toiteallikast.Kiirus, millega see lüliti sulgub, määrab energiavajaduse kiireloomulisuse.Kuna energia liigub valguse kiirusel (pool valguse kiirus FR4 materjalides), kulub energia ülekandmiseks aega.Lisaks esineb impedantsi ebakõla allika ja ülekandeliini ning koormuse vahel.See tähendab, et energiat ei edastata kunagi ühe väljasõiduga, vaid mitme korraga. ringreisid5, mistõttu kui lüliti lülitub kiiresti, näeme lülituslainekujul viivitusi ja helinat.
Joonis 2: Energia ruumis levimiseks kulub aega;impedantsi mittevastavus põhjustab energiaülekande mitu edasi-tagasi liikumist.
Asjaolu, et energia ülekandmine võtab aega ja mitu edasi-tagasi sõitu, ütleb meile, et me peame leidma energiaallika koormale võimalikult lähedal ja peame leidma viisi energia kiireks ülekandmiseks. Esimene saavutatakse tavaliselt füüsilise koormuse vähendamisega. koormuse, lüliti ja kondensaatori vaheline kaugus. Viimane saavutatakse väikseima takistusega kondensaatorite rühma kogumisega.
Väljateooria selgitab ka, mis põhjustab ühisrežiimi müra. Lühidalt öeldes tekib ühisrežiimi müra, kui koormuse energiavajadus ei ole ümberlülitamise ajal täidetud. Seetõttu toetatakse koormuse ja läheduses asuvate juhtide vahelises ruumis salvestatud energiat. astme nõudlus. Koormuse ja läheduses asuvate juhtide vahelist ruumi nimetatakse parasiit-/vastastikuseks mahtuvuseks (vt joonis 2).
Kasutame elektrolüütkondensaatorite, mitmekihiliste keraamiliste kondensaatorite (MLCC) ja kilekondensaatorite kasutamise demonstreerimiseks järgmisi näiteid. Valitud kondensaatorite toimimise selgitamiseks kasutatakse nii vooluringi kui ka väljateooriat.
Elektrolüütkondensaatoreid kasutatakse põhilise energiaallikana peamiselt alalisvoolulülides. Elektrolüütkondensaatori valik sõltub sageli:
Elektromagnetilise ühilduvuse tagamiseks on kondensaatorite kõige olulisemad omadused impedantsi ja sageduse karakteristikud. Madalsageduslikud emissioonid sõltuvad alati alalisvooluahela kondensaatori jõudlusest.
Alalisvoolu lingi impedants ei sõltu mitte ainult kondensaatori ESR-ist ja ESL-ist, vaid ka soojusahela pindalast, nagu on näidatud joonisel 3. Suurem soojusahela pindala tähendab, et energia ülekandmine võtab kauem aega, nii et jõudlus mõjutatakse.
Selle tõestamiseks ehitati alalisvoolu alalisvoolu muundur. Joonisel 4 näidatud nõuetele vastavuse EMC-testi seadistus teostab läbiviidud emissiooni skaneerimist sagedustel 150 kHz kuni 108 MHz.
Takistusnäitajate erinevuste vältimiseks on oluline tagada, et selles juhtumiuuringus kasutatud kondensaatorid oleksid kõik sama tootja poolt. Kondensaatori jootmisel PCB-le veenduge, et seal poleks pikki juhtmeid, kuna see suurendab impedantsi ESL-i. kondensaator.Joonis 5 näitab kolme konfiguratsiooni.
Nende kolme konfiguratsiooni läbiviidud emissioonitulemused on näidatud joonisel 6. On näha, et võrreldes ühe 680 µF kondensaatoriga saavutavad kaks 330 µF kondensaatorit laiemas sagedusvahemikus 6 dB müra vähendamise.
Skeemiteooriast võib öelda, et ühendades kaks kondensaatorit paralleelselt, vähenevad nii ESL kui ESR poole võrra. Väljateooria seisukohalt ei ole mitte ainult üks energiaallikas, vaid kaks energiaallikat toidetakse samale koormusele. , vähendades tõhusalt üldist energia edastusaega.Kuid kõrgematel sagedustel väheneb kahe 330 µF kondensaatori ja ühe 680 µF kondensaatori vahe.Selle põhjuseks on asjaolu, et kõrgsageduslik müra viitab ebapiisavale astmelisele energiareaktsioonile.Kui liigutada 330 µF kondensaatorit lähemale lülitit vähendame energiaülekande aega, mis suurendab tõhusalt kondensaatori astmelist reaktsiooni.
Tulemus annab meile väga olulise õppetunni.Ühe kondensaatori mahtuvuse suurendamine ei toeta üldjuhul astmelist energiavajadust.Võimalusel kasutage väiksemaid mahtuvuslikke komponente.Selleks on palju häid põhjusi.Esimene on kulu.Üldiselt sama pakendisuuruse korral suureneb kondensaatori maksumus hüppeliselt koos mahtuvuse väärtusega.Ühe kondensaatori kasutamine võib olla kallim kui mitme väiksema kondensaatori kasutamine.Teine põhjus on suurus.Tootekujunduse piiravaks teguriks on tavaliselt kõrgus komponentidest.Suuremahuliste kondensaatorite puhul on kõrgus sageli toote disaini jaoks liiga suur.Kolmas põhjus on juhtumiuuringus nähtud EMC jõudlus.
Teine tegur, mida elektrolüütkondensaatori kasutamisel arvestada, on see, et kui ühendate pinge jagamiseks järjestikku kaks kondensaatorit, vajate tasakaalustavat takistit 6.
