жаңылыктар

Конденсаторлор схемалардагы эң көп колдонулган компоненттердин бири. Электрондук түзүлүштөрдүн саны (уюлдук телефондордон тартып унааларга чейин) көбөйгөн сайын конденсаторлорго суроо-талап да өсүүдө. Ковид 19 пандемиясы жарым өткөргүчтөрдөн пассивдүү компоненттерге чейин дүйнөлүк компоненттерди жеткирүү чынжырын үзгүлтүккө учуратты, ал эми конденсаторлор жетишсиз болду1.
Конденсаторлор темасындагы талкууларды оңой эле китепке же сөздүккө айландырса болот. Биринчиден, конденсаторлордун ар кандай түрлөрү бар, мисалы, электролиттик конденсаторлор, пленка конденсаторлору, керамикалык конденсаторлор жана башкалар. Андан кийин, бир эле типте, ар кандай диэлектрик материалдар бар. Ошондой эле ар кандай класстар бар. Физикалык түзүлүшүнө келсек, эки терминалдуу жана үч терминалдуу конденсатор түрлөрү бар. Ошондой эле X2Y түрүндөгү конденсатор бар, ал негизинен бир жуп Y конденсаторлорунун биринде капсулаланган. Суперконденсаторлор жөнүндө эмне айтууга болот? Чындыгында, эгер сиз отуруп алып, ири өндүрүүчүлөрдүн конденсаторлорду тандоо боюнча көрсөтмөлөрүн окуп баштасаңыз, күндү оңой өткөрө аласыз!
Бул макала негиздери жөнүндө болгондуктан, мен адаттагыдай башка ыкманы колдоном. Мурда айтылгандай, конденсатор тандоо боюнча көрсөтмөлөрдү жеткирүүчүлөрдүн 3 жана 4 веб-сайттарынан оңой тапса болот жана талаа инженерлери адатта конденсаторлор боюнча көпчүлүк суроолорго жооп бере алышат. Бул макалада мен Интернеттен таба ала турган нерселерди кайталабайм, бирок практикалык мисалдар аркылуу конденсаторлорду кантип тандоону жана колдонууну көрсөтөм. Конденсаторду тандоонун кээ бир анча белгилүү болгон аспектилери, мисалы, сыйымдуулуктун начарлашы да каралат. Бул макаланы окугандан кийин, сиз конденсаторлорду колдонууну жакшы түшүнүшүңүз керек.
Бир нече жыл мурун, мен электрондук жабдууларды чыгарган компанияда иштеп жүргөнүмдө, бизде энергетикалык электроника боюнча инженерге интервью берген суроо бар болчу. Учурдагы буюмдун схемалык диаграммасында биз потенциалдуу талапкерлерден "Тур токтун электролиттик конденсаторунун милдети кандай?" жана "Чиптин жанында жайгашкан керамикалык конденсатордун милдети эмне?" Туура жооп DC автобус конденсатору Энергияны сактоо үчүн колдонулат, керамикалык конденсаторлор чыпкалоо үчүн колдонулат деп үмүттөнөбүз.
Биз издеген "туура" жооп чындыгында конденсаторлорго талаа теориясынын көз карашынан эмес, жөнөкөй схеманын көз карашынан караганын көрсөтүп турат. Схема теориясынын көз карашы туура эмес. Төмөн жыштыктарда (бир нече кГцден бир нече МГцге чейин) схема теориясы көйгөйдү жакшы түшүндүрө алат. Себеби төмөнкү жыштыктарда сигнал негизинен дифференциалдык режимде болот. Схема теориясын колдонуу менен биз 1-сүрөттө көрсөтүлгөн конденсаторду көрө алабыз, мында эквиваленттүү сериялык каршылык (ESR) жана эквиваленттүү катар индуктивдүүлүк (ESL) конденсатордун импедансын жыштык менен өзгөртөт.
Бул модель чынжыр жай которулганда чынжырдын иштешин толугу менен түшүндүрөт. Бирок, жыштык көбөйгөн сайын, баары татаалдашат. Кайсы бир учурда, компонент сызыктуу эместигин көрсөтө баштайт. Жыштык көбөйгөндө, жөнөкөй LCR моделинде чектөөлөр бар.
Бүгүн, эгер мага ошол эле интервью суроосу берилсе, мен талаа теориясын байкоочу көз айнегимди тагынып, конденсатордун эки түрү тең энергия сактоочу шаймандар деп айтмакмын. Айырмасы электролиттик конденсаторлор керамикалык конденсаторлорго караганда көбүрөөк энергияны сактай алат. Бирок энергияны өткөрүү жагынан керамикалык конденсаторлор энергияны тезирээк өткөрө алат. Бул эмне үчүн керамикалык конденсаторлорду чиптин жанына коюу керектигин түшүндүрөт, анткени чиптин негизги электр чынжырына салыштырмалуу которуу жыштыгы жана өтүү ылдамдыгы жогору.
Бул көз караштан алганда, биз жөн гана конденсаторлор үчүн эки аткаруу стандарттарын аныктай алат. Бири конденсатор канча энергияны сактай ала турган болсо, экинчиси бул энергиянын канчалык тез берилиши. Экөө тең конденсатордун өндүрүш ыкмасына, диэлектрдик материалга, конденсатор менен байланышка жана башкаларга көз каранды.
Схемадагы өчүргүч жабылганда (2-сүрөттү караңыз), бул жүккө энергия булагынан келген энергия керек экендигин көрсөтөт. Бул өчүргүч жабылган ылдамдыгы энергияга болгон суроо-талаптын актуалдуулугун аныктайт. Энергия жарык ылдамдыгы менен тарагандыктан (FR4 материалдарында жарыктын ылдамдыгынын жарымы), энергияны өткөрүү үчүн убакыт талап кылынат. Мындан тышкары, булак менен өткөргүч линиясынын жана жүктүн ортосунда импеданстын дал келбестиги бар. Бул энергия бир сапарда эч качан берилбейт дегенди билдирет, бирок бир нече айланма сапарларда5, ошондуктан коммутатор тез которулганда, биз которуштуруу толкун формасында кечигүүлөрдү жана коңгуроолорду көрөбүз.
2-сүрөт: Энергиянын космосто таралышы үчүн убакыт керек; импеданстын дал келбеши энергиянын бир нече айланма айлануусун шарттайт.
Энергияны жеткирүү убакытты жана бир нече айланма сапарларды талап кыла тургандыгы бизге энергияны жүккө мүмкүн болушунча жакыныраак жылдыруу керек экенин жана аны тез жеткирүүнүн жолун табышыбыз керектигин айтып турат. Биринчиси, адатта, жүктүн, өчүргүчтүн жана конденсатордун ортосундагы физикалык аралыкты азайтуу аркылуу ишке ашат. Акыркысы эң аз импеданс менен конденсаторлордун тобун чогултуу аркылуу ишке ашат.
Талаа теориясы ошондой эле жалпы режимдин ызы-чуусуна эмне себеп болгонун түшүндүрөт. Кыскача айтканда, жалпы режимдеги ызы-чуу которуу учурунда жүктүн энергияга болгон муктаждыгы канааттандырылбаганда пайда болот. Демек, жүк менен жакын жердеги өткөргүчтөрдүн ортосундагы мейкиндикте сакталган энергия кадам талабын колдоо үчүн камсыз кылынат. Жүк менен жакынкы өткөргүчтөрдүн ортосундагы мейкиндикти биз паразиттик/өз ара сыйымдуулук деп аташат (2-сүрөттү караңыз).
Электролиттик конденсаторлорду, көп катмарлуу керамикалык конденсаторлорду (MLCC) жана пленкалуу конденсаторлорду кантип колдонууну көрсөтүү үчүн биз төмөнкү мисалдарды колдонобуз. Тандалган конденсаторлордун иштешин түшүндүрүү үчүн чынжыр жана талаа теориясы колдонулат.
Электролиттик конденсаторлор, негизинен, негизги энергия булагы катары DC шилтеме колдонулат. Электролиттик конденсаторду тандоо көбүнчө төмөнкүлөрдөн көз каранды:
EMC аткаруу үчүн, конденсаторлордун маанилүү мүнөздөмөлөрү импеданс жана жыштык мүнөздөмөлөрү болуп саналат. Төмөн жыштыктагы эмиссиялар дайыма DC шилтеме конденсаторунун иштешинен көз каранды.
DC шилтеменин импедансы конденсатордун ESR жана ESL гана эмес, ошондой эле 3-сүрөттө көрсөтүлгөн жылуулук циклинин аянтына да көз каранды. Термикалык циклдин чоңураак аянты энергияны өткөрүү көбүрөөк убакытты талап кылат, андыктан аткаруу таасир этет.
Муну далилдөө үчүн төмөндөтүүчү DC-DC конвертер курулган. 4-сүрөттө көрсөтүлгөн шайкештикти алдын ала EMC сыноо орнотуусу 150кГц жана 108МГц ортосунда өткөрүлүүчү эмиссияны сканерлейт.
Импеданстын мүнөздөмөлөрүндөгү айырмачылыктарды болтурбоо үчүн, бул изилдөөдө колдонулган конденсаторлордун бардыгы бир өндүрүүчүдөн болушун камсыз кылуу маанилүү. ПХБдагы конденсаторду ширегенде, узун өткөргүчтөр жок экенине ынаныңыз, анткени бул конденсатордун ESL деңгээлин жогорулатат. 5-сүрөттө үч конфигурация көрсөтүлгөн.
