xəbərlər

Kondensatorlar dövrə lövhələrində ən çox istifadə edilən komponentlərdən biridir. Elektron cihazların sayı (mobil telefonlardan avtomobillərə qədər) artmağa davam etdikcə, kondansatörlərə tələbat da artır. Covid 19 pandemiyası yarımkeçiricilərdən qlobal komponent tədarük zəncirini pozdu. passiv komponentlərə və kondansatörlərə çatışmır1.
Kondensatorlar mövzusunda müzakirələr asanlıqla kitaba və ya lüğətə çevrilə bilər. Birincisi, müxtəlif növ kondansatörlər var, məsələn, elektrolitik kondansatörlər, film kondensatorları, keramika kondansatörləri və s. Sonra eyni tipdə müxtəlif var. dielektrik materiallar.Həmçinin müxtəlif siniflər var.Fiziki quruluşuna gəlincə, iki terminallı və üç terminallı kondansatör növləri var. X2Y tipli kondansatör də var ki, bu da mahiyyətcə birində birləşdirilmiş bir cüt Y kondensatorudur. Superkondansatörlər haqqında nə demək olar ?Fakt budur ki, oturub əsas istehsalçıların kondansatör seçimi təlimatlarını oxumağa başlasanız, günü asanlıqla keçirə bilərsiniz!
Bu məqalə əsaslarla bağlı olduğundan, mən həmişə olduğu kimi fərqli bir üsuldan istifadə edəcəyəm. Daha əvvəl də qeyd edildiyi kimi, kondansatör seçim təlimatlarını təchizatçının 3 və 4-cü vebsaytlarında asanlıqla tapmaq olar və sahə mühəndisləri adətən kondansatörlərlə bağlı əksər suallara cavab verə bilərlər. Bu məqalədə, İnternetdə tapa biləcəyiniz şeyi təkrarlamayacağam, lakin praktiki nümunələr vasitəsilə kondansatörlərin necə seçiləcəyini və istifadə olunacağını nümayiş etdirəcəyəm. Kondansatör seçiminin bəzi az tanınan aspektləri, məsələn, tutumun deqradasiyası da əhatə olunacaq. Bu məqaləni oxuduqdan sonra siz kondansatörlərin istifadəsini yaxşı başa düşməlidir.
İllər əvvəl mən elektron avadanlıq istehsal edən bir şirkətdə işlədiyim zaman bir elektrik elektronikası mühəndisinə müsahibə sualımız var idi. Mövcud məhsulun sxematik diaqramında potensial namizədlərə “DC link elektrolitik funksiyası nədir” deyə soruşacağıq. kondansatör?” və "çipin yanındakı keramika kondansatörün funksiyası nədir?" Ümid edirik ki, düzgün cavab DC avtobus kondansatörüdür Enerjinin saxlanması üçün istifadə olunur, keramika kondansatörləri filtrasiya üçün istifadə olunur.
Axtardığımız “doğru” cavab əslində onu göstərir ki, dizayn komandasındakı hər kəs kondansatörlərə sahə nəzəriyyəsi nöqteyi-nəzərindən deyil, sadə dövrə nöqteyi-nəzərindən baxır. Dövrə nəzəriyyəsi nöqteyi-nəzərindən yanlış deyil. Aşağı tezliklərdə (bir neçə kHz-dən) bir neçə MHz-ə qədər), dövrə nəzəriyyəsi adətən problemi yaxşı izah edə bilər. Bunun səbəbi, daha aşağı tezliklərdə siqnalın əsasən diferensial rejimdə olmasıdır. Dövrə nəzəriyyəsindən istifadə edərək, Şəkil 1-də göstərilən kondansatörü görə bilərik, burada ekvivalent seriya müqaviməti ( ESR) və ekvivalent seriyalı endüktans (ESL) kondansatörün empedansını tezliklə dəyişir.
Bu model dövrə yavaş-yavaş dəyişdirildikdə dövrə performansını tam izah edir.Lakin tezlik artdıqca işlər getdikcə mürəkkəbləşir.Hansısa bir nöqtədə komponent qeyri-xəttilik göstərməyə başlayır.Tezlik artdıqda sadə LCR modeli məhdudiyyətləri var.
Bu gün mənə eyni müsahibə sualı verilsəydi, sahə nəzəriyyəsi müşahidə eynəklərimi taxıb deyərdim ki, hər iki kondansatör növü enerji saxlama cihazlarıdır. Fərq ondadır ki, elektrolitik kondansatörlər keramika kondansatörlərindən daha çox enerji saxlaya bilir. Amma enerji ötürülməsi baxımından , keramika kondansatörləri enerjini daha sürətli ötürə bilər. Bu, keramika kondansatörlərinin çipin yanında yerləşdirilməsinin nə üçün lazım olduğunu izah edir, çünki çipin əsas güc dövrəsinə nisbətən daha yüksək keçid tezliyi və keçid sürəti var.
