мэдээ

Конденсатор нь хэлхээний самбар дээр хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэг юм. Цахим төхөөрөмжүүдийн тоо (гар утаснаас машин хүртэл) өсөхийн хэрээр конденсаторын эрэлт хэрэгцээ нэмэгдсээр байна. Ковид 19 тахал нь хагас дамжуулагчаас идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсэг хүртэлх дэлхийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нийлүүлэлтийн сүлжээг тасалдуулж, конденсаторууд хомсдож байна1.
Конденсаторын сэдвийн талаархи хэлэлцүүлгийг ном эсвэл толь бичиг болгон хялбархан эргүүлж болно. Нэгдүгээрт, электролитийн конденсатор, кино конденсатор, керамик конденсатор гэх мэт янз бүрийн төрлийн конденсаторууд байдаг. Дараа нь ижил төрлийн диэлектрик материалууд өөр өөр байдаг. Мөн өөр өөр ангиуд байдаг. Физик бүтцийн хувьд хоёр терминал ба гурван терминалтай конденсаторын төрөл байдаг. Мөн X2Y төрлийн конденсатор байдаг бөгөөд энэ нь үндсэндээ нэгд нь багтаасан хос Y конденсатор юм. Суперконденсаторуудын талаар юу хэлэх вэ? Үнэн хэрэгтээ, хэрэв та суугаад томоохон үйлдвэрлэгчдийн конденсатор сонгох гарын авлагыг уншиж эхэлбэл та өдрийг амархан өнгөрөөж чадна!
Энэ нийтлэл нь үндсэн ойлголтуудын тухай тул би ердийнхөөрөө өөр аргыг ашиглах болно. Өмнө дурьдсанчлан конденсатор сонгох гарын авлагыг ханган нийлүүлэгчийн 3 ба 4-р вэбсайтаас хялбархан олох боломжтой бөгөөд талбайн инженерүүд ихэвчлэн конденсаторын талаархи ихэнх асуултанд хариулж чаддаг. Энэ нийтлэлд би Интернетээс олж болох зүйлийг давтахгүй, харин конденсаторыг хэрхэн сонгох, ашиглах талаар практик жишээн дээр харуулах болно. Конденсаторыг сонгоход бага мэддэг зарим асуудал, тухайлбал багтаамжийн доройтол зэргийг мөн авч үзэх болно. Энэ өгүүллийг уншсаны дараа та конденсаторын хэрэглээний талаар сайн ойлголттой байх ёстой.
Хэдэн жилийн өмнө намайг электрон тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэдэг компанид ажиллаж байхад бид эрчим хүчний электроникийн инженерээс ярилцлага авах асуулттай байсан. Одоо байгаа бүтээгдэхүүний бүдүүвч диаграм дээр бид боломжит нэр дэвшигчдээс "Тогтмол гүйдлийн электролитийн конденсатор ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?" болон "Чипийн хажууд байрлах керамик конденсатор ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?" Бид зөв хариулт гэж найдаж байна DC автобусны конденсатор Эрчим хүчийг хадгалахад ашигладаг, керамик конденсаторыг шүүлтүүрт ашигладаг.
Бидний хайж буй "зөв" хариулт нь дизайны багийн бүх хүмүүс конденсаторыг талбайн онолын үүднээс биш харин энгийн хэлхээний өнцгөөс хардаг болохыг харуулж байна. Хэлхээний онолын үзэл бодол нь буруу биш юм. Бага давтамжтай (хэдэн кГц-ээс хэдэн МГц хүртэл) хэлхээний онол нь ихэвчлэн асуудлыг сайн тайлбарлаж чаддаг. Учир нь бага давтамжтай үед дохио нь голчлон дифференциал горимд байдаг. Хэлхээний онолыг ашиглан бид 1-р зурагт үзүүлсэн конденсаторыг харж болно, энд эквивалент цуваа эсэргүүцэл (ESR) ба эквивалент цуврал индукц (ESL) нь конденсаторын эсэргүүцлийн давтамжийг өөрчлөхөд хүргэдэг.
Энэ загвар нь хэлхээг удаанаар солих үед хэлхээний гүйцэтгэлийг бүрэн тайлбарладаг. Гэсэн хэдий ч давтамж нэмэгдэхийн хэрээр бүх зүйл улам төвөгтэй болж байна. Хэзээ нэгэн цагт бүрэлдэхүүн хэсэг нь шугаман бус байдлыг харуулж эхэлдэг. Давтамж нэмэгдэхэд энгийн LCR загвар нь хязгаарлалттай байдаг.
Өнөөдөр надаас яг ижил ярилцлагын асуулт асуувал би хээрийн онолын ажиглалтын шил зүүж, конденсаторын хоёр төрөл нь эрчим хүч хадгалах төхөөрөмж гэж хэлэх байсан. Үүний ялгаа нь электролитийн конденсаторууд нь керамик конденсаторуудаас илүү их энерги хуримтлуулах чадвартай байдаг. Гэхдээ эрчим хүчний дамжуулалтын хувьд керамик конденсатор нь эрчим хүчийг илүү хурдан дамжуулж чаддаг. Энэ нь үндсэн цахилгаан хэлхээтэй харьцуулахад чип нь шилжих давтамж, шилжих хурд өндөртэй байдаг тул керамик конденсаторыг чипийн хажууд байрлуулах шаардлагатайг тайлбарладаг.
Энэ үүднээс авч үзвэл бид конденсаторын гүйцэтгэлийн хоёр стандартыг тодорхойлж болно. Нэг нь конденсатор хэр их энерги хуримтлуулж чадах вэ, нөгөө нь энэ энергийг хэр хурдан шилжүүлж чадах вэ. Аль аль нь конденсаторыг үйлдвэрлэх арга, диэлектрик материал, конденсатортай холболт гэх мэтээс хамаарна.
Хэлхээний унтраалга хаагдсан үед (Зураг 2-ыг үз) ачаалал нь тэжээлийн эх үүсвэрээс эрчим хүч авах шаардлагатай байгааг харуулж байна. Энэ унтраалга хаагдах хурд нь эрчим хүчний хэрэгцээний яаралтай байдлыг тодорхойлдог. Эрчим хүч нь гэрлийн хурдаар (FR4 материалын гэрлийн тэн хагас нь) тархдаг тул эрчим хүчийг шилжүүлэхэд цаг хугацаа шаардагдана. Үүнээс гадна эх үүсвэр болон дамжуулах шугам, ачааллын хооронд эсэргүүцэл үл нийцэх байдал үүсдэг. Энэ нь эрчим хүчийг нэг аялалд хэзээ ч дамжуулахгүй, харин олон удаа эргэх5 гэсэн үг бөгөөд шилжүүлэгчийг хурдан солих үед бид сэлгэн залгах долгионы хэлбэрт саатал, дуугарах болно гэсэн үг юм.
Зураг 2: Орон зайд энерги тархахад цаг хугацаа шаардагдана; Эсэргүүцлийн үл нийцэл нь эрчим хүчний дамжуулалтын олон эргэлтийг үүсгэдэг.
Эрчим хүчийг хүргэхэд цаг хугацаа, олон удаа эргэлдэж байгаа нь бид эрчим хүчийг ачаалалд аль болох ойртуулж, хурдан хүргэх арга замыг хайж олох хэрэгтэйг хэлж байна. Эхнийх нь ачаалал, унтраалга, конденсаторын хоорондох физик зайг багасгах замаар ихэвчлэн хүрдэг. Сүүлийнх нь хамгийн бага эсэргүүцэлтэй конденсаторуудын бүлгийг цуглуулах замаар хийгддэг.
Талбайн онол нь нийтлэг горимын дуу чимээг юу үүсгэдэгийг тайлбарладаг. Товчоор хэлбэл, шилжих үед ачааллын эрчим хүчний хэрэгцээ хангагдаагүй үед нийтлэг горимын дуу чимээ үүсдэг. Тиймээс ачаалал ба ойролцоох дамжуулагчийн хоорондох зайд хуримтлагдсан энергийг шатлалын хэрэгцээг хангах зорилгоор хангана. Ачаалал ба ойролцоох дамжуулагчийн хоорондох зай нь бидний паразит/харилцан багтаамж гэж нэрлэгддэг (Зураг 2-ыг үз).
