ахбор

Конденсаторҳо яке аз ҷузъҳои маъмултарин дар тахтаҳои ноҳиявӣ мебошанд. Бо афзоиши шумораи дастгоҳҳои электронӣ (аз телефонҳои мобилӣ то мошинҳо) талабот ба конденсаторҳо зиёд мешавад. Пандемияи Ковид 19 занҷири ҷаҳонии таъминоти ҷузъҳоро аз нимноқилҳо то ҷузъҳои ғайрифаъол халалдор кард ва конденсаторҳо нокифоя буданд1.
Муҳокимаҳоро дар мавзӯи конденсаторҳо ба осонӣ ба китоб ё луғат табдил додан мумкин аст. Аввалан, намудҳои гуногуни конденсаторҳо мавҷуданд, ба монанди конденсаторҳои электролитӣ, конденсаторҳои плёнка, конденсаторҳои сафолӣ ва ғайра. Сипас, дар як намуд, маводи диэлектрикӣ гуногун вуҷуд доранд. Инчунин синфҳои гуногун мавҷуданд. Дар мавриди сохтори физикӣ, конденсаторҳои ду-терминалӣ ва се-терминалӣ мавҷуданд. Инчунин як конденсатори навъи X2Y мавҷуд аст, ки аслан як ҷуфт конденсатори Y дар як капсул аст. Дар бораи суперконденсаторҳо чӣ гуфтан мумкин аст? Ҳақиқат ин аст, ки агар шумо нишастед ва ба хондани дастурҳои интихоби конденсаторҳо аз истеҳсолкунандагони асосӣ шурӯъ кунед, шумо метавонед рӯзро ба осонӣ гузаронед!
Азбаски ин мақола дар бораи асосҳо аст, ман одатан усули дигарро истифода хоҳам кард. Тавре ки қаблан зикр гардид, дастурҳои интихоби конденсаторҳоро дар вебсайтҳои таъминкунандагони 3 ва 4 ба осонӣ пайдо кардан мумкин аст ва муҳандисони соҳа одатан метавонанд ба аксари саволҳо дар бораи конденсаторҳо ҷавоб диҳанд. Дар ин мақола, ман он чизеро, ки шумо дар Интернет пайдо карда метавонед, такрор намекунам, аммо тавассути мисолҳои амалӣ чӣ гуна интихоб ва истифода бурдани конденсаторҳоро нишон медиҳам. Баъзе ҷанбаҳои камтар маълуми интихоби конденсаторҳо, ба монанди таназзули иқтидор низ фаро гирифта мешаванд. Пас аз хондани ин мақола, шумо бояд дар бораи истифодаи конденсаторҳо хуб фаҳмед.
Солҳо пеш, вақте ки ман дар як ширкати истеҳсолкунандаи таҷҳизоти электронӣ кор мекардам, мо ба як муҳандиси электроникаи барқ ​​​​як саволи мусоҳиба доштем. Дар диаграммаи схематикии маҳсулоти мавҷуда, мо аз номзадҳои эҳтимолӣ мепурсем: "Функсияи конденсатори электролитии пайвасти DC чист?" ва "Функсияи конденсатори сафолии дар паҳлӯи чип ҷойгиршуда чист?" Мо умедворем, ки ҷавоби дуруст конденсатори автобуси DC аст, ки барои нигоҳдории энергия истифода мешавад, конденсаторҳои сафолӣ барои филтр истифода мешаванд.
Ҷавоби "дуруст"е, ки мо меҷӯем, воқеан нишон медиҳад, ки ҳама дар гурӯҳи тарроҳӣ ба конденсаторҳо аз нуқтаи назари схемаи оддӣ менигаранд, на аз нуқтаи назари назарияи майдон. Нуктаи назари назарияи схема хато нест. Дар басомадҳои паст (аз чанд кГц то чанд МГс), назарияи схема одатан метавонад мушкилотро хуб шарҳ диҳад. Сабаб дар он аст, ки дар басомадҳои паст сигнал асосан дар ҳолати дифференсиалӣ қарор дорад. Бо истифода аз назарияи занҷир, мо метавонем конденсатореро, ки дар расми 1 нишон дода шудааст, бубинем, ки дар он муқовимати силсилаи эквивалентӣ (ESR) ва индуктивии силсилаи эквивалентӣ (ESL) импеданси конденсаторро бо басомад тағир медиҳанд.