Bu nöqteyi-nəzərdən biz sadəcə olaraq kondensatorlar üçün iki performans standartını müəyyən edə bilərik. Biri kondansatörün nə qədər enerji saxlaya biləcəyi, digəri isə bu enerjinin nə qədər sürətlə ötürülə biləcəyidir. Hər ikisi kondansatörün istehsal üsulundan, dielektrik materialdan, kondansatörlə əlaqə və s.
Dövrədəki açar bağlandıqda (bax Şəkil 2), yükün enerji mənbəyindən enerjiyə ehtiyacı olduğunu göstərir. Bu açarın bağlanma sürəti enerji tələbinin aktuallığını müəyyən edir. Çünki enerji işıq sürəti ilə (yarım) hərəkət edir. FR4 materiallarında işığın sürəti), enerjinin ötürülməsi vaxt tələb edir. Bundan əlavə, mənbə ilə ötürmə xətti ilə yük arasında empedans uyğunsuzluğu var. Bu o deməkdir ki, enerji heç vaxt bir səfərdə deyil, çoxlu səfərdə ötürülməyəcək. gediş-gəliş5, buna görə də keçid tez bir zamanda dəyişdikdə, keçid dalğa formasında gecikmələr və zənglər görürük.
Şəkil 2: Enerjinin kosmosda yayılması üçün vaxt lazımdır; empedans uyğunsuzluğu enerji ötürülməsinin çoxlu dövriyyəsinə səbəb olur.
Enerji ötürülməsinin vaxt tələb etməsi və çoxlu gediş-gəlişlər etməsi bizə enerji mənbəyini yükə mümkün qədər yaxın yerləşdirməli olduğumuzu və enerjini tez ötürmək üçün bir yol tapmağımız lazım olduğunu söyləyir. Birincisi, adətən fiziki yükü azaltmaqla əldə edilir. yük, keçid və kondansatör arasındakı məsafə. Sonuncu ən kiçik empedansa malik bir qrup kondansatör toplamaqla əldə edilir.
Sahə nəzəriyyəsi ümumi rejimli səs-küyün nəyə səbəb olduğunu da izah edir. Qısacası, keçid zamanı yükün enerji tələbatı ödənilmədikdə ümumi rejim səs-küyü yaranır. Buna görə də, yüklə yaxınlıqdakı keçiricilər arasındakı boşluqda saxlanılan enerji dəstək üçün təmin ediləcəkdir. addım tələbi.Yüklə yaxınlıqdakı keçiricilər arasındakı boşluq parazit/qarşılıqlı tutum dediyimiz şeydir (bax Şəkil 2).
Elektrolitik kondensatorların, çox qatlı keramika kondensatorlarının (MLCC) və film kondensatorlarının necə istifadə olunacağını nümayiş etdirmək üçün aşağıdakı nümunələrdən istifadə edirik. Seçilmiş kondensatorların işini izah etmək üçün həm dövrə, həm də sahə nəzəriyyəsi istifadə olunur.
Elektrolitik kondensatorlar əsasən DC keçidində əsas enerji mənbəyi kimi istifadə olunur. Elektrolitik kondansatör seçimi çox vaxt aşağıdakılardan asılıdır:
EMC performansı üçün kondensatorların ən vacib xüsusiyyətləri empedans və tezlik xüsusiyyətləridir. Aşağı tezlikli emissiyalar həmişə DC keçid kondansatörünün performansından asılıdır.
DC bağlantısının empedansı yalnız kondansatörün ESR və ESL-dən deyil, həm də Şəkil 3-də göstərildiyi kimi istilik dövrəsinin sahəsindən asılıdır. Daha böyük istilik dövrə sahəsi enerji ötürülməsinin daha uzun sürməsi deməkdir, buna görə də performans təsirlənəcək.
Bunu sübut etmək üçün aşağı salınan DC-DC çeviricisi qurulmuşdur. Şəkil 4-də göstərilən ilkin uyğunluq EMC test quraşdırması 150kHz və 108MHz arasında aparılan emissiya skanını həyata keçirir.
Empedans xüsusiyyətlərindəki fərqlərin qarşısını almaq üçün bu nümunədə istifadə olunan kondansatörlərin hamısının eyni istehsalçıdan olmasını təmin etmək vacibdir. Kondansatör PCB-də lehimləyərkən, uzun tellərin olmadığından əmin olun, çünki bu, ESL-ni artıracaqdır. kondansatör. Şəkil 5 üç konfiqurasiyanı göstərir.
Bu üç konfiqurasiyanın aparılmış emissiya nəticələri Şəkil 6-da göstərilmişdir. Görünür ki, tək 680 µF kondansatörlə müqayisədə, iki 330 µF kondansatör daha geniş tezlik diapazonunda 6 dB səs-küyün azaldılması performansına nail olur.
Dövrə nəzəriyyəsindən demək olar ki, iki kondensatoru paralel qoşmaqla həm ESL, həm də ESR iki dəfə azalır. Sahə nəzəriyyəsi nöqteyi-nəzərindən burada təkcə bir enerji mənbəyi deyil, eyni yükə iki enerji mənbəyi verilir. , ümumi enerji ötürmə müddətini effektiv şəkildə azaldır. Lakin daha yüksək tezliklərdə iki 330 µF kondansatör və bir 680 µF kondansatör arasındakı fərq azalacaq. Bunun səbəbi yüksək tezlikli səs-küyün qeyri-kafi addım enerji reaksiyasını göstərməsidir. 330 µF kondansatörü yaxınlaşdırarkən keçid, biz enerji ötürmə müddətini azaldır, bu da kondansatörün addım reaksiyasını effektiv şəkildə artırır.
Nəticə bizə çox vacib bir dərs deyir. Tək bir kondansatörün tutumunun artırılması, ümumiyyətlə, daha çox enerji üçün addım tələbini dəstəkləməyəcək. Mümkünsə, daha kiçik tutumlu komponentlərdən istifadə edin. Bunun üçün çox yaxşı səbəblər var. Birincisi xərcdir. Ümumiyyətlə Eyni paket ölçüsü üçün, bir kondansatörün dəyəri tutum dəyəri ilə eksponent olaraq artır. Tək bir kondansatördən istifadə bir neçə kiçik kondansatördən istifadə etməkdən daha bahalı ola bilər. İkinci səbəb isə ölçüdür. Məhsulun dizaynında məhdudlaşdırıcı amil adətən hündürlükdür. Komponentlərin. Böyük tutumlu kondensatorlar üçün hündürlük çox vaxt məhsulun dizaynı üçün çox böyük olur. Üçüncü səbəb nümunədə gördüyümüz EMC performansıdır.
Elektrolitik kondansatördən istifadə edərkən nəzərə alınmalı olan başqa bir amil odur ki, gərginliyi bölüşmək üçün iki kondansatörü sıra ilə bağladığınız zaman sizə balanslaşdırıcı rezistor 6 lazımdır.
Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, keramika kondansatörləri tez enerji verə bilən miniatür cihazlardır. Mənə tez-tez “Mənə nə qədər kondansatör lazımdır?” sualını verirlər. Burada vacib olan məsələ, tətbiqiniz üçün enerji ötürmə sürətinin hansı tezlikdə kifayət olduğunu müəyyən etməkdir. Əgər aparılan emissiya 100 MHz-də uğursuz olarsa, 100 MHz-də ən kiçik empedansa malik kondansatör yaxşı seçim olacaqdır.
Bu, MLCC-nin başqa bir anlaşılmazlığıdır. Mən görmüşəm ki, mühəndislər uzun izlər vasitəsilə kondensatorları RF istinad nöqtəsinə qoşmazdan əvvəl ən aşağı ESR və ESL olan keramika kondensatorlarını seçmək üçün çox enerji sərf edirlər. Qeyd etmək lazımdır ki, MLCC-nin ESL-i adətən çox olur lövhədəki əlaqə induktivliyindən aşağıdır.Birləşmə induktivliyi hələ də keramika kondansatörlərinin yüksək tezlikli empedansına təsir edən ən mühüm parametrdir7.
Şəkil 7 pis nümunəni göstərir. Uzun izlər (0,5 düym uzunluğunda) ən azı 10nH endüktansı təqdim edir. Simulyasiya nəticəsi göstərir ki, kondansatörün empedansı tezlik nöqtəsində (50 MHz) gözləniləndən çox yüksək olur.
MLCC-lərlə bağlı problemlərdən biri onların lövhədəki induktiv strukturla rezonans yaratmasıdır. Bunu Şəkil 8-də göstərilən nümunədə görmək olar, burada 10 µF MLCC-nin istifadəsi təxminən 300 kHz-də rezonans təqdim edir.
Siz daha böyük ESR-yə malik komponent seçməklə və ya sadəcə olaraq kiçik dəyərli rezistoru (məsələn, 1 ohm) kondansatörlə seriyaya qoymaqla rezonansı azalda bilərsiniz. Bu tip üsul sistemi sıxışdırmaq üçün itkili komponentlərdən istifadə edir. Digər üsul isə başqa bir tutumdan istifadə etməkdir. rezonansı aşağı və ya daha yüksək rezonans nöqtəsinə köçürmək üçün dəyər.
Film kondansatörləri bir çox tətbiqlərdə istifadə olunur. Onlar yüksək güclü DC-DC çeviriciləri üçün seçilən kondansatörlərdir və elektrik xətləri (AC və DC) və ümumi rejimli filtrləmə konfiqurasiyalarında EMI söndürmə filtrləri kimi istifadə olunur. Biz X kondansatörünü götürürük. film kondansatörlərindən istifadənin bəzi əsas məqamlarını göstərmək üçün bir nümunə.
Bir dalğalanma hadisəsi baş verərsə, bu, xəttdəki pik gərginlik gərginliyini məhdudlaşdırmağa kömək edir, buna görə də adətən keçici gərginlik bastırıcı (TVS) və ya metal oksid varistoru (MOV) ilə istifadə olunur.
Siz artıq bütün bunları bilə bilərsiniz, lakin siz bilirdinizmi ki, X kondansatörünün tutum dəyəri illər ərzində istifadə ilə əhəmiyyətli dərəcədə azaldıla bilər? Bu, xüsusilə kondansatör rütubətli mühitdə istifadə edildikdə doğrudur. Mən tutum dəyərini görmüşəm. X kondensatoru bir və ya iki il ərzində nominal dəyərinin yalnız bir neçə faizinə düşür, buna görə də əvvəlcə X kondansatörü ilə dizayn edilmiş sistem, əslində, ön kondansatörün malik ola biləcəyi bütün müdafiəni itirdi.
Beləliklə, nə baş verdi? Rütubət havası kondansatora, naqildən yuxarıya və qutu ilə epoksi qabın tərkibinə sıza bilər. Alüminium metalizasiyası daha sonra oksidləşə bilər. Alüminium oksidi yaxşı elektrik izolyatorudur və bununla da tutumu azaldır. Bu problemdir ki, bütün plyonka kondensatorları qarşılaşacaq. Haqqında danışdığım məsələ plyonka qalınlığıdır. Nüfuzlu kondansatör markaları daha qalın filmlərdən istifadə edir və nəticədə digər markalara nisbətən daha böyük kondansatörlər əldə edilir. Daha nazik təbəqə kondansatörü həddindən artıq yüklənməyə (gərginlik, cərəyan və ya temperatur) daha az davamlı edir. və özünü sağaltmaq ehtimalı azdır.
Əgər X kondansatoru daimi olaraq enerji təchizatı ilə bağlı deyilsə, o zaman narahat olmaq lazım deyil. Məsələn, enerji təchizatı ilə kondansatör arasında sərt keçid olan məhsul üçün ölçü həyatdan daha vacib ola bilər və sonra daha incə bir kondansatör seçə bilərsiniz.
Bununla belə, əgər kondansatör enerji mənbəyinə daimi olaraq bağlıdırsa, o, yüksək etibarlı olmalıdır. Kondansatörlərin oksidləşməsi qaçılmaz deyil. Əgər kondansatör epoksi materialı keyfiyyətlidirsə və kondansatör tez-tez həddindən artıq temperaturlara məruz qalmırsa, kondansatördə düşmə dəyəri minimal olmalıdır.
Bu məqalədə ilk olaraq kondansatörlərin sahə nəzəriyyəsi görünüşü təqdim edilmişdir. Praktiki nümunələr və simulyasiya nəticələri ən çox yayılmış kondansatör növlərinin necə seçiləcəyini və istifadə olunacağını göstərir. Ümid edirik ki, bu məlumat elektron və EMC dizaynında kondansatörlərin rolunu daha əhatəli başa düşməyə kömək edə bilər.
Dr. Min Zhang EMC konsaltinqi, nasazlıqların aradan qaldırılması və təlimlər üzrə ixtisaslaşan Böyük Britaniyada yerləşən mühəndislik şirkəti olan Mach One Design Ltd-nin təsisçisi və baş EMC məsləhətçisidir. Onun enerji elektronikası, rəqəmsal elektronika, mühərriklər və məhsul dizaynı sahəsində dərin bilikləri faydalanmışdır. dünya üzrə şirkətlər.
In Compliance elektrik və elektron mühəndisliyi mütəxəssisləri üçün xəbərlərin, məlumatların, təhsilin və ilhamın əsas mənbəyidir.
Aerokosmik Avtomobil Rabitə İstehlak Elektroniği Təhsil Enerji və Enerji Sənayesi İnformasiya Texnologiyaları Tibbi Hərbi və Milli Müdafiə