նորություններ

Կոնդենսատորները տպատախտակների վրա ամենից հաճախ օգտագործվող բաղադրիչներից են: Քանի որ էլեկտրոնային սարքերի թիվը (բջջային հեռախոսներից մինչև մեքենաներ) շարունակում է աճել, նույնքան էլ մեծանում է կոնդենսատորների պահանջարկը: Covid 19 համաճարակը խաթարել է կիսահաղորդչային բաղադրիչների մատակարարման համաշխարհային շղթան: պասիվ բաղադրիչներին, իսկ կոնդենսատորները պակաս են եղել1:
Կոնդենսատորների թեմայի շուրջ քննարկումները հեշտությամբ կարելի է վերածել գրքի կամ բառարանի: Նախ, կան տարբեր տեսակի կոնդենսատորներ, ինչպիսիք են էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորները, ֆիլմի կոնդենսատորները, կերամիկական կոնդենսատորները և այլն: Հետո նույն տեսակի մեջ կան տարբեր Դիէլեկտրիկ նյութեր: Կան նաև տարբեր դասեր: Ինչ վերաբերում է ֆիզիկական կառուցվածքին, ապա կան երկու տերմինալ և երեք տերմինալային կոնդենսատորներ: Կա նաև X2Y տիպի կոնդենսատոր, որն ըստ էության մեկում պարփակված Y կոնդենսատորների զույգ է: 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 և 4 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: Կոնդենսատորների ընտրության որոշ քիչ հայտնի ասպեկտներ, ինչպիսիք են հզորության դեգրադացիան, նույնպես կքննարկվեն: Այս հոդվածը կարդալուց հետո դուք պետք է լավ պատկերացում ունենա կոնդենսատորների օգտագործման մասին:
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 կհարցնենք պոտենցիալ թեկնածուներին. կոնդենսատոր?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 միացման 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 հաճախականությունների դեպքում ազդանշանը հիմնականում դիֆերենցիալ ռեժիմում է: Օգտագործելով միացման տեսությունը, մենք կարող ենք տեսնել Նկար 1-ում ներկայացված կոնդենսատորը, որտեղ համարժեք շարքի դիմադրությունը ( ESR) և համարժեք շարքի ինդուկտիվությունը (ESL) ստիպում են կոնդենսատորի դիմադրողականությունը փոփոխվել հաճախականությամբ:
Այս մոդելը լիովին բացատրում է սխեմայի աշխատանքը, երբ շղթան դանդաղ միացվում է: Այնուամենայնիվ, քանի որ հաճախականությունը մեծանում է, ամեն ինչ դառնում է ավելի ու ավելի բարդ: Ինչ-որ պահի բաղադրիչը սկսում է ցույց տալ ոչ գծայինություն: Երբ հաճախականությունը մեծանում է, պարզ LCR մոդելը ունի իր սահմանափակումները.
Այսօր, եթե ինձ տրվեր հարցազրույցի նույն հարցը, ես կկրեի իմ 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 ուղղակի սահմանել կոնդենսատորների աշխատանքի երկու ստանդարտ: Մեկն այն է, թե որքան էներգիա կարող է պահել կոնդենսատորը, և մյուսն այն է, թե որքան արագ կարող է փոխանցվել այդ էներգիան: Երկուսն էլ կախված են կոնդենսատորի արտադրության մեթոդից, դիէլեկտրիկ նյութից: կապը կոնդենսատորի հետ և այլն:
Երբ շղթայի անջատիչը փակ է (տես նկար 2), դա ցույց է տալիս, որ բեռը էներգիայի կարիք ունի էներգիայի աղբյուրից: Այն արագությունը, որով այս անջատիչը փակվում է, որոշում է էներգիայի պահանջարկի հրատապությունը: Քանի որ էներգիան շարժվում է լույսի արագությամբ (կես լույսի արագությունը FR4 նյութերում), էներգիա փոխանցելու համար ժամանակ է պահանջվում: Բացի այդ, աղբյուրի և հաղորդման գծի և բեռի միջև կա դիմադրության անհամապատասխանություն: Սա նշանակում է, որ էներգիան երբեք չի փոխանցվի մեկ ճանապարհով, այլ բազմակի կլոր շրջագայություններ5, այդ իսկ պատճառով, երբ անջատիչն արագ փոխարկվում է, մենք տեսնում ենք ուշացումներ և զանգեր անջատման ալիքի տեսքով:
Նկար 2. Տիեզերքում էներգիայի տարածման համար ժամանակ է պահանջվում.դիմադրության անհամապատասխանությունը առաջացնում է էներգիայի փոխանցման մի քանի շրջանաձև շրջագայություններ:
Այն փաստը, որ էներգիայի փոխանցումը պահանջում է ժամանակ և բազմակի շրջագայություններ, մեզ հուշում է, որ մենք պետք է էներգիայի աղբյուրը հնարավորինս մոտ գտնենք բեռին, և մենք պետք է գտնենք էներգիան արագ փոխանցելու միջոց: Առաջինը սովորաբար ձեռք է բերվում ֆիզիկական նվազեցման միջոցով հեռավորությունը բեռի, անջատիչի և կոնդենսատորի միջև: Վերջինս ձեռք է բերվում ամենափոքր դիմադրություն ունեցող կոնդենսատորների խմբի հավաքմամբ:
Դաշտային տեսությունը նաև բացատրում է, թե ինչն է առաջացնում ընդհանուր ռեժիմի աղմուկը: Մի խոսքով, ընդհանուր ռեժիմի աղմուկն առաջանում է, երբ բեռի էներգիայի պահանջարկը չի բավարարվում միացման ժամանակ: Հետևաբար, բեռի և մոտակա հաղորդիչների միջև տարածության մեջ պահվող էներգիան կտրամադրվի աջակցելու համար: քայլի պահանջարկը: 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 միացում, այնպես էլ դաշտի տեսություն:
Էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորները հիմնականում օգտագործվում են DC կապում որպես էներգիայի հիմնական աղբյուր: Էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորի ընտրությունը հաճախ կախված է.