Ин модел иҷрои схемаро ҳангоми оҳиста иваз кардани схема пурра шарҳ медиҳад. Аммо, баробари зиёд шудани басомад, корҳо бештар ва мураккабтар мешаванд. Дар баъзе нуқтаҳо, компонент ба нишон додани ғайрихаттӣ оғоз мекунад. Вақте ки басомад зиёд мешавад, модели оддии LCR маҳдудиятҳои худро дорад.
Имрӯз, агар ба ман як саволи мусоҳиба дода шавад, ман айнаки мушоҳидаи назарияи саҳроии худро мепӯшам ва мегуфтам, ки ҳарду намуди конденсаторҳо дастгоҳҳои нигоҳдории энергия мебошанд. Фарқият дар он аст, ки конденсаторҳои электролитӣ нисбат ба конденсаторҳои сафолӣ энергияи бештарро нигоҳ дошта метавонанд. Аммо аз нуқтаи назари интиқоли энергия, конденсаторҳои сафолӣ метавонанд энергияро зудтар интиқол диҳанд. Ин мефаҳмонад, ки чаро конденсаторҳои сафолиро дар паҳлӯи чип ҷойгир кардан лозим аст, зеро чип нисбат ба схемаи асосии барқ ​​басомади гузариш ва суръати гузаришро дорад.
Аз ин нуқтаи назар, мо метавонем танҳо ду стандарти иҷрои конденсаторҳоро муайян кунем. Яке он аст, ки конденсатор чӣ қадар энергияро нигоҳ дошта метавонад ва дигаре ин аст, ки ин энергия то чӣ андоза зуд интиқол дода мешавад. Ҳарду аз усули истеҳсоли конденсатор, маводи диэлектрикӣ, пайвастшавӣ бо конденсатор ва ғайра вобастаанд.
Вақте ки коммутатор дар занҷир баста мешавад (нигаред ба расми 2), ин нишон медиҳад, ки сарборӣ аз манбаи барқ ​​​​ба энергия ниёз дорад. Суръате, ки ин гузаргоҳ баста мешавад, таъхирнопазирии талабот ба энергияро муайян мекунад. Азбаски энергия бо суръати рӯшноӣ ҳаракат мекунад (нисфи суръати рӯшноӣ дар маводи FR4), барои интиқоли энергия вақт лозим аст. Илова бар ин, номутобиқатии импеданс байни манбаъ ва хати интиқол ва сарборӣ вуҷуд дорад. Ин маънои онро дорад, ки энергия ҳеҷ гоҳ дар як сафар интиқол дода намешавад, балки дар сафарҳои сершумор5, аз ин рӯ, вақте ки коммутатор зуд иваз карда мешавад, мо дар шакли мавҷи гузариш таъхирҳо ва зангро мебинем.
Расми 2: Барои паҳншавии энергия дар фазо вақт лозим аст; номувофиқатии импеданс боиси сафарҳои сершумори интиқоли энергия мегардад.
Далели он, ки интиқоли энергия вақт ва сафарҳои сершуморро талаб мекунад, ба мо мегӯяд, ки мо бояд энергияро ба ҳадди имкон ба сарборӣ наздик кунем ва мо бояд роҳи зудтар расонидани онро пайдо кунем. Аввалин одатан тавассути кам кардани масофаи физикӣ байни сарборӣ, коммутатор ва конденсатор ба даст оварда мешавад. Охирин тавассути ҷамъ овардани як гурӯҳи конденсаторҳо бо импеданси хурдтарин ба даст оварда мешавад.
Назарияи майдон инчунин мефаҳмонад, ки боиси садои маъмулии режим мегардад. Хулоса, садои маъмулии режим вақте ба вуҷуд меояд, ки талаботи энергияи сарборӣ ҳангоми гузариш қонеъ карда нашавад. Аз ин рӯ, энергияе, ки дар фосилаи байни сарборӣ ва ноқилҳои наздик нигоҳ дошта мешавад, барои дастгирии талаботи қадам таъмин карда мешавад. Фосилаи байни сарборӣ ва ноқилҳои наздик он чизест, ки мо онро иқтидори паразитӣ/муқобила меномем (ниг. Расми 2).
Мо мисолҳои зеринро истифода мебарем, то ки чӣ тавр истифода бурдани конденсаторҳои электролитӣ, конденсаторҳои сафолии бисёрқабата (MLCC) ва конденсаторҳои плёнка. Барои шарҳ додани кори конденсаторҳои интихобшуда ҳам схема ва ҳам назарияи майдон истифода мешаванд.
Конденсаторҳои электролитӣ асосан дар пайванди доимии доимӣ ҳамчун манбаи асосии энергия истифода мешаванд. Интихоби конденсатори электролитӣ аксар вақт аз инҳо вобаста аст:
Барои иҷрои EMC, муҳимтарин хусусиятҳои конденсаторҳо хусусиятҳои импеданс ва басомад мебошанд. Партобҳои басомади паст ҳамеша аз кори конденсатори пайвасти DC вобаста аст.
Муқовимати пайванди доимӣ на танҳо аз ESR ва ESL-и конденсатор, балки инчунин аз майдони ҳалқаи гармӣ, тавре ки дар расми 3 нишон дода шудааст, вобаста аст. Майдони ҳалқаи гармидиҳии калон маънои онро дорад, ки интиқоли энергия тӯл мекашад, бинобар ин иҷроиш таъсир мерасонад.
Барои исботи ин як табдилдиҳандаи поёнии DC-DC сохта шудааст. Насби санҷиши пеш аз мувофиқати EMC, ки дар расми 4 нишон дода шудааст, сканкунии партобҳои байни 150 кГц ва 108 МГс анҷом дода мешавад.
Муҳим аст, ки конденсаторҳое, ки дар ин таҳқиқот истифода мешаванд, ҳама аз як истеҳсолкунанда мебошанд, то аз фарқият дар хусусиятҳои импеданс пешгирӣ карда шаванд. Ҳангоми кафшер кардани конденсатор дар PCB, боварӣ ҳосил кунед, ки ҳеҷ гуна симҳои дароз вуҷуд надоранд, зеро ин ESL-и конденсаторро зиёд мекунад. Дар расми 5 се конфигуратсия нишон дода шудааст.
Натиҷаҳои партобҳои гузаронидашудаи ин се конфигуратсия дар расми 6 нишон дода шудаанд. Ин мумкин аст, ки дар муқоиса бо як конденсатори ягонаи 680 мкФ, ду конденсатори 330 мкФ қобилияти паст кардани садои 6 дБ дар диапазони васеътари басомадро ба даст меоранд.
Аз назарияи схема метавон гуфт, ки бо пайваст кардани ду конденсатор ҳам ESL ва ҳам ESR ду баробар кам мешаванд. Аз нуқтаи назари назарияи майдон на танҳо як манбаи энергия вуҷуд дорад, балки ду манбаи энергия ба як сарборӣ дода мешавад, ки вақти умумии интиқоли энергияро самаранок кам мекунад. Аммо, дар басомадҳои баландтар, фарқияти байни ду конденсатори 330 мкФ ва як конденсатори 680 мкФ кам мешавад. Сабаб дар он аст, ки садои басомади баланд аз вокуниши нокифояи энергияи қадам шаҳодат медиҳад. Ҳангоми ба коммутатор наздик кардани конденсатори 330 мкФ, мо вақти интиқоли энергияро кам мекунем, ки ин аксуламали қадами конденсаторро самаранок зиёд мекунад.
Натиҷа ба мо дарси хеле муҳимро медиҳад. Баланд бардоштани иқтидори як конденсатор умуман талаботи зина ба энергияи бештарро дастгирӣ намекунад. Агар имконпазир бошад, ҷузъҳои хурдтарро истифода баред. Барои ин бисьёр сабабхои асоснок мавчуданд. Якум арзиши аст. Умуман, барои як андозаи баста, арзиши як конденсатор бо арзиши зарфият ба таври экспоненсиалӣ меафзояд. Истифодаи як конденсатор метавонад аз истифодаи якчанд конденсаторҳои хурдтар гаронтар бошад. Сабаби дуюм андоза аст. Омили маҳдудкунанда дар тарҳрезии маҳсулот одатан баландии ҷузъҳо мебошад. Барои конденсаторҳои иқтидори калон баландӣ аксар вақт хеле калон аст, ки барои тарҳрезии маҳсулот мувофиқ нест. Сабаби сеюм ин иҷрои EMC мебошад, ки мо дар омӯзиши мисол дидем.
Омили дигаре, ки ҳангоми истифодаи конденсатори электролитикӣ ба назар гирифта мешавад, ин аст, ки вақте ки шумо ду конденсаторро барои мубодилаи шиддат пайваст мекунед, ба шумо муқовимати мутавозинкунанда 6 лозим мешавад.
Тавре ки қаблан зикр гардид, конденсаторҳои сафолӣ дастгоҳҳои миниётуравӣ мебошанд, ки метавонанд зуд энергия таъмин кунанд. Ба ман аксар вақт савол медиҳанд, ки "Ба ман чӣ қадар конденсатор лозим аст?" Ҷавоб ба ин савол ин аст, ки барои конденсаторҳои сафолӣ арзиши зарфият набояд он қадар муҳим бошад. Баррасии муҳим дар ин ҷо муайян кардани он аст, ки суръати интиқоли энергия барои дархости шумо дар кадом басомад кофӣ аст. Агар эмиссияи гузаронидашуда дар 100 МГс ноком шавад, пас конденсатор бо импеданси хурдтарин дар 100 МГс интихоби хуб хоҳад буд.
Ин боз як нофаҳмии MLCC аст. Ман дидам, ки муҳандисон пеш аз пайваст кардани конденсаторҳо ба нуқтаи истинод ба РБ тавассути пайраҳаҳои тӯлонӣ барои интихоби конденсаторҳои сафолии дорои ESR ва ESL камтарин нерӯи зиёд сарф мекунанд. Қобили зикр аст, ки ESL-и MLCC одатан аз индуктивии пайвастшавӣ дар тахта хеле пасттар аст. Индуктивии пайвастшавӣ ҳоло ҳам муҳимтарин параметрест, ки ба импеданси басомади баланди конденсаторҳои сафолӣ таъсир мерасонад7.
Дар расми 7 мисоли бад нишон дода шудааст. Изҳои дароз (дарозии 0,5 дюйм) ҳадди аққал индуктивии 10nH-ро ҷорӣ мекунанд. Натиҷаи моделиронӣ нишон медиҳад, ки импеданси конденсатор дар нуқтаи басомад (50 МГс) хеле баландтар аст.
Яке аз мушкилот бо MLCCs дар он аст, ки онҳо майл ба сохтори индуктивии тахта мувофиқат мекунанд. Инро дар мисоли дар расми 8 нишондодашуда дидан мумкин аст, ки дар он истифодаи MLCC 10 μF резонансро дар тақрибан 300 кГц ҷорӣ мекунад.
Шумо метавонед резонансро бо интихоби ҷузъи дорои ESR калонтар ё танҳо гузоштани муқовимати хурди қиматбаҳо (масалан, 1 Ом) дар силсила бо конденсатор кам кунед. Ин навъи усул ҷузъҳои гумшударо барои пахш кардани система истифода мебарад. Усули дигар ин аст, ки арзиши дигари иқтидор барои интиқол додани резонанс ба нуқтаи резонанси паст ё баландтар истифода шавад.
Конденсаторҳои филм дар бисёр барномаҳо истифода мешаванд. Онҳо конденсаторҳои интихобшуда барои конвертерҳои баландқуввати DC-DC мебошанд ва ҳамчун филтрҳои рафъи EMI дар хатҳои барқ ​​​​(AC ва DC) ва конфигуратсияҳои филтркунии режими умумӣ истифода мешаванд. Мо як конденсатори X-ро мисол мегирем, то баъзе нуктаҳои асосии истифодаи конденсаторҳои плёнкаро нишон диҳем.
