habarlar

Kondensatorlar zynjyr tagtalarynda iň köp ulanylýan komponentleriň biridir. Elektron enjamlaryň sany (jübi telefonlaryndan awtoulaglara çenli) artmagy bilen, kondensatorlara isleg hem artýar. Covid 19 pandemiýasy ýarymgeçirijilerden passiw komponentlere çenli global komponent üpjünçilik zynjyryny bozdy we kondensatorlar ýetmezçilik edýär1.
Kondensatorlar baradaky çekişmeleri aňsatlyk bilen kitaