նորություններ

Կոնդենսատորները տպատախտակների վրա առավել հաճախ օգտագործվող բաղադրիչներից են:Քանի որ էլեկտրոնային սարքերի թիվը (բջջային հեռախոսներից մինչև մեքենաներ) շարունակում է աճել, ավելանում է նաև կոնդենսատորների պահանջարկը:Covid 19-ի համաճարակը խաթարել է բաղադրիչների մատակարարման գլոբալ շղթան՝ կիսահաղորդչներից մինչև պասիվ բաղադրիչներ, և կոնդենսատորները պակաս են եղել1:
Կոնդենսատորների թեմայով քննարկումները հեշտությամբ կարելի է վերածել գրքի կամ բառարանի:Նախ, կան տարբեր տեսակի կոնդենսատորներ, ինչպիսիք են էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորները, ֆիլմի կոնդենսատորները, կերամիկական կոնդենսատորները և այլն:Այնուհետեւ, նույն տեսակի մեջ կան տարբեր դիէլեկտրական նյութեր:Կան նաև տարբեր դասարաններ։Ինչ վերաբերում է ֆիզիկական կառուցվածքին, ապա կան երկու տերմինալ և երեք տերմինալային կոնդենսատորներ:Կա նաև X2Y տիպի կոնդենսատոր, որն ըստ էության իրենից ներկայացնում է մեկում պարփակված Y կոնդենսատորների զույգ:Ինչ վերաբերում է գերկոնդենսատորներին:Փաստն այն է, որ եթե նստեք և սկսեք կարդալ խոշոր արտադրողների կոնդենսատորների ընտրության ուղեցույցները, կարող եք հեշտությամբ անցկացնել օրը:
Քանի որ այս հոդվածը վերաբերում է հիմունքներին, ես կօգտագործեմ այլ մեթոդ, ինչպես միշտ:Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, կոնդենսատորների ընտրության ուղեցույցները հեշտությամբ կարելի է գտնել մատակարարների 3-րդ և 4-րդ կայքերում, և դաշտային ինժեներները սովորաբար կարող են պատասխանել կոնդենսատորների վերաբերյալ շատ հարցերին:Այս հոդվածում ես չեմ կրկնի այն, ինչ կարող եք գտնել ինտերնետում, բայց գործնական օրինակների միջոցով ցույց կտամ, թե ինչպես ընտրել և օգտագործել կոնդենսատորները:Կքննարկվեն նաև կոնդենսատորների ընտրության որոշ քիչ հայտնի ասպեկտներ, ինչպիսիք են հզորության դեգրադացիան:Այս հոդվածը կարդալուց հետո դուք պետք է լավ պատկերացնեք կոնդենսատորների օգտագործումը:
Տարիներ առաջ, երբ ես աշխատում էի էլեկտրոնային սարքավորումներ արտադրող ընկերությունում, մենք հարցազրույցի հարց ունեինք ուժային էլեկտրոնիկայի ինժեների համար:Գոյություն ունեցող արտադրանքի սխեմատիկ դիագրամի վրա մենք պոտենցիալ թեկնածուներին կհարցնենք «Ի՞նչ գործառույթ ունի DC կապի էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորը»:և «Ի՞նչ գործառույթ ունի չիպի կողքին գտնվող կերամիկական կոնդենսատորը»:Հուսով ենք, որ ճիշտ պատասխանը DC ավտոբուսի կոնդենսատորն է, որն օգտագործվում է էներգիայի պահպանման համար, կերամիկական կոնդենսատորները օգտագործվում են զտման համար:
«Ճիշտ» պատասխանը, որը մենք փնտրում ենք, իրականում ցույց է տալիս, որ դիզայներական թիմի բոլոր անդամները կոնդենսատորներին նայում են պարզ շղթայի տեսանկյունից, այլ ոչ թե դաշտի տեսության տեսանկյունից:Շղթայի տեսության տեսակետը սխալ չէ։Ցածր հաճախականությունների դեպքում (մի քանի կՀց-ից մինչև մի քանի ՄՀց) միացման տեսությունը սովորաբար կարող է լավ բացատրել խնդիրը:Դա պայմանավորված է նրանով, որ ավելի ցածր հաճախականություններում ազդանշանը հիմնականում դիֆերենցիալ ռեժիմում է:Օգտագործելով սխեմայի տեսությունը, մենք կարող ենք տեսնել Նկար 1-ում ներկայացված կոնդենսատորը, որտեղ համարժեք շարքի դիմադրությունը (ESR) և համարժեք շարքի ինդուկտիվությունը (ESL) ստիպում են կոնդենսատորի դիմադրությունը փոփոխվել հաճախականությամբ:
Այս մոդելը լիովին բացատրում է սխեմայի աշխատանքը, երբ միացումը դանդաղ է անցնում:Սակայն, քանի որ հաճախականությունը մեծանում է, ամեն ինչ ավելի ու ավելի է բարդանում:Ինչ-որ պահի բաղադրիչը սկսում է ցույց տալ ոչ գծայինություն:Երբ հաճախականությունը մեծանում է, պարզ LCR մոդելն ունի իր սահմանափակումները:
Այսօր, եթե ինձ տային հարցազրույցի նույն հարցը, ես կհագեի դաշտի տեսության դիտման ակնոցը և կասեի, որ կոնդենսատորների երկու տեսակներն էլ էներգիայի պահպանման սարքեր են:Տարբերությունն այն է, որ էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորները կարող են ավելի շատ էներգիա պահել, քան կերամիկական կոնդենսատորները:Բայց էներգիայի փոխանցման առումով կերամիկական կոնդենսատորները կարող են էներգիա փոխանցել ավելի արագ:Սա բացատրում է, թե ինչու է կերամիկական կոնդենսատորները պետք է տեղադրվեն չիպի կողքին, քանի որ չիպն ունի ավելի մեծ անջատման հաճախականություն և միացման արագություն՝ համեմատած հիմնական հոսանքի միացման հետ:
Այս տեսանկյունից, մենք կարող ենք պարզապես սահմանել երկու կատարողական ստանդարտներ կոնդենսատորների համար:Մեկն այն է, թե որքան էներգիա կարող է կուտակել կոնդենսատորը, և մյուսն այն է, թե որքան արագ կարող է փոխանցվել այս էներգիան:Երկուսն էլ կախված են կոնդենսատորի արտադրության մեթոդից, դիէլեկտրական նյութից, կոնդենսատորի հետ կապից և այլն։
Երբ շղթայի անջատիչը փակ է (տես նկար 2), դա ցույց է տալիս, որ բեռը էներգիայի կարիք ունի էներգիայի աղբյուրից:Արագությունը, որով այս անջատիչը փակվում է, որոշում է էներգիայի պահանջարկի հրատապությունը:Քանի որ էներգիան շարժվում է լույսի արագությամբ (FR4 նյութերի լույսի արագության կեսը), էներգիան փոխանցելու համար ժամանակ է պահանջվում:Բացի այդ, աղբյուրի և հաղորդման գծի և բեռի միջև առկա է դիմադրության անհամապատասխանություն:Սա նշանակում է, որ էներգիան երբեք չի փոխանցվի մեկ ուղևորության, այլ բազմակի շրջանաձև երթևեկության ժամանակ5, այդ իսկ պատճառով, երբ անջատիչը արագ փոխարկվի, մենք կտեսնենք ուշացումներ և զանգեր անջատման ալիքի ձևով:
Նկար 2. Տիեզերքում էներգիայի տարածման համար ժամանակ է պահանջվում.դիմադրության անհամապատասխանությունը առաջացնում է էներգիայի փոխանցման մի քանի շրջանաձև շրջագայություններ:
Այն փաստը, որ էներգիայի մատակարարումը պահանջում է ժամանակ և բազմակի շրջագայություններ, մեզ հուշում է, որ մենք պետք է էներգիան հնարավորինս մոտ տեղափոխենք բեռին, և մենք պետք է ճանապարհ գտնենք այն արագ առաքելու համար:Առաջինը սովորաբար ձեռք է բերվում բեռի, անջատիչի և կոնդենսատորի միջև ֆիզիկական հեռավորությունը նվազեցնելու միջոցով:Վերջինս ձեռք է բերվում ամենափոքր դիմադրողականությամբ մի խումբ կոնդենսատորների հավաքմամբ։
Դաշտի տեսությունը նաև բացատրում է, թե ինչն է առաջացնում ընդհանուր ռեժիմի աղմուկը:Մի խոսքով, ընդհանուր ռեժիմի աղմուկն առաջանում է, երբ միացման ժամանակ բեռի էներգիայի պահանջարկը չի բավարարվում:Հետևաբար, բեռի և մոտակա հաղորդիչների միջև կուտակված էներգիան կտրամադրվի աստիճանի պահանջարկը ապահովելու համար:Բեռի և մոտակա հաղորդիչների միջև տարածությունն այն է, ինչ մենք անվանում ենք մակաբույծ/փոխադարձ հզորություն (տես նկար 2):
Մենք օգտագործում ենք հետևյալ օրինակները՝ ցույց տալու համար, թե ինչպես օգտագործել էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներ, բազմաշերտ կերամիկական կոնդենսատորներ (MLCC) և թաղանթային կոնդենսատորներ:Ընտրված կոնդենսատորների աշխատանքը բացատրելու համար օգտագործվում են ինչպես միացման, այնպես էլ դաշտի տեսությունը:
Էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորները հիմնականում օգտագործվում են DC կապում որպես էներգիայի հիմնական աղբյուր:Էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորի ընտրությունը հաճախ կախված է.
