яңалыклар

Конденсаторлар - схема такталарында иң еш кулланыла торган компонентларның берсе. Электрон җайланмалар саны (кәрәзле телефоннан машиналарга кадәр) арта барган саен, конденсаторларга сорау да арта. Covid 19 пандемиясе глобаль үткәргеч тәэмин итү чылбырын ярымүткәргечләрдән пассив компонентларга кадәр бозды, һәм конденсаторлар җитми1.
Конденсаторлар темасы буенча фикер алышулар җиңел китапка яки сүзлеккә әверелергә мөмкин. Беренчедән, төрле конденсаторлар бар, мәсәлән, электролитик конденсаторлар, кино конденсаторлары, керамик конденсаторлар һ.б. Аннары, бер үк төрдә төрле диэлектрик материаллар бар. Төрле класслар да бар. Физик структурага килгәндә, ике терминаллы һәм өч терминаллы конденсатор төрләре бар. Монда шулай ук ​​X2Y тибындагы конденсатор бар, ул асылда бер пар Y конденсаторы. Суперкапсаторлар турында нәрсә әйтеп була? Факт, әгәр сез утырсагыз һәм эре җитештерүчеләрнең конденсатор сайлау күрсәтмәләрен укый башласагыз, сез көнне җиңел үткәрә аласыз!
Бу мәкалә нигезләр турында булганлыктан, мин гадәттәгечә башка ысул кулланачакмын. Алда әйтелгәнчә, конденсаторны сайлау өчен кулланмалар 3 һәм 4 тәэмин итүче вебсайтларда җиңел табылырга мөмкин, һәм кыр инженерлары гадәттә конденсаторлар турындагы күпчелек сорауларга җавап бирә алалар. Бу мәкаләдә мин Интернетта таба алганны кабатламыйм, ләкин практик мисаллар аша конденсаторларны ничек сайларга һәм кулланырга икәнен күрсәтермен. Конденсатор сайлауның кайбер билгеле булмаган аспектлары, мәсәлән, сыйдырышлыкның деградациясе дә яктыртылачак. Бу мәкаләне укыгач, сез конденсаторларны куллануны яхшы аңларга тиеш.
Еллар элек, мин электрон җиһазлар җитештерүче компаниядә эшләгәндә, электр электроникасы инженеры өчен интервью соравы туды. Хәзерге продуктның схематик схемасында без потенциаль кандидатлардан сорарбыз: "Электролитик конденсаторның DC элемтәсе нинди?" һәм "Чип янында урнашкан керамик конденсаторның функциясе нинди?" Дөрес җавап DC автобус конденсаторы, энергия саклау өчен кулланыла, керамик конденсаторлар фильтрлау өчен кулланыла.
Без эзләгән “дөрес” җавап шуны күрсәтә: дизайн коллективындагы һәркем конденсаторларга кыр теориясе күзлегеннән түгел, ә гади схема күзлегеннән карый. Схема теориясе карашы ялгыш түгел. Түбән ешлыкларда (берничә кГцдан берничә МГцга кадәр), схема теориясе гадәттә проблеманы яхшы аңлатырга мөмкин. Чөнки түбән ешлыкларда сигнал, нигездә, дифференциаль режимда. Схема теориясен кулланып, без 1-нче рәсемдә күрсәтелгән конденсаторны күрә алабыз, анда эквивалент серия каршылыгы (ESR) һәм эквивалент серия индуктивлыгы (ESL) ешлык белән конденсатор үзгәрүенең импеденциясен ясыйлар.
Бу модель схема әкрен генә күчә башлагач, схеманың эшләвен тулысынча аңлата. Ләкин, ешлык арта барган саен, әйберләр катлаулана бара. Кайбер вакытта компонент сызыксызлыкны күрсәтә башлый. Ешлык арткач, гади LCR моделенең чикләре бар.
Бүген, миңа бер үк интервью соравы бирелсә, мин үз кыр теориясен күзәтү стаканнарын киеп, ике конденсатор төре дә энергия саклау җайланмалары дип әйтер идем. Аерма шунда: электролитик конденсаторлар керамик конденсаторларга караганда күбрәк энергия саклый ала. Ләкин энергия тапшыру ягыннан керамик конденсаторлар энергияне тизрәк җибәрә ала. Бу ни өчен керамик конденсаторларны чип янына урнаштырырга кирәклеген аңлата, чөнки чипның төп электр чылбыры белән чагыштырганда күчү ешлыгы һәм күчү тизлеге зуррак.
