yangiliklar

Kondensatorlar elektron platalarda eng ko'p ishlatiladigan komponentlardan biridir. Elektron qurilmalar soni (mobil telefonlardan avtomobillargacha) ortib borayotgani sababli, kondansatkichlarga bo'lgan talab ortib bormoqda. Covid 19 pandemiyasi yarimo'tkazgichlardan passiv qismlarga qadar global komponentlar etkazib berish zanjirini buzdi va kondansatörler etishmayotgan edi1.
Kondensatorlar mavzusidagi munozaralar osongina kitob yoki lug'atga aylantirilishi mumkin. Birinchidan, elektrolitik kondansatkichlar, kino kondansatkichlari, seramika kondansatkichlari va boshqalar kabi har xil turdagi kondansatörler mavjud. Keyin, bir xil turdagi, turli xil dielektrik materiallar mavjud. Bundan tashqari, turli sinflar mavjud. Jismoniy tuzilishga kelsak, ikkita terminalli va uch terminalli kondansatör turlari mavjud. Bundan tashqari, X2Y tipidagi kondansatör mavjud bo'lib, u asosan bir juft Y kondansatkichlaridan iborat. Superkondensatorlar haqida nima deyish mumkin? Haqiqat shundaki, agar siz o'tirib, yirik ishlab chiqaruvchilarning kondansatör tanlash bo'yicha qo'llanmalarini o'qishni boshlasangiz, kunni osongina o'tkazishingiz mumkin!
Ushbu maqola asoslar haqida bo'lgani uchun, men odatdagidek boshqa usuldan foydalanaman. Avval aytib o'tganimizdek, kondansatör tanlash bo'yicha qo'llanmalarni etkazib beruvchilarning 3 va 4 veb-saytlarida osongina topish mumkin va dala muhandislari odatda kondansatkichlar haqidagi ko'plab savollarga javob berishlari mumkin. Ushbu maqolada men Internetda topishingiz mumkin bo'lgan narsalarni takrorlamayman, lekin amaliy misollar orqali kondansatörlarni qanday tanlash va ishlatishni ko'rsataman. Kondensatorni tanlashning kam ma'lum bo'lgan ba'zi jihatlari, masalan, sig'imning buzilishi ham yoritiladi. Ushbu maqolani o'qib chiqqandan so'ng, siz kondansatkichlardan foydalanishni yaxshi tushunishingiz kerak.
Yillar oldin, men elektron uskunalar ishlab chiqaradigan kompaniyada ishlaganimda, bizda energiya elektronikasi muhandisiga intervyu bergan edik. Mavjud mahsulotning sxematik diagrammasi bo'yicha biz potentsial nomzodlardan "DC aloqa elektrolitik kondansatkichning vazifasi nimadan iborat?" va "Chip yonida joylashgan keramik kondansatörning vazifasi nima?" Umid qilamizki, to'g'ri javob DC avtobus kondansatörü Energiyani saqlash uchun ishlatiladi, keramik kondansatörler filtrlash uchun ishlatiladi.
Biz izlayotgan "to'g'ri" javob aslida dizayn guruhidagi har bir kishi kondansatörlarga maydon nazariyasi nuqtai nazaridan emas, balki oddiy sxema nuqtai nazaridan qarashini ko'rsatadi. O'chirish nazariyasi nuqtai nazari noto'g'ri emas. Past chastotalarda (bir necha kHz dan bir necha MGts gacha) elektron nazariyasi odatda muammoni yaxshi tushuntira oladi. Buning sababi shundaki, past chastotalarda signal asosan differentsial rejimda bo'ladi. O'chirish nazariyasidan foydalanib, biz 1-rasmda ko'rsatilgan kondansatkichni ko'rishimiz mumkin, bu erda ekvivalent ketma-ket qarshilik (ESR) va ekvivalent seriyali indüktans (ESL) chastota bilan kondansatkichning impedansini o'zgartiradi.
Ushbu model kontaktlarning zanglashiga olib sekin o'zgartirilganda sxemaning ishlashini to'liq tushuntiradi. Biroq, chastota oshgani sayin, ishlar yanada murakkablashadi. Bir nuqtada, komponent chiziqli bo'lmaganligini ko'rsata boshlaydi. Chastotani oshirganda, oddiy LCR modeli o'z cheklovlariga ega.
Bugun, agar menga bir xil intervyu savoli berilsa, men dala nazariyasini kuzatish uchun ko'zoynak taqib, ikkala kondansatör turi ham energiya saqlash moslamasi ekanligini aytdim. Farqi shundaki, elektrolitik kondansatkichlar keramik kondansatkichlarga qaraganda ko'proq energiya saqlashi mumkin. Ammo energiyani uzatish nuqtai nazaridan, keramik kondansatkichlar energiyani tezroq uzatishi mumkin. Bu nima uchun keramik kondansatkichlarni chipning yoniga qo'yish kerakligini tushuntiradi, chunki chip asosiy quvvat davriga nisbatan yuqori kommutatsiya chastotasi va o'tish tezligiga ega.