Nagu varem mainitud, on keraamilised kondensaatorid miniatuursed seadmed, mis suudavad kiiresti energiat anda. Mulle esitatakse sageli küsimus: "Kui palju kondensaatorit ma vajan?" Vastus sellele küsimusele on, et keraamiliste kondensaatorite puhul ei tohiks mahtuvuse väärtus olla nii oluline. Siinkohal on oluline kindlaks teha, millisel sagedusel on energiaülekande kiirus teie rakenduse jaoks piisav. Kui juhitav emissioon 100 MHz juures ebaõnnestub, on väikseima impedantsiga kondensaator 100 MHz juures hea valik.
See on veel üks arusaamatus MLCC-st. Olen näinud, et insenerid kulutavad palju energiat madalaima ESR-i ja ESL-iga keraamiliste kondensaatorite valimisele enne kondensaatorite ühendamist raadiosagedusliku võrdluspunktiga pikkade jälgede kaudu. Tasub mainida, et MLCC ESL on tavaliselt palju madalam kui ühendusinduktiivsus plaadil.Ühendusinduktiivsus on endiselt kõige olulisem keraamiliste kondensaatorite kõrgsagedustakistust mõjutav parameeter7.
Joonis 7 näitab halba näidet.Pikad jäljed (0,5 tolli pikkused) toovad sisse vähemalt 10nH induktiivsuse. Simulatsiooni tulemus näitab, et kondensaatori impedants muutub sageduspunktis (50 MHz) oodatust palju suuremaks.
Üks MLCC-de probleeme on see, et need kipuvad resoneerima plaadi induktiivse struktuuriga. Seda võib näha joonisel 8 näidatud näites, kus 10 µF MLCC kasutamine tekitab resonantsi umbes 300 kHz juures.
Resonantsi saate vähendada, valides suurema ESR-iga komponendi või lihtsalt pannes väikese väärtusega takisti (nt 1 oomi) kondensaatoriga järjestikku. Seda tüüpi meetod kasutab süsteemi summutamiseks kadudega komponente.Teine meetod on kasutada teist mahtuvust. väärtus, et viia resonants madalamasse või kõrgemasse resonantspunkti.
Kilekondensaatoreid kasutatakse paljudes rakendustes. Need on valitud kondensaatorid suure võimsusega alalis-alalisvoolu muundurite jaoks ning neid kasutatakse elektriliinide (vahelduv- ja alalisvoolu) EMI summutusfiltritena ja tavarežiimis filtreerimise konfiguratsioonides. Me võtame X-kondensaatori kui näide kilekondensaatorite kasutamise põhipunktide illustreerimiseks.
Kui tekib liigpinge, aitab see piirata liini tipppinge pinget, nii et seda kasutatakse tavaliselt koos transientpinge summutiga (TVS) või metalloksiidvaristoriga (MOV).
Võib-olla te juba teate seda kõike, kuid kas teadsite, et X-kondensaatori mahtuvuse väärtust saab aastatepikkuse kasutamisega oluliselt vähendada? See kehtib eriti siis, kui kondensaatorit kasutatakse niiskes keskkonnas. Olen näinud kondensaatori mahtuvuse väärtust X kondensaator langeb aasta või kahe jooksul vaid mõne protsendini oma nimiväärtusest, nii et algselt X kondensaatoriga loodud süsteem kaotas tegelikult kogu kaitse, mis esiotsa kondensaatoril võis olla.
Mis siis juhtus?Niiskusõhk võib lekkida kondensaatorisse, juhtmest üles ning karbi ja epoksiidsegu vahele.Alumiiniummetallisatsiooni saab seejärel oksüdeerida.Alumiiniumoksiid on hea elektriisolaator, mis vähendab mahtuvust.See on probleem, mis kõik kilekondensaatorid kokku puutuvad.Probleem, millest ma räägin, on kile paksus. Mainekate kondensaatorite kaubamärgid kasutavad paksemaid kilesid, mille tulemuseks on teistest kaubamärkidest suuremad kondensaatorid. Õhem kile muudab kondensaatori ülekoormuse (pinge, voolu või temperatuuri) suhtes vähem vastupidavaks. ja tõenäoliselt ei parane see iseenesest.
Kui X kondensaator ei ole püsivalt toiteallikaga ühendatud, ei pea te muretsema. Näiteks toote puhul, millel on kõva lüliti toiteallika ja kondensaatori vahel, võib suurus olla olulisem kui eluiga. siis saab valida õhema kondensaatori.
Kui aga kondensaator on püsivalt toiteallikaga ühendatud, peab see olema väga töökindel.Kondensaatorite oksüdeerumine ei ole vältimatu.Kui kondensaatori epoksümaterjal on hea kvaliteediga ja kondensaator ei puutu sageli kokku äärmuslike temperatuuridega, võib väärtus peaks olema minimaalne.
Selles artiklis tutvustatakse esmakordselt kondensaatorite väljateooria vaadet.Praktilised näited ja simulatsioonitulemused näitavad, kuidas valida ja kasutada kõige levinumaid kondensaatoritüüpe.Loodan, et see teave aitab teil põhjalikumalt mõista kondensaatorite rolli elektroonika- ja elektromagnetilise ühilduvuse projekteerimisel.
Dr Min Zhang on Ühendkuningriigis asuva EMC nõustamisele, tõrkeotsingule ja koolitusele spetsialiseerunud inseneriettevõtte Mach One Design Ltd asutaja ja EMC peakonsultant. Tema põhjalikud teadmised jõuelektroonikast, digitaalelektroonikast, mootoritest ja tootedisainist on kasuks tulnud. ettevõtted üle maailma.
In Compliance on elektri- ja elektroonikavaldkonna spetsialistide peamine uudiste, teabe, hariduse ja inspiratsiooniallikas.
Õhusõidukid, autod, side, olmeelektroonika haridus Energeetika ja elektritööstus Infotehnoloogia Meditsiin, sõjavägi ja riigikaitse