Бул үч конфигурациянын жүргүзүлгөн эмиссиясынын натыйжалары 6-сүрөттө көрсөтүлгөн. Бир 680 мкФ конденсатор менен салыштырганда эки 330 мкФ конденсатор кененирээк жыштык диапазонунда 6 дБ чууну азайтуу көрсөткүчүнө жетишээрин көрүүгө болот.
Схема теориясынан, эки конденсаторду параллелдүү туташтыруу менен ESL жана ESR эки эсеге кыскарат деп айтууга болот. Талаа теориясынын көз карашынан алганда, бир эле энергия булагы эмес, эки энергия булагы бир эле жүк менен камсыздалып, жалпы энергияны өткөрүү убактысын эффективдүү кыскартат. Бирок, жогорку жыштыктарда эки 330 мкФ конденсатор менен бир 680 мкФ конденсатордун ортосундагы айырма кичирейет. Бул жогорку жыштык ызы-чуу жетишсиз кадам энергия жооп көрсөтүп турат, анткени. 330 мкФ конденсаторду өчүргүчкө жакыныраак жылдырганда биз энергияны өткөрүү убактысын кыскартабыз, бул конденсатордун кадамдык реакциясын эффективдүү жогорулатат.
Жыйынтык бизге абдан маанилүү сабакты айтып берет. Бир конденсатордун сыйымдуулугун жогорулатуу көбүнчө көбүрөөк энергияга болгон кадам талабын колдобойт. Мүмкүн болсо, кээ бир кичинекей сыйымдуулук компоненттерин колдонуңуз. Мунун көптөгөн жакшы себептери бар. Биринчи наркы болуп саналат. Жалпысынан алганда, бир эле пакеттин өлчөмү үчүн, конденсатордун баасы сыйымдуулуктун маанисине жараша экспоненциалдуу түрдө жогорулайт. Бир конденсаторду колдонуу бир нече кичине конденсаторлорду колдонууга караганда кымбатыраак болушу мүмкүн. Экинчи себеби - өлчөмү. Продукциянын дизайнын чектөөчү фактор адатта компоненттердин бийиктиги болуп саналат. Чоң сыйымдуулуктагы конденсаторлор үчүн бийиктик көбүнчө өтө чоң, бул продукт дизайнына ылайыктуу эмес. Үчүнчү себеп - бул изилдөөдө көргөн EMC көрсөткүчү.
Электролиттик конденсаторду колдонууда эске алынуучу дагы бир фактор, чыңалууну бөлүшүү үчүн эки конденсаторду катарга туташтырганыңызда, сизге тең салмактоочу резистор 6 керек болот.
Жогоруда айтылгандай, керамикалык конденсаторлор тез энергия менен камсыз кыла ала турган миниатюралык түзүлүштөр. Мага «канча конденсатор керек?» деген суроону көп беришет. Бул суроонун жообу керамикалык конденсаторлор үчүн сыйымдуулуктун мааниси анчалык маанилүү болбошу керек. Бул жердеги маанилүү нерсе – бул сиздин колдонмоңуз үчүн энергияны өткөрүү ылдамдыгы кайсы жыштыкта ​​жетиштүү экенин аныктоо. Жүргүзүлгөн эмиссия 100 МГцде иштебей калса, анда 100 МГц эң аз импеданстагы конденсатор жакшы тандоо болот.
Бул MLCC дагы бир түшүнбөстүк болуп саналат. Мен инженерлер конденсаторлорду RF маалымдама чекитине узун издер аркылуу туташтырардан мурун эң төмөнкү ESR жана ESL менен керамикалык конденсаторлорду тандоо үчүн көп энергия короторун көрдүм. Белгилей кетчү нерсе, MLCCдин ESL деңгээли, адатта, тактадагы туташуу индуктивдүүлүгүнөн кыйла төмөн. Туташуу индуктивдүүлүгү дагы эле керамикалык конденсаторлордун жогорку жыштык импедансына таасир этүүчү эң маанилүү параметр болуп саналат7.
7-сүрөт жаман мисалды көрсөтөт. Узун издер (узундугу 0,5 дюйм) жок дегенде 10нН индуктивдүүлүктү киргизет. Модельдештирүү натыйжасы конденсатордун импедансы жыштык чекитинде (50 МГц) күтүлгөндөн бир топ жогору болоорун көрсөтөт.
MLCC менен көйгөйлөрдүн бири, алар тактадагы индуктивдүү түзүм менен резонанстуу болушат. Муну 8-сүрөттө көрсөтүлгөн мисалдан көрүүгө болот, мында 10 μF MLCCди колдонуу болжол менен 300 кГц резонансты киргизет.