Shu nuqtai nazardan, biz oddiygina kondansatkichlar uchun ikkita ishlash standartini belgilashimiz mumkin. Ulardan biri kondansatör qancha energiya to'plashi mumkinligi, ikkinchisi esa bu energiya qanchalik tez o'tkazilishi. Ikkalasi ham kondansatkichning ishlab chiqarish usuliga, dielektrik materialga, kondansatör bilan ulanishga va hokazolarga bog'liq.
Devrendagi kalit yopilganda (2-rasmga qarang), bu yukning quvvat manbaidan energiyaga muhtojligini ko'rsatadi. Ushbu kalit yopilish tezligi energiya talabining dolzarbligini belgilaydi. Energiya yorug'lik tezligida (FR4 materiallarida yorug'lik tezligining yarmi) harakat qilgani uchun energiyani uzatish uchun vaqt kerak bo'ladi. Bundan tashqari, manba va uzatish liniyasi va yuk o'rtasida impedans mos kelmasligi mavjud. Bu shuni anglatadiki, energiya hech qachon bir safarda o'tkazilmaydi, lekin bir nechta aylanma safarlarda5, shuning uchun kalit tezda almashtirilganda biz kommutatsiya to'lqin shaklida kechikishlar va qo'ng'iroqlarni ko'ramiz.
2-rasm: energiyaning kosmosda tarqalishi uchun vaqt kerak; impedansning mos kelmasligi energiya uzatishning bir necha marta aylanishiga olib keladi.
Energiyani yetkazib berish vaqt talab qilishi va bir necha bor aylanib o‘tishi bizga energiyani imkon qadar yukga yaqinroq o‘tkazishimiz kerakligini va uni tezda yetkazib berish yo‘lini topishimiz kerakligini aytadi. Birinchisi, odatda, yuk, kalit va kondansatör o'rtasidagi jismoniy masofani kamaytirish orqali erishiladi. Ikkinchisiga eng kichik empedansga ega bo'lgan kondansatörler guruhini yig'ish orqali erishiladi.
Maydon nazariyasi, shuningdek, umumiy tartib shovqiniga nima sabab bo'lishini tushuntiradi. Muxtasar qilib aytganda, umumiy rejim shovqini kommutatsiya paytida yukning energiya talabi qondirilmaganda hosil bo'ladi. Shuning uchun yuk va yaqin atrofdagi o'tkazgichlar orasidagi bo'shliqda saqlanadigan energiya qadam talabini qo'llab-quvvatlash uchun ta'minlanadi. Yuk va yaqin atrofdagi o'tkazgichlar orasidagi bo'shliq biz parazit / o'zaro sig'im deb ataladigan narsadir (2-rasmga qarang).
Elektrolitik kondansatörler, ko'p qatlamli keramik kondansatörler (MLCC) va plyonkali kondansatkichlardan qanday foydalanishni ko'rsatish uchun quyidagi misollardan foydalanamiz. Tanlangan kondansatkichlarning ishlashini tushuntirish uchun sxema va maydon nazariyasi ham qo'llaniladi.
Elektrolitik kondansatkichlar, asosan, asosiy energiya manbai sifatida doimiy oqimda ishlatiladi. Elektrolitik kondansatkichni tanlash ko'pincha quyidagilarga bog'liq:
EMC ishlashi uchun kondensatorlarning eng muhim xususiyatlari impedans va chastotali xarakteristikalardir. Past chastotali o'tkaziladigan emissiya har doim DC havolasi kondansatkichlarining ishlashiga bog'liq.
DC havolasining empedansi nafaqat kondansatkichning ESR va ESL ga, balki 3-rasmda ko'rsatilganidek, termal halqa maydoniga ham bog'liq. Kattaroq termal halqa maydoni energiya uzatish ko'proq vaqt talab qiladi, shuning uchun ishlash ta'sir qiladi.
Buni isbotlash uchun pastga tushadigan DC-DC konvertori qurilgan. 4-rasmda ko'rsatilgan muvofiqlikdan oldingi EMC test sozlamalari 150kHz va 108MHz oralig'ida o'tkazilgan emissiya skanerini amalga oshiradi.
Empedans xarakteristikalaridagi farqlarga yo'l qo'ymaslik uchun ushbu vaziyatni o'rganishda ishlatiladigan kondansatörlarning barchasi bir ishlab chiqaruvchidan ekanligini ta'minlash muhimdir. Kondensatorni tenglikni lehimlashda, uzoq simlar yo'qligiga ishonch hosil qiling, chunki bu kondansatörning ESL ni oshiradi. 5-rasmda uchta konfiguratsiya ko'rsatilgan.