EMC-ի աշխատանքի համար կոնդենսատորների ամենակարևոր բնութագրիչները դիմադրողականության և հաճախականության բնութագրերն են: 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 ստեղծվել է աստիճանաբար ներքև 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 համոզվել, որ այս դեպքի ուսումնասիրության մեջ օգտագործվող կոնդենսատորները բոլորը նույն արտադրողից են, որպեսզի խուսափեն դիմադրողականության բնութագրերի տարբերություններից: Կոնդենսատորը PCB-ի վրա զոդելիս համոզվեք, որ երկար խողովակներ չկան, քանի որ դա կբարձրացնի ESL-ի արժեքը: կոնդենսատորը: Նկար 5-ում ներկայացված են երեք կոնֆիգուրացիաներ:
Այս երեք կոնֆիգուրացիաների իրականացված արտանետումների արդյունքները ներկայացված են Նկար 6-ում: Կարելի է տեսնել, 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 կոնդենսատորները զուգահեռ միացնելով, և՛ ESL-ը, և՛ ESR-ը կիսով չափ կրճատվում են: Դաշտի տեսության տեսանկյունից կա ոչ միայն մեկ էներգիայի աղբյուր, այլև էներգիայի երկու աղբյուր մատակարարվում է 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 մոտեցնելիս: անջատիչը, մենք նվազեցնում ենք էներգիայի փոխանցման ժամանակը, ինչը արդյունավետորեն մեծացնում է կոնդենսատորի քայլային արձագանքը:
Արդյունքը մեզ շատ կարևոր դաս է տալիս: Մեկ կոնդենսատորի հզորության ավելացումը սովորաբար չի աջակցի ավելի շատ էներգիայի քայլ պահանջարկին: Հնարավորության դեպքում օգտագործեք ավելի փոքր կոնդենսիվ բաղադրիչներ: Դրա համար շատ լավ պատճառներ կան: Առաջինը ծախսն է: Ընդհանրապես: Եթե ​​խոսենք, ապա նույն փաթեթի չափի համար կոնդենսատորի արժեքը երկրաչափականորեն աճում է հզորության արժեքի հետ միասին: Մեկ կոնդենսատորի օգտագործումը կարող է ավելի թանկ լինել, քան մի քանի փոքր կոնդենսատորներ օգտագործելը: Երկրորդ պատճառը չափն է: Արտադրանքի դիզայնի սահմանափակող գործոնը սովորաբար բարձրությունն է: բաղադրիչներից: Մեծ հզորությամբ կոնդենսատորների համար բարձրությունը հաճախ չափազանց մեծ է արտադրանքի ձևավորման 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 մանրանկարչություն 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 է որոշել, թե որ հաճախականությամբ է էներգիայի փոխանցման արագությունը բավարար ձեր կիրառման համար: Եթե իրականացվող արտանետումը ձախողվի 100 ՄՀց հաճախականությամբ, ապա 100 ՄՀց ամենափոքր դիմադրություն ունեցող կոնդենսատորը լավ ընտրություն կլինի:
Սա MLCC-ի ևս մեկ թյուրիմացություն 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 է: ցածր միացման ինդուկտիվությունից տախտակի վրա: 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 դառնում է շատ ավելի բարձր, քան սպասվում էր հաճախականության կետում (50 ՄՀց):
MLCC-ների հետ կապված խնդիրներից մեկն այն է, որ դրանք հակված են ռեզոնանսավորվել տախտակի ինդուկտիվ կառուցվածքի հետ: Դա կարելի է տեսնել Նկար 8-ում ցույց տրված օրինակում, որտեղ 10 µF MLCC-ի օգտագործումը ռեզոնանս է ներկայացնում մոտավորապես 300 կՀց հաճախականությամբ:
Դուք կարող եք նվազեցնել ռեզոնանսը՝ ընտրելով ավելի մեծ ESR-ով բաղադրիչ կամ պարզապես կոնդենսատորով մի փոքր արժեքի դիմադրություն (օրինակ՝ 1 օհմ) դնելով: Այս տեսակի մեթոդը օգտագործում է կորստի բաղադրիչներ՝ համակարգը ճնշելու համար: Մեկ այլ մեթոդ է օգտագործել մեկ այլ հզորություն: արժեքը՝ ռեզոնանսը ավելի ցածր կամ ավելի բարձր ռեզոնանսային կետ տեղափոխելու համար:
Ֆիլմի կոնդենսատորները օգտագործվում են բազմաթիվ ծրագրերում: Դրանք ընտրված կոնդենսատորներ են բարձր հզորության 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 կետերի լուսաբանման 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 կոնդենսատորն օգտագործվում է խոնավ միջավայրում: Ես տեսել եմ հզորության արժեքը: X կոնդենսատորը մեկ-երկու տարվա ընթացքում իջնում ​​է իր անվանական արժեքի միայն մի քանի տոկոսի չափով, ուստի ի սկզբանե X կոնդենսատորով նախագծված համակարգը իրականում կորցրեց ամբողջ պաշտպանությունը, որը կարող էր ունենալ առջևի կոնդենսատորը:
Այսպիսով, ի՞նչ է պատահել: Խոնավության օդը կարող է արտահոսել կոնդենսատորի մեջ, մետաղալարով և տուփի և էպոքսիդային կաթսայի միացության միջև: Ալյումինի մետաղացումը կարող է այնուհետև օքսիդացվել: Ալյումինան լավ էլեկտրական մեկուսիչ է, դրանով իսկ նվազեցնելով հզորությունը: Սա խնդիր է, որը Բոլոր ֆիլմերի կոնդենսատորները կհանդիպեն: Խնդիրը, որի մասին ես խոսում եմ, թաղանթի հաստությունն է: Կոնդենսատորների հեղինակավոր ապրանքանիշերն օգտագործում են ավելի հաստ թաղանթներ, ինչը հանգեցնում է ավելի մեծ կոնդենսատորների, քան մյուս ապրանքանիշերը: և դժվար թե ինքն իրեն բուժի:
Եթե ​​X կոնդենսատորը մշտապես միացված չէ սնուցման աղբյուրին, ապա ձեզ անհանգստանալու կարիք չկա: Օրինակ, արտադրանքի համար, որն ունի կոշտ անջատիչ էլեկտրամատակարարման և կոնդենսատորի միջև, չափը կարող է ավելի կարևոր լինել, քան կյանքը, և ապա դուք կարող եք ընտրել ավելի բարակ կոնդենսատոր:
Այնուամենայնիվ, եթե կոնդենսատորը մշտապես միացված է էներգիայի աղբյուրին, այն պետք է լինի բարձր հուսալիություն: Կոնդենսատորների օքսիդացումն անխուսափելի չէ: Եթե կոնդենսատորի էպոքսիդային նյութը լավ որակի է, և կոնդենսատորը հաճախ չի ենթարկվում ծայրահեղ ջերմաստիճանի, անկումը արժեքը պետք է լինի նվազագույն:
Այս հոդվածում առաջին անգամ ներկայացվեց կոնդենսատորների դաշտային տեսությունը: Գործնական օրինակները և մոդելավորման արդյունքները ցույց են տալիս, թե ինչպես ընտրել և օգտագործել կոնդենսատորների ամենատարածված տեսակները: Հուսով ենք, որ այս տեղեկատվությունը կօգնի ձեզ ավելի համապարփակ հասկանալ կոնդենսատորների դերը էլեկտրոնային և EMC նախագծման մեջ:
Դոկտոր Մին Ժանգը բրիտանական Mach One Design Ltd ինժեներական ընկերության հիմնադիրն ու գլխավոր EMC խորհրդատուն է, որը մասնագիտացած է EMC խորհրդատվության, անսարքությունների վերացման և վերապատրաստման ոլորտում: Էլեկտրաէներգիայի էլեկտրոնիկայի, թվային էլեկտրոնիկայի, շարժիչների և արտադրանքի նախագծման ոլորտում նրա խորը գիտելիքները շահել են: ընկերություններ 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