Бу яктан без конденсаторлар өчен ике эш стандартын билгели алабыз. Берсе - конденсатор күпме энергия саклый ала, икенчесе - бу энергияне ничек тиз күчереп була. Икесе дә конденсаторның җитештерү ысулына, диэлектрик материалга, конденсатор белән бәйләнешкә һәм башкаларга бәйле.
Схемадагы ачкыч ябылганда (2 нче рәсемне кара), бу йөкнең энергия чыганагыннан энергиягә мохтаҗ булуын күрсәтә. Бу ачкычның ябылу тизлеге энергиягә ихтыяҗның актуальлеген билгели. Энергия яктылык тизлегендә йөргәнгә (FR4 материалларында яктылык тизлегенең яртысы), энергияне күчерү өчен вакыт кирәк. Моннан тыш, чыганак белән тапшыру линиясе белән йөк арасында импеданс туры килмәү бар. Димәк, энергия бер сәяхәттә беркайчан да күчерелмәячәк, ләкин берничә түгәрәк сәяхәттә5, шуңа күрә коммутатор тиз күчә башлагач, без дулкын формасының тоткарлануларын һәм яңгыравын күрербез.
Рәсем 2: Энергиянең космоста таралуы өчен вакыт кирәк; импедансның туры килмәве энергия күчерүнең берничә тапкыр сәяхәтенә китерә.
Энергия җибәрү өчен вакыт һәм берничә тапкыр сәяхәт кирәклеге безгә энергияне йөккә мөмкин кадәр якынрак күчерергә кирәклеген күрсәтә, һәм аны тиз китерү ысулын табарга кирәк. Беренчесе, гадәттә, йөк, күчергеч һәм конденсатор арасындагы физик араны киметеп ирешелә. Соңгысы иң кечкенә импеданс белән конденсаторлар төркемен җыеп ирешелә.
Кыр теориясе шулай ук ​​гомуми режимдагы шау-шу нәрсәгә китерә икәнен аңлата. Кыскасы, күчү вакытында энергиянең ихтыяҗы канәгатьләндерелмәгәндә, гомуми режимдагы шау-шу барлыкка килә. Шуңа күрә, йөк һәм якындагы үткәргечләр арасындагы киңлектә сакланган энергия адым таләпләрен тәэмин итү өчен биреләчәк. Йөк белән якындагы үткәргечләр арасындагы киңлек - без паразитик / үзара сыйдырышлык дип атыйбыз (рәсемне кара 2).
Электролитик конденсаторларны, күпкатлы керамик конденсаторларны (MLCC) һәм кино конденсаторларын ничек кулланырга икәнен күрсәтү өчен без түбәндәге мисалларны кулланабыз. Сайланган конденсаторларның эшләвен аңлату өчен схема һәм кыр теориясе кулланыла.
Электролитик конденсаторлар төп энергия чыганагы буларак DC элемтәсендә кулланыла. Электролитик конденсаторны сайлау еш кына бәйле:
EMC эшләве өчен, конденсаторларның иң мөһим характеристикалары - импеданс һәм ешлык характеристикалары. Түбән ешлыклы үткәрелгән чыгарулар һәрвакыт DC сылтама конденсаторының эшенә бәйле.
DC сылтамасының импедансы конденсаторның ESR һәм ESL гына түгел, ә җылылык әйләнәсе өлкәсенә дә бәйле, 3 нче рәсемдә күрсәтелгән. Зуррак җылылык әйләнеше өлкәсе энергия күчерүнең озаграк булуын аңлата. тәэсир итәчәк.
Моны раслау өчен баскычтан төшкән DC-DC конвертер төзелде. 4-нче рәсемдә күрсәтелгән EMC тестын урнаштыру 150кГц белән 108МГц арасында үткәрелгән эмиссия сканерын башкара.
Бу очракта кулланылган конденсаторларның импеданс характеристикаларындагы аермалардан саклану өчен барысы да бер җитештерүчедән булуын тәэмин итү мөһим. Конденсаторны PCB белән эреткәндә, озын әйберләр булмавына инаныгыз, чөнки бу конденсаторның ESL-ны арттырачак. 5 нче рәсемдә өч конфигурация күрсәтелгән.
Бу өч конфигурациянең үткәрелгән эмиссия нәтиҗәләре 6-нчы рәсемдә күрсәтелгән. Күрергә була, бер 680 µF конденсатор белән чагыштырганда, ике 330 µF конденсатор киң ешлык диапазонында 6 дБ тавышны киметү эшенә ирешәләр.
Схема теориясеннән параллель рәвештә ике конденсаторны тоташтырып, ESL да, ESR да ярты була дип әйтеп була. Кыр теориясе күзлегеннән караганда, бер энергия чыганагы гына түгел, бер энергиягә ике энергия чыганагы китерелә, гомуми энергия тапшыру вакытын нәтиҗәле кыскарта. Ләкин, югары ешлыкларда, ике 330 µF конденсатор белән 680 µF конденсатор арасындагы аерма кимәячәк. Чөнки югары ешлыктагы шау-шу энергиянең җитәрлек җавап бирмәвен күрсәтә. 330 µF конденсаторны күчергечкә якынрак күчергәндә, без энергия тапшыру вакытын кыскартабыз, бу конденсаторның адым реакциясен эффектив арттыра.
Нәтиҗә безгә бик мөһим сабак бирә. Бер конденсаторның сыйдырышлыгын арттыру, гадәттә, күбрәк энергиягә булган таләпне хупламаячак. Мөмкин булса, кечерәк сыйдырышлык компонентларын кулланыгыз. Моның өчен бик яхшы сәбәпләр бар. Беренчесе - бәя. Гомумән алганда, бер үк пакет зурлыгы өчен, конденсатор бәясе сыйдырышлык бәясе белән тиз арта. Бер конденсаторны куллану берничә кечкенә конденсатор куллануга караганда кыйммәтрәк булырга мөмкин. Икенче сәбәп - зурлык. Продукция дизайнында чикләүче фактор гадәттә компонентларның биеклеге. Зур сыйдырышлы конденсаторлар өчен биеклек еш бик зур, бу продукт дизайны өчен яраксыз. Өченче сәбәп - без мисалда күргән EMC күрсәткече.
Электролитик конденсаторны кулланганда тагын бер фактор - көчәнешне бүлешү өчен бер-бер артлы ике конденсаторны тоташтырганда, сезгә 6 баланс резисторы кирәк булачак.
Алда әйтелгәнчә, керамик конденсаторлар - тиз энергия бирә ала торган миниатюр җайланмалар. Миңа еш кына "Миңа күпме конденсатор кирәк?" Дигән сорау бирелә. Бу сорауга җавап шунда: керамик конденсаторлар өчен сыйдырышлык бәясе ул кадәр мөһим булырга тиеш түгел. Монда мөһим игътибар - сезнең заявка өчен энергия тапшыру тизлегенең нинди ешлыкта булуын ачыклау. Әгәр үткәрелгән эмиссия 100 МГцда эшләмәсә, 100 МГц иң кечкенә импеданслы конденсатор яхшы сайлау булыр.
Бу MLCC-ны тагын бер аңламау. Мин инженерларның керамик конденсаторларны иң түбән ESR һәм ESL белән сайлау өчен күп энергия сарыф иткәннәрен күрдем, конденсаторларны RF сылтама ноктасына озын эзләр аша тоташтырганчы. Әйтергә кирәк, MLCC ESL гадәттә тактадагы тоташу индуктивлыгыннан күпкә түбән. Бәйләнеш индуктивлыгы керамик конденсаторларның югары ешлыклы импедансына тәэсир итүче иң мөһим параметр булып кала7.
7 нче рәсемдә начар мисал күрсәтелгән. Озын эзләр (озынлыгы 0,5 дюйм) ким дигәндә 10нХ индуктивлык кертә. Симуляция нәтиҗәләре шуны күрсәтә: конденсаторның импеданслыгы ешлык ноктасында көтелгәннән күпкә югарырак була (50 МГц).
MLCC белән проблемаларның берсе - алар тактадагы индуктив структура белән резонансланырга омтылалар. Моны 8 нче рәсемдә күрсәтелгән мисалда күрергә мөмкин, монда 10 µF MLCC куллану якынча 300 кГц резонанс кертә.
Сез зуррак ESR компонентын сайлап яки конденсатор белән бер-бер артлы кечкенә кыйммәтле резистор куеп резонансны киметә аласыз. Бу төр ысул системаны бастыру өчен югалткан компонентларны куллана. Тагын бер ысул - резонансны түбән яки югарырак резонанс ноктасына күчерү өчен бүтән сыйдырышлык кыйммәтен куллану.
Кино конденсаторлары күп кушымталарда кулланыла. Алар югары көчле DC-DC конвертерлары өчен сайлау конденсаторлары һәм электр линияләре (AC һәм DC) һәм гомуми режимдагы фильтрлау конфигурацияләре аша EMI кысу фильтрлары буларак кулланыла. Фильм конденсаторларын куллануның төп нокталарын күрсәтү өчен без X конденсаторын мисал итеп алабыз.
Әгәр дә арткан вакыйга килеп чыкса, ул көчәнешнең иң югары көчәнешен чикләргә булыша, шуңа күрә ул гадәттә вакытлы көчәнешне басучы (TVS) яки металл оксиды варисторы (MOV) белән кулланыла.
Сез боларның барысын да белә аласыз, ләкин X конденсаторның сыйдырышлык бәясе еллар куллану белән сизелерлек кимергә мөмкинлеген беләсезме? Конденсатор дымлы шартларда кулланылса, бу аеруча дөрес. Мин X конденсаторның сыйдырышлык бәясе бер-ике ел эчендә аның бәяләнгән бәясенең берничә процентына кадәр төшүен күрдем, шуңа күрә башта X конденсатор белән эшләнгән система фронтовик конденсатор булган бөтен саклауны югалтты.
Алайса, нәрсә булды? Дым һавасы конденсаторга, чыбык өстенә, сандык белән эпокси чүлмәк кушылмасы арасында агып китәргә мөмкин. Алюминий металлизациясе аннары оксидлашырга мөмкин. Алумина - яхшы электр изоляторы, шуның белән сыйдырышлыкны киметә. Бу барлык кино конденсаторлары белән очрашачак проблема. Мин сөйләгән проблема кино калынлыгы. Абруйлы конденсатор брендлары калынрак фильмнар кулланалар, нәтиҗәдә башка брендларга караганда зуррак конденсаторлар барлыкка килә. Нечкә пленка конденсаторны артык йөкләү өчен көчсезрәк итә (көчәнеш, ток яки температура), һәм ул үзен дәвалый алмас.
Әгәр дә X конденсатор электр белән тәэмин итүгә даими тоташмаган булса, борчылырга кирәкми. Мәсәлән, электр белән тәэмин итү һәм конденсатор арасында каты ачкыч булган продукт өчен зурлык тормыштан мөһимрәк булырга мөмкин, аннары сез нечкә конденсатор сайлый аласыз.
Ләкин, конденсатор энергия чыганагына даими тоташкан булса, ул бик ышанычлы булырга тиеш. Конденсаторларның оксидлашуы котылгысыз түгел. Конденсатор эпокси материалы яхшы сыйфатлы булса һәм конденсатор еш экстремаль температурага дучар булмаса, кыйммәтнең төшүе минималь булырга тиеш.
Бу мәкаләдә башта конденсаторларның кыр теориясе күренеше кертелде. Практик мисаллар һәм симуляция нәтиҗәләре иң киң таралган конденсатор төрләрен ничек сайларга һәм ничек кулланырга икәнен күрсәтә. Бу мәгълүмат сезгә электрон һәм EMC дизайнындагы конденсаторларның ролен аңларга ярдәм итәр дип өметләнәм.
Доктор Мин Чжан - EMC консалтинг, проблемаларны чишү һәм тренингларда махсуслашкан Бөек Британиядә урнашкан Mach One Design Ltd компаниясенең нигез салучысы һәм баш консультанты. Аның электр электроникасы, санлы электроника, двигательләр һәм продукт дизайны турындагы тирән белеме бөтен дөнья компанияләренә файда китерде.
Электр һәм электрон инженер белгечләре өчен яңалыклар, мәгълүмат, белем һәм илһам чыганагы.
Аэрокосмик Автомобиль Элемтә Кулланучылар Электроникасы Мәгариф Энергия һәм Энергетика Информацион Технология Медицина Хәрби һәм Милли Оборона