Ushbu uchta konfiguratsiyaning o'tkazilgan emissiya natijalari 6-rasmda ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, bitta 680 mkF kondansatör bilan solishtirganda, ikkita 330 mkF kondansatör kengroq chastota diapazonida shovqinni 6 dB ga kamaytirishga erishadi.
O'chirish nazariyasidan shuni aytish mumkinki, ikkita kondansatkichni parallel ravishda ulash orqali ESL va ESR ham ikki baravar kamayadi. Dala nazariyasi nuqtai nazaridan, faqat bitta energiya manbai emas, balki ikkita energiya manbai bir xil yuk bilan ta'minlanadi, bu umumiy energiya uzatish vaqtini samarali ravishda kamaytiradi. Biroq, yuqori chastotalarda ikkita 330 mkF kondansatör va bitta 680 mkF kondansatör o'rtasidagi farq qisqaradi. Buning sababi shundaki, yuqori chastotali shovqin qadam energiya javobining etarli emasligini ko'rsatadi. 330 mkF kondansatörni kalitga yaqinroq o'tkazganda, biz energiya uzatish vaqtini qisqartiramiz, bu esa kondansatörning qadam reaktsiyasini samarali oshiradi.
Natija bizga juda muhim saboq beradi. Bitta kondansatörning sig'imini oshirish odatda ko'proq energiyaga bo'lgan talabni qo'llab-quvvatlamaydi. Iloji bo'lsa, kichikroq sig'imli komponentlardan foydalaning. Buning uchun juda ko'p yaxshi sabablar bor. Birinchisi - xarajat. Umuman olganda, bir xil paket hajmi uchun kondansatkichning narxi sig'im qiymati bilan eksponent ravishda oshadi. Bitta kondansatördan foydalanish bir nechta kichikroq kondansatörlarni ishlatishdan ko'ra qimmatroq bo'lishi mumkin. Ikkinchi sabab - o'lcham. Mahsulot dizaynidagi cheklovchi omil odatda komponentlarning balandligi hisoblanadi. Katta hajmli kondansatörler uchun balandlik ko'pincha juda katta, bu mahsulot dizayni uchun mos emas. Uchinchi sabab - biz amaliy tadqiqotda ko'rgan EMC ko'rsatkichi.
Elektrolitik kondansatkichdan foydalanishda e'tiborga olish kerak bo'lgan yana bir omil shundaki, kuchlanishni taqsimlash uchun ikkita kondansatkichni ketma-ket ulaganingizda, sizga muvozanatlashtiruvchi rezistor 6 kerak bo'ladi.
Yuqorida aytib o'tilganidek, seramika kondansatkichlari tezda energiya bilan ta'minlaydigan miniatyura qurilmalaridir. Menga tez-tez savol berishadi: "Menga qancha kondansatör kerak?" Bu savolga javob shundaki, keramik kondansatkichlar uchun sig'im qiymati unchalik muhim bo'lmasligi kerak. Bu erda muhim e'tibor, qaysi chastotada energiya uzatish tezligi ilovangiz uchun etarli ekanligini aniqlashdir. Agar o'tkazilgan emissiya 100 MGts chastotada ishlamay qolsa, u holda 100 MGts chastotada eng kichik empedansga ega bo'lgan kondansatör yaxshi tanlov bo'ladi.
Bu MLCCning yana bir noto'g'ri tushunishidir. Men muhandislar uzoq izlar orqali kondensatorlarni RF mos yozuvlar nuqtasiga ulashdan oldin eng past ESR va ESL bilan keramik kondansatkichlarni tanlash uchun ko'p energiya sarflashlarini ko'rdim. Shuni ta'kidlash kerakki, MLCC ning ESL odatda platadagi ulanish induktivligidan ancha past. Ulanish indüktansı hali ham keramik kondansatkichlarning yuqori chastotali empedansiga ta'sir qiluvchi eng muhim parametrdir7.
7-rasmda yomon misol ko'rsatilgan. Uzoq izlar (uzunligi 0,5 dyuym) kamida 10nH indüktans kiritadi. Simulyatsiya natijasi shuni ko'rsatadiki, kondensatorning empedansi chastota nuqtasida (50 MGts) kutilganidan ancha yuqori bo'ladi.
MLCC bilan bog'liq muammolardan biri shundaki, ular kengashdagi induktiv tuzilma bilan rezonanslashadi. Buni 8-rasmda ko'rsatilgan misolda ko'rish mumkin, bu erda 10 µF MLCC dan foydalanish taxminan 300 kHz chastotada rezonansni keltirib chiqaradi.