Агар ҳодисаи шиддат ба вуқӯъ ояд, он барои маҳдуд кардани фишори баландтарини шиддат дар хат кӯмак мекунад, аз ин рӯ он одатан бо супрессори шиддати муваққатӣ (TVS) ё варистори оксиди металлӣ (MOV) истифода мешавад.
Шояд шумо аллакай ҳамаи инро медонед, аммо оё шумо медонистед, ки арзиши иқтидори конденсатори X метавонад бо солҳои истифода ба таври назаррас коҳиш ёбад? Ин махсусан дуруст аст, агар конденсатор дар муҳити намнок истифода шавад. Ман дидам, ки арзиши иқтидори конденсатори X дар тӯли як ё ду сол танҳо ба чанд фоизи арзиши номиналии он коҳиш ёфтааст, аз ин рӯ системае, ки дар ибтидо бо конденсатори X тарҳрезӣ шудааст, воқеан тамоми муҳофизатеро, ки конденсатори пештара дошта бошад, аз даст дод.
Пас, чӣ шуд? Ҳавои намӣ метавонад ба конденсатор, ба болои сим ва байни қуттӣ ва таркиби кӯзаи эпоксидӣ резад. Пас аз он металлизатсияи алюминий метавонад оксид карда шавад. Глинозем як изолятори хуби электрикӣ буда, иқтидори онро коҳиш медиҳад. Ин мушкилотест, ки ҳама конденсаторҳои филм дучор мешаванд. Масъалае, ки ман дар бораи он сухан меронам, ғафсии филм аст. Брендҳои бонуфузи конденсаторҳо филмҳои ғафсро истифода мебаранд, ки дар натиҷа конденсаторҳо нисбат ба дигар брендҳо калонтар мешаванд. Плёнкаи бориктар конденсаторро ба изофабори (шиддат, ҷараён ё ҳарорат) камтар устувор мекунад ва аз эҳтимол дур нест, ки худаш шифо ёбад.
Агар конденсатори X ба таври доимӣ ба таъминоти барқ ​​пайваст набошад, пас ба шумо хавотир шудан лозим нест. Масалан, барои маҳсулоте, ки байни таъминоти барқ ​​ва конденсатор гузариши сахт дорад, андоза метавонад аз ҳаёт муҳимтар бошад ва пас шумо метавонед як конденсатори бориктарро интихоб кунед.
Аммо, агар конденсатор ба манбаи барқ ​​​​пайваст бошад, он бояд хеле эътимоднок бошад. Оксидшавии конденсаторҳо ногузир нест. Агар маводи эпоксии конденсатор сифати хуб дошта бошад ва конденсатор аксар вақт ба ҳарорати аз ҳад зиёд дучор нашавад, коҳиши арзиш бояд ҳадди аққал бошад.
Дар ин мақола, аввал назари назарияи майдони конденсаторҳоро муаррифӣ кард. Намунаҳои амалӣ ва натиҷаҳои моделиронӣ нишон медиҳанд, ки чӣ гуна интихоб ва истифода бурдани намудҳои маъмултарини конденсаторҳо. Умедворем, ки ин маълумот метавонад ба шумо дар фаҳмидани нақши конденсаторҳо дар тарҳрезии электронӣ ва EMC ҳамаҷониба кӯмак кунад.
Доктор Мин Чжан муассис ва сармушовири EMC-и Mach One Design Ltd, як ширкати муҳандисии воқеъ дар Британияи Кабир аст, ки ба машваратҳои EMC, бартарафсозии мушкилот ва омӯзиш тахассус дорад. Дониши амиқи ӯ дар соҳаи электроникаи энергетикӣ, электроникаи рақамӣ, муҳаррикҳо ва тарроҳии маҳсулот ба ширкатҳо дар саросари ҷаҳон фоида овард.
In Compliance манбаи асосии ахбор, иттилоот, таълим ва илҳом барои мутахассисони муҳандисии электрикӣ ва электронӣ мебошад.
Aerospace Automotive Communications Электроникаи маишӣ Таҳсилот Энергетика ва саноати энергетикӣ Технологияҳои иттилоотӣ Мудофиаи тиббӣ ва миллӣ