EMC-ի կատարման համար կոնդենսատորների ամենակարևոր բնութագրերն են դիմադրողականությունը և հաճախականությունը:Ցածր հաճախականությամբ իրականացվող արտանետումները միշտ կախված են DC կապի կոնդենսատորի աշխատանքից:
DC կապի դիմադրությունը կախված է ոչ միայն կոնդենսատորի ESR-ից և ESL-ից, այլև ջերմային հանգույցի տարածքից, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում: Ավելի մեծ ջերմային հանգույցի տարածքը նշանակում է, որ էներգիայի փոխանցումն ավելի երկար է տևում, հետևաբար կատարումը: կազդի.
Սա ապացուցելու համար կառուցվել է DC-DC փոխարկիչ:Նախնական համապատասխանության EMC թեստի կարգավորումը, որը ներկայացված է Նկար 4-ում, իրականացնում է արտանետումների սկանավորում 150 կՀց-ից մինչև 108 ՄՀց հաճախականությամբ:
Կարևոր է ապահովել, որ այս դեպքի ուսումնասիրության մեջ օգտագործվող կոնդենսատորները բոլորն էլ նույն արտադրողից են, որպեսզի խուսափեն դիմադրության բնութագրերի տարբերություններից:Կոնդենսատորը PCB-ի վրա զոդելիս համոզվեք, որ երկար խողովակներ չկան, քանի որ դա կբարձրացնի կոնդենսատորի ESL-ը:Նկար 5-ում ներկայացված են երեք կոնֆիգուրացիաներ:
Այս երեք կոնֆիգուրացիաների իրականացված արտանետումների արդյունքները ներկայացված են Նկար 6-ում: Տեսանելի է, որ 680 µF կոնդենսատորի համեմատությամբ երկու 330 µF կոնդենսատորները հասնում են 6 դԲ աղմուկի նվազեցման արդյունավետության ավելի լայն հաճախականության տիրույթում:
Շղթայի տեսությունից կարելի է ասել, որ երկու կոնդենսատորներ զուգահեռ միացնելով, և՛ ESL-ը, և՛ ESR-ը կիսով չափ կրճատվում են:Դաշտի տեսության տեսանկյունից գոյություն ունի ոչ միայն մեկ էներգիայի աղբյուր, այլ էներգիայի երկու աղբյուր մատակարարվում են նույն բեռին՝ արդյունավետորեն նվազեցնելով էներգիայի փոխանցման ընդհանուր ժամանակը:Այնուամենայնիվ, ավելի բարձր հաճախականություններում երկու 330 µF կոնդենսատորների և մեկ 680 µF կոնդենսատորների միջև տարբերությունը կփոքրանա:Դա պայմանավորված է նրանով, որ բարձր հաճախականության աղմուկը ցույց է տալիս քայլի էներգիայի անբավարար արձագանքը:330 µF կոնդենսատորը անջատիչին մոտեցնելիս մենք նվազեցնում ենք էներգիայի փոխանցման ժամանակը, ինչը արդյունավետորեն մեծացնում է կոնդենսատորի քայլային արձագանքը:
Արդյունքը մեզ շատ կարևոր դաս է ասում.Մեկ կոնդենսատորի հզորության ավելացումը, ընդհանուր առմամբ, չի աջակցի ավելի շատ էներգիայի պահանջարկին:Հնարավորության դեպքում օգտագործեք ավելի փոքր կոնդենսիվ բաղադրիչներ:Դրա համար շատ լավ պատճառներ կան:Առաջինը ծախսն է:Ընդհանուր առմամբ, նույն փաթեթի չափի համար կոնդենսատորի արժեքը երկրաչափականորեն ավելանում է հզորության արժեքով:Մեկ կոնդենսատորի օգտագործումը կարող է ավելի թանկ լինել, քան մի քանի փոքր կոնդենսատոր օգտագործելը:Երկրորդ պատճառը չափն է։Արտադրանքի դիզայնի սահմանափակող գործոնը սովորաբար բաղադրիչների բարձրությունն է:Մեծ հզորության կոնդենսատորների համար բարձրությունը հաճախ չափազանց մեծ է, ինչը հարմար չէ արտադրանքի նախագծման համար:Երրորդ պատճառը EMC-ի կատարումն է, որը մենք տեսանք դեպքի ուսումնասիրության մեջ:
Մեկ այլ գործոն, որը պետք է հաշվի առնել էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատոր օգտագործելիս, այն է, որ երբ միացնում եք երկու կոնդենսատորներ հաջորդաբար՝ լարումը կիսելու համար, ձեզ անհրաժեշտ կլինի հավասարակշռող դիմադրություն 6:
Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, կերամիկական կոնդենսատորները մանրանկարչական սարքեր են, որոնք կարող են արագ էներգիա ապահովել:Ինձ հաճախ հարցնում են «Որքա՞ն կոնդենսատոր է ինձ անհրաժեշտ»:Այս հարցի պատասխանն այն է, որ կերամիկական կոնդենսատորների համար հզորության արժեքը չպետք է այդքան կարևոր լինի:Այստեղ կարևոր նկատառումն այն է, որ որոշել, թե որ հաճախականությամբ է էներգիայի փոխանցման արագությունը բավարար ձեր կիրառման համար:Եթե ​​անցկացվող արտանետումը ձախողվում է 100 ՄՀց հաճախականությամբ, ապա 100 ՄՀց ամենափոքր դիմադրություն ունեցող կոնդենսատորը լավ ընտրություն կլինի:
Սա MLCC-ի հերթական թյուրիմացությունն է:Ես տեսել եմ, որ ինժեներները շատ էներգիա են ծախսում, ընտրելով կերամիկական կոնդենսատորներ ամենացածր ESR-ով և ESL-ով, նախքան երկար հետքերով կոնդենսատորները ՌԴ հղման կետին միացնելը:Հարկ է նշել, որ MLCC-ի ESL-ը սովորաբար շատ ավելի ցածր է, քան տախտակի վրա միացման ինդուկտիվությունը:Միացման ինդուկտիվությունը դեռևս ամենակարևոր պարամետրն է, որն ազդում է կերամիկական կոնդենսատորների բարձր հաճախականության դիմադրության վրա7:
Նկար 7-ը ցույց է տալիս վատ օրինակ:Երկար հետքերը (0,5 դյույմ երկարությամբ) ներկայացնում են առնվազն 10nH ինդուկտիվություն:Մոդելավորման արդյունքը ցույց է տալիս, որ կոնդենսատորի դիմադրությունը հաճախականության կետում (50 ՄՀց) դառնում է սպասվածից շատ ավելի բարձր:
MLCC-ների հետ կապված խնդիրներից մեկն այն է, որ դրանք հակված են ռեզոնանսավորվել տախտակի ինդուկտիվ կառուցվածքի հետ:Սա կարելի է տեսնել Նկար 8-ում ցուցադրված օրինակում, որտեղ 10 µF MLCC-ի օգտագործումը ներկայացնում է ռեզոնանս մոտավորապես 300 կՀց հաճախականությամբ:
Դուք կարող եք նվազեցնել ռեզոնանսը՝ ընտրելով ավելի մեծ ESR-ով բաղադրիչ կամ պարզապես կոնդենսատորով մի փոքր արժեքի դիմադրություն (օրինակ՝ 1 օմ) դնելով:Այս տեսակի մեթոդը օգտագործում է կորուստ ունեցող բաղադրիչներ՝ համակարգը ճնշելու համար:Մեկ այլ մեթոդ է օգտագործել մեկ այլ հզորության արժեք՝ ռեզոնանսը ավելի ցածր կամ ավելի բարձր ռեզոնանսային կետ տեղափոխելու համար:
Ֆիլմի կոնդենսատորները օգտագործվում են բազմաթիվ ծրագրերում:Դրանք ընտրված կոնդենսատորներն են բարձր հզորությամբ DC-DC փոխարկիչների համար և օգտագործվում են որպես EMI ճնշող զտիչներ էլեկտրահաղորդման գծերի (AC և DC) և ընդհանուր ռեժիմի ֆիլտրման կոնֆիգուրացիաներում:Մենք վերցնում ենք X կոնդենսատորը որպես օրինակ՝ ֆիլմի կոնդենսատորների օգտագործման որոշ հիմնական կետերը լուսաբանելու համար:
Եթե ​​տեղի է ունենում ալիքի իրադարձություն, դա օգնում է սահմանափակել լարման գագաթնակետային լարվածությունը գծի վրա, ուստի այն սովորաբար օգտագործվում է անցողիկ լարման ճնշիչի (TVS) կամ մետաղական օքսիդի վարիստորի (MOV) հետ:
Գուցե դուք արդեն գիտեք այս ամենը, բայց գիտեի՞ք, որ X կոնդենսատորի հզորության արժեքը կարող է զգալիորեն կրճատվել տարիների օգտագործման ընթացքում:Սա հատկապես ճիշտ է, եթե կոնդենսատորը օգտագործվում է խոնավ միջավայրում:Ես տեսել եմ, որ X կոնդենսատորի հզորության արժեքը մեկ կամ երկու տարվա ընթացքում իջել է իր անվանական արժեքի միայն մի քանի տոկոսով, ուստի ի սկզբանե X կոնդենսատորով նախագծված համակարգը իրականում կորցրել է ողջ պաշտպանությունը, որը կարող էր ունենալ առջևի կոնդենսատորը:
Եւ ինչ պատահեց?Խոնավության օդը կարող է արտահոսել կոնդենսատորի մեջ, մետաղալարով վերև և տուփի և էպոքսիդային կաթսայի միացության միջև:Այնուհետև ալյումինի մետաղացումը կարող է օքսիդացվել:Ալյումինան լավ էլեկտրական մեկուսիչ է, դրանով իսկ նվազեցնելով հզորությունը:Սա խնդիր է, որին կհանդիպեն ֆիլմի բոլոր կոնդենսատորները:Խնդիրը, որի մասին ես խոսում եմ, թաղանթի հաստությունն է։Կոնդենսատորների հեղինակավոր ապրանքանիշերը օգտագործում են ավելի հաստ թաղանթներ, ինչը հանգեցնում է ավելի մեծ կոնդենսատորների, քան մյուս ապրանքանիշերը:Ավելի բարակ թաղանթը դարձնում է կոնդենսատորը ավելի քիչ ամուր գերբեռնվածության (լարման, հոսանքի կամ ջերմաստիճանի) նկատմամբ, և այն դժվար թե ինքն իրեն բուժի:
Եթե ​​X կոնդենսատորը մշտապես միացված չէ սնուցման աղբյուրին, ապա անհանգստանալու կարիք չկա:Օրինակ, արտադրանքի համար, որն ունի կոշտ անջատիչ էլեկտրամատակարարման և կոնդենսատորի միջև, չափը կարող է ավելի կարևոր լինել, քան կյանքը, այնուհետև կարող եք ընտրել ավելի բարակ կոնդենսատոր:
Այնուամենայնիվ, եթե կոնդենսատորը մշտապես միացված է էներգիայի աղբյուրին, այն պետք է լինի բարձր հուսալի:Կոնդենսատորների օքսիդացումն անխուսափելի չէ։Եթե ​​կոնդենսատորի էպոքսիդային նյութը լավ որակի է, և կոնդենսատորը հաճախ չի ենթարկվում ծայրահեղ ջերմաստիճանի, ապա արժեքի անկումը պետք է լինի նվազագույն:
Այս հոդվածում առաջին անգամ ներկայացվեց կոնդենսատորների դաշտի տեսությունը:Գործնական օրինակները և մոդելավորման արդյունքները ցույց են տալիս, թե ինչպես ընտրել և օգտագործել կոնդենսատորների ամենատարածված տեսակները:Հուսով եմ, որ այս տեղեկատվությունը կարող է օգնել ձեզ ավելի համապարփակ հասկանալ կոնդենսատորների դերը էլեկտրոնային և EMC նախագծման մեջ:
Բ.Նրա խորը գիտելիքները ուժային էլեկտրոնիկայի, թվային էլեկտրոնիկայի, շարժիչների և արտադրանքի նախագծման բնագավառում օգուտ են բերել ընկերություններին ամբողջ աշխարհում:
In Compliance-ը նորությունների, տեղեկատվության, կրթության և ոգեշնչման հիմնական աղբյուրն է էլեկտրական և էլեկտրոնային ճարտարագիտության մասնագետների համար:
Aerospace Automotive Communications Consumer Electronics Կրթություն Էներգետիկա և Էներգետիկ Արդյունաբերություն Տեղեկատվական Տեխնոլոգիա Բժշկական Ռազմական և Ազգային Պաշտպանություն