Kattaroq ESRga ega komponentni tanlash yoki oddiygina kichik qiymatli qarshilikni (masalan, 1 ohm) kondansatör bilan ketma-ket joylashtirish orqali rezonansni kamaytirishingiz mumkin. Ushbu turdagi usul tizimni bostirish uchun yo'qolgan komponentlardan foydalanadi. Boshqa usul - rezonansni past yoki yuqori rezonans nuqtasiga o'tkazish uchun boshqa sig'im qiymatidan foydalanish.
Film kondensatorlari ko'plab ilovalarda qo'llaniladi. Ular yuqori quvvatli DC-DC konvertorlari uchun tanlangan kondansatkichlar bo'lib, elektr uzatish liniyalari (AC va DC) va umumiy rejimdagi filtrlash konfiguratsiyalarida EMI bostirish filtrlari sifatida ishlatiladi. Biz plyonkali kondansatkichlardan foydalanishning ba'zi asosiy nuqtalarini ko'rsatish uchun misol sifatida X kondensatorini olamiz.
Agar kuchlanish hodisasi ro'y bersa, u chiziqdagi eng yuqori kuchlanish kuchlanishini cheklashga yordam beradi, shuning uchun u odatda vaqtinchalik kuchlanish bostiruvchi (TVS) yoki metall oksidi varistori (MOV) bilan ishlatiladi.
Bularning barchasini allaqachon bilishingiz mumkin, lekin X kondansatkichning sig'im qiymatini yillar davomida foydalanish bilan sezilarli darajada kamaytirish mumkinligini bilarmidingiz? Bu, ayniqsa, kondansatör nam muhitda ishlatilsa, to'g'ri keladi. Men X kondensatorining sig'im qiymati bir yoki ikki yil ichida nominal qiymatining bir necha foiziga tushganini ko'rdim, shuning uchun dastlab X kondansatörü bilan ishlab chiqilgan tizim aslida oldingi kondansatör ega bo'lishi mumkin bo'lgan barcha himoyani yo'qotdi.
Xo'sh, nima bo'ldi? Namlik havosi kondensatorga, simga va quti va epoksi idish aralashmasi orasiga oqishi mumkin. Keyinchalik alyuminiy metallizatsiyasi oksidlanishi mumkin. Alumina yaxshi elektr izolyatoridir, shuning uchun sig'imni kamaytiradi. Bu barcha kino kondensatorlari duch keladigan muammo. Men gapiradigan masala - bu plyonka qalinligi. Taniqli kondansatör markalari qalinroq plyonkalardan foydalanadi, buning natijasida boshqa brendlarga qaraganda kattaroq kondansatörler olinadi. Yupqaroq plyonka kondansatörni ortiqcha yuklanishga (kuchlanish, oqim yoki harorat) nisbatan kamroq mustahkam qiladi va u o'zini davolashi dargumon.
Agar X kondansatörü doimiy ravishda quvvat manbaiga ulanmagan bo'lsa, unda tashvishlanishga hojat yo'q. Misol uchun, quvvat manbai va kondansatör o'rtasida qattiq kalitga ega bo'lgan mahsulot uchun o'lcham hayotdan ko'ra muhimroq bo'lishi mumkin, keyin siz ingichka kondansatör tanlashingiz mumkin.
Biroq, agar kondansatör quvvat manbaiga doimiy ravishda ulangan bo'lsa, u juda ishonchli bo'lishi kerak. Kondensatorlarning oksidlanishi muqarrar emas. Agar kondansatör epoksi materiali sifatli bo'lsa va kondansatör tez-tez haddan tashqari haroratga ta'sir qilmasa, qiymatning pasayishi minimal bo'lishi kerak.
Ushbu maqolada birinchi bo'lib kondansatörlarning maydon nazariyasi ko'rinishi kiritildi. Amaliy misollar va simulyatsiya natijalari eng keng tarqalgan kondansatör turlarini qanday tanlash va ishlatishni ko'rsatadi. Umid qilamanki, ushbu ma'lumot elektron va EMC dizaynidagi kondansatörlarning rolini yanada to'liqroq tushunishga yordam beradi.
Doktor Min Chjan EMC konsalting, nosozliklarni bartaraf etish va treningga ixtisoslashgan Buyuk Britaniyada joylashgan Mach One Design Ltd injiniring kompaniyasi asoschisi va bosh EMC maslahatchisi. Uning quvvat elektronikasi, raqamli elektronika, motorlar va mahsulot dizayni bo'yicha chuqur bilimi butun dunyodagi kompaniyalarga foyda keltirdi.
In Compliance - bu elektrotexnika va elektron muhandislik mutaxassislari uchun yangiliklar, ma'lumotlar, ta'lim va ilhomning asosiy manbai.
Aerokosmik avtomobil aloqasi Maishiy elektronika taʼlim Energetika va energetika sanoati axborot texnologiyalari Tibbiy harbiy va milliy mudofaa