Сиз ESR чоңураак компонентти тандап же жөн гана кичинекей резисторду (мисалы, 1 Ом) конденсатор менен катар коюу менен резонансты азайта аласыз. Бул түрү системаны басуу үчүн жоготуу компоненттерин колдонот. Дагы бир ыкма резонансты төмөнкү же жогорку резонанстык чекитке жылдыруу үчүн башка сыйымдуулук маанисин колдонуу болуп саналат.
Пленка конденсаторлору көптөгөн колдонмолордо колдонулат. Алар жогорку кубаттуулуктагы DC-DC өзгөрткүчтөрү үчүн тандалган конденсаторлор жана электр линияларында (AC жана DC) жана жалпы режимдеги чыпкалоо конфигурацияларында EMI басуу чыпкалары катары колдонулат. Пленкалык конденсаторлорду колдонуунун кээ бир негизги пункттарын көрсөтүү үчүн мисал катары X конденсаторун алабыз.
Эгерде толкундануу окуясы пайда болсо, ал линиядагы эң жогорку чыңалуу стрессин чектөөгө жардам берет, ошондуктан ал адатта убактылуу чыңалуу басуучу (TVS) же металл оксидинин варистору (MOV) менен колдонулат.
Сиз мунун баарын мурунтан эле билесизби, бирок X конденсаторунун сыйымдуулугу көп жылдык колдонуу менен бир топ кыскарышы мүмкүн экенин билесизби? Бул конденсатор нымдуу чөйрөдө колдонулса, өзгөчө чыныгы болуп саналат. Мен X конденсаторунун сыйымдуулугу бир же эки жылдын ичинде анын номиналдык маанисинин бир нече пайызына гана түшүп кеткенин көрдүм, андыктан алгач X конденсатору менен иштелип чыккан система иш жүзүндө алдыңкы конденсатордогу бардык коргоону жоготту.
Анда эмне болду? Ным аба конденсаторго, зымга жана куту менен эпоксиддүү идиш аралашмасынын ортосуна агып кетиши мүмкүн. алюминий металлдаштыруу кийин кычкылданышы мүмкүн. Глинозем жакшы электр изолятору, ошону менен сыйымдуулукту азайтат. Бул бардык пленка конденсаторлоруна туш боло турган көйгөй. Мен айтып жаткан маселе пленканын калыңдыгы. Атактуу конденсатор бренддери калың пленкаларды колдонушат, натыйжада башка бренддерге караганда конденсаторлор чоңураак болот. Жука пленка конденсаторду ашыкча жүктөөгө (чыңалуу, ток же температура) азыраак бекем кылат жана ал өзүн-өзү айыктыра албайт.
Эгерде X конденсатору кубат булагына туруктуу туташкан эмес болсо, анда кабатырлануунун кереги жок. Мисалы, кубат менен камсыздоо жана конденсатордун ортосунда катуу которгуч бар продукт үчүн, өлчөм өмүргө караганда маанилүү болушу мүмкүн, андан кийин ичке конденсаторду тандай аласыз.
Бирок, эгерде конденсатор кубат булагына туруктуу туташкан болсо, анда ал абдан ишенимдүү болушу керек. Конденсаторлордун кычкылдануусу сөзсүз болбойт. Эгерде конденсатор эпоксиддик материал сапаттуу болсо жана конденсатор экстремалдык температурага көп дуушарланбаса, анда нарктын төмөндөшү минималдуу болушу керек.
Бул макалада биринчи жолу конденсаторлордун талаа теориясынын көрүнүшү киргизилген. Практикалык мисалдар жана моделдөө натыйжалары конденсаторлордун эң кеңири таралган түрлөрүн кантип тандоону жана колдонууну көрсөтөт. Бул маалымат сизге электрондук жана EMC дизайнындагы конденсаторлордун ролун кеңири түшүнүүгө жардам берет деп үмүттөнөбүз.
Доктор Мин Чжан EMC боюнча консалтинг, көйгөйлөрдү аныктоо жана окутуу боюнча адистешкен Улуу Британияда жайгашкан Mach One Design Ltd инженердик компаниясынын негиздөөчүсү жана башкы EMC консультанты. Анын энергетикалык электроника, санарип электроника, моторлор жана продукциянын дизайны боюнча терең билими дүйнө жүзүндөгү компанияларга пайда алып келди.
In Compliance - бул электр жана электрондук инженерия адистери үчүн жаңылыктардын, маалыматтын, билимдин жана илхамдын негизги булагы.
Аэрокосмостук Унаа байланыштары Керектөөчү электроника Билим берүү Энергетика жана энергетикалык өнөр жай Маалыматтык технологиялар Медициналык Аскердик жана Улуттук Коргоо