Электролитийн конденсатор, олон давхаргат керамик конденсатор (MLCC), хальсан конденсаторыг хэрхэн ашиглахыг харуулахын тулд бид дараах жишээнүүдийг ашигладаг. Сонгосон конденсаторуудын гүйцэтгэлийг тайлбарлахад хэлхээ ба талбайн онолыг хоёуланг нь ашигладаг.
Электролитийн конденсаторыг эрчим хүчний гол эх үүсвэр болгон тогтмол гүйдлийн холболтод ихэвчлэн ашигладаг. Электролитийн конденсаторыг сонгох нь ихэвчлэн дараахь зүйлээс хамаардаг.
EMC-ийн гүйцэтгэлийн хувьд конденсаторын хамгийн чухал шинж чанарууд нь эсэргүүцэл ба давтамжийн шинж чанарууд юм. Бага давтамжийн ялгаралт нь тогтмол гүйдлийн конденсаторын гүйцэтгэлээс үргэлж хамаардаг.
Тогтмол гүйдлийн холбоосын эсэргүүцэл нь зөвхөн конденсаторын ESR ба ESL-ээс гадна дулааны гогцооны талбайгаас хамаарна. Зураг 3-т үзүүлсэн шиг. Дулааны гогцооны талбай ихсэх нь эрчим хүчний дамжуулалт удаан үргэлжлэх тул гүйцэтгэл нөлөөлнө.
Үүнийг батлахын тулд шаталсан DC-DC хувиргагчийг бүтээсэн. Зураг 4-т үзүүлсэн нийцлийн өмнөх EMC туршилтын тохиргоо нь 150кГц-ээс 108МГц-ийн хооронд явуулсан ялгаралтын сканнерыг гүйцэтгэдэг.
Эсэргүүцлийн шинж чанарын ялгаанаас зайлсхийхийн тулд энэ тохиолдлын судалгаанд ашигласан конденсаторууд бүгд ижил үйлдвэрлэгчээс байх нь чухал юм. ПХБ дээр конденсаторыг гагнахдаа урт утас байхгүй эсэхийг шалгаарай, энэ нь конденсаторын ESL-ийг нэмэгдүүлэх болно. Зураг 5-т гурван тохиргоог харуулав.
Эдгээр гурван тохируулгын явуулсан ялгаралтын үр дүнг Зураг 6-д үзүүлэв. Эндээс харахад нэг 680 мкФ конденсатортай харьцуулахад 330 мкФ-ын хоёр конденсатор нь илүү өргөн давтамжийн мужид 6 дБ-ийн дуу чимээг бууруулах гүйцэтгэлд хүрч байгааг харж болно.
Хэлхээний онолоос харахад хоёр конденсаторыг зэрэгцээ холбосноор ESL ба ESR хоёулаа хоёр дахин багасдаг гэж хэлж болно. Талбайн онолын үүднээс авч үзвэл зөвхөн нэг эрчим хүчний эх үүсвэр биш, хоёр эрчим хүчний эх үүсвэрийг нэг ачаалалд нийлүүлж, нийт эрчим хүч дамжуулах хугацааг үр дүнтэй бууруулдаг. Гэсэн хэдий ч илүү өндөр давтамжтай үед хоёр 330 мкФ конденсатор ба нэг 680 мкФ конденсаторын ялгаа багасах болно. Учир нь өндөр давтамжийн дуу чимээ нь алхамын энергийн хариу үйлдэл хангалтгүй байгааг илтгэнэ. 330 мкФ конденсаторыг унтраалга руу ойртуулах үед бид энерги дамжуулах хугацааг багасгадаг бөгөөд энэ нь конденсаторын алхамын хариу урвалыг үр дүнтэй нэмэгдүүлдэг.
Үр дүн нь бидэнд маш чухал сургамжийг хэлж байна. Нэг конденсаторын багтаамжийг нэмэгдүүлэх нь ерөнхийдөө илүү их эрчим хүчний хэрэгцээг дэмжихгүй. Боломжтой бол жижиг багтаамжтай бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашигла. Үүнд олон сайн шалтгаан бий. Эхнийх нь зардал. Ерөнхийдөө ижил хэмжээтэй багцын хувьд конденсаторын өртөг нь багтаамжийн утгаас хамааран экспоненциалаар нэмэгддэг. Нэг конденсатор ашиглах нь хэд хэдэн жижиг конденсатор ашиглахаас илүү үнэтэй байж болно. Хоёр дахь шалтгаан нь хэмжээ юм. Бүтээгдэхүүний дизайныг хязгаарлах хүчин зүйл нь ихэвчлэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн өндөр юм. Том багтаамжтай конденсаторын хувьд өндөр нь ихэвчлэн хэт том байдаг бөгөөд энэ нь бүтээгдэхүүний загварт тохиромжгүй байдаг. Гурав дахь шалтгаан нь бидний жишээн дээр үзсэн EMC гүйцэтгэл юм.
Электролитийн конденсаторыг ашиглахдаа анхаарах өөр нэг хүчин зүйл бол хүчдэлийг хуваалцахын тулд хоёр конденсаторыг цувралаар холбоход тэнцвэржүүлэх резистор 6 хэрэгтэй болно.
Өмнө дурьдсанчлан, керамик конденсатор нь эрчим хүчийг хурдан хангаж чаддаг бяцхан төхөөрөмж юм. "Надад хэр их конденсатор хэрэгтэй вэ?" Гэсэн асуултыг надаас байнга асуудаг. Энэ асуултын хариулт нь керамик конденсаторын хувьд багтаамжийн утга нь тийм чухал биш байх ёстой. Энд анхаарах чухал зүйл бол эрчим хүчний дамжуулах хурд нь ямар давтамжтайгаар таны хэрэглээнд хангалттай болохыг тодорхойлох явдал юм. Хэрэв дамжуулсан ялгаруулалт 100 МГц-т бүтэлгүйтвэл 100 МГц-ийн хамгийн бага эсэргүүцэлтэй конденсатор нь сайн сонголт байх болно.
Энэ бол MLCC-ийн бас нэг буруу ойлголт юм. Инженерүүд конденсаторуудыг RF-ийн лавлагаа цэгт урт ул мөрөөр холбохоос өмнө хамгийн бага ESR ба ESL-тэй керамик конденсаторуудыг сонгоход маш их энерги зарцуулдагийг би харсан. MLCC-ийн ESL нь ихэвчлэн самбар дээрх холболтын индукцаас хамаагүй бага байдаг гэдгийг дурдах нь зүйтэй. Холболтын индукц нь керамик конденсаторын өндөр давтамжийн эсэргүүцэлд нөлөөлдөг хамгийн чухал үзүүлэлт хэвээр байна7.
Зураг 7 нь муу жишээг харуулж байна. Урт ул мөр (0.5 инч урт) нь дор хаяж 10nH индукцийг нэвтрүүлдэг. Симуляцийн үр дүнд конденсаторын эсэргүүцэл нь давтамжийн цэг (50 МГц) дээр хүлээгдэж байснаас хамаагүй өндөр болохыг харуулж байна.
MLCC-ийн нэг бэрхшээл нь самбар дээрх индуктив бүтэцтэй нийцэх хандлагатай байдаг. Үүнийг Зураг 8-д үзүүлсэн жишээнээс харж болно, 10 μF MLCC ашиглах нь ойролцоогоор 300 кГц давтамжтай резонанс үүсгэдэг.
Та илүү том ESR-тэй бүрэлдэхүүн хэсгийг сонгох эсвэл конденсатортай цувралаар жижиг резистор (1 ом гэх мэт) тавих замаар резонансын бууралтыг бууруулж болно. Энэ төрлийн арга нь системийг дарахын тулд алдагдалтай бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашигладаг. Өөр нэг арга бол резонансын доод эсвэл өндөр резонансын цэг рүү шилжүүлэхийн тулд өөр багтаамжийн утгыг ашиглах явдал юм.
Кино конденсаторыг олон төрлийн хэрэглээнд ашигладаг. Эдгээр нь өндөр хүчин чадалтай DC-DC хувиргагчийн сонгосон конденсатор бөгөөд цахилгаан дамжуулах шугам (AC ба DC) болон нийтлэг горимын шүүлтүүрийн тохиргоонд EMI дарах шүүлтүүр болгон ашигладаг. Кино конденсаторыг ашиглах зарим гол санааг харуулахын тулд бид X конденсаторыг жишээ болгон авч үздэг.
Хэрэв хүчдэлийн гэнэтийн тохиолдол гарвал энэ нь шугам дээрх оргил хүчдэлийн даралтыг хязгаарлахад тусалдаг тул үүнийг ихэвчлэн түр зуурын хүчдэл дарагч (TVS) эсвэл металл ислийн варистор (MOV) ашиглан ашигладаг.
Та энэ бүгдийг аль хэдийн мэдэж байсан байж магадгүй, гэхдээ X конденсаторын багтаамжийг олон жил ашигласнаар мэдэгдэхүйц буурч болохыг та мэдэх үү? Энэ нь ялангуяа конденсаторыг чийгтэй орчинд ашигладаг бол үнэн юм. Би X конденсаторын багтаамжийн утга нь нэг юмуу хоёр жилийн дотор нэрлэсэн утгынхаа хэдхэн хувь болтлоо буурч байгааг би харсан тул анх X конденсатороор бүтээгдсэн систем нь урд талын конденсаторын бүх хамгаалалтыг алдсан.
Тэгэхээр, юу болсон бэ? Чийгийн агаар нь конденсатор, утас дээш, хайрцаг болон эпокси савны хольцын хооронд нэвчиж болно. Дараа нь хөнгөн цагааны металлжуулалтыг исэлдүүлж болно. Хөнгөн цагааны исэл нь сайн цахилгаан тусгаарлагч бөгөөд ингэснээр багтаамжийг бууруулдаг. Энэ нь бүх кино конденсаторуудад тулгарах асуудал юм. Миний яриад байгаа асуудал бол хальсны зузаан. Нэр хүндтэй конденсаторын брэндүүд нь зузаан хальсыг ашигладаг бөгөөд ингэснээр бусад брэндүүдээс илүү том конденсаторууд үүсдэг. Нимгэн хальс нь конденсаторыг хэт ачаалалд (хүчдэл, гүйдэл, температур) бага бат бөх болгодог бөгөөд энэ нь өөрөө эдгэрэх магадлал багатай юм.
Хэрэв X конденсатор цахилгаан тэжээлд байнга холбогдоогүй бол та санаа зовох хэрэггүй болно. Жишээлбэл, тэжээлийн хангамж ба конденсаторын хооронд хатуу шилжүүлэгчтэй бүтээгдэхүүний хувьд хэмжээ нь амьдралаас илүү чухал байж болох бөгөөд дараа нь та нимгэн конденсаторыг сонгож болно.
Гэхдээ конденсатор нь тэжээлийн эх үүсвэрт байнга холбогдсон бол өндөр найдвартай байх ёстой. Конденсаторын исэлдэлт нь зайлшгүй биш юм. Хэрэв конденсаторын эпокси материал нь сайн чанартай бөгөөд конденсатор нь хэт их температурт байнга өртдөггүй бол утгын уналт хамгийн бага байх ёстой.
Энэ нийтлэлд эхлээд конденсаторын талбарын онолын үзэл бодлыг танилцуулсан. Практик жишээнүүд болон симуляцийн үр дүн нь хамгийн түгээмэл конденсаторын төрлийг хэрхэн сонгох, ашиглахыг харуулж байна. Энэхүү мэдээлэл нь электроникийн болон EMC дизайн дахь конденсаторуудын үүргийг илүү нарийвчлан ойлгоход тусална гэж найдаж байна.
Доктор Мин Жан бол Их Британид төвтэй, EMC зөвлөгөө, алдааг олж засварлах, сургалтын чиглэлээр мэргэшсэн инженерийн компани болох Mach One Design Ltd-ийн үүсгэн байгуулагч, EMC ахлах зөвлөх юм. Түүний эрчим хүчний электроник, дижитал электроник, мотор болон бүтээгдэхүүний дизайны талаархи гүнзгий мэдлэг нь дэлхийн компаниудад ашиг тусаа өгсөн.
In Compliance бол цахилгаан, электрон инженерийн мэргэжилтнүүдийн мэдээ, мэдээлэл, боловсрол, урам зоригийн гол эх сурвалж юм.
Агаарын сансрын автомашины харилцаа холбоо Хэрэглээний электроникийн боловсрол Эрчим хүч, эрчим хүчний үйлдвэрлэл Мэдээллийн технологи Эмнэлгийн цэрэг, үндэсний батлан ​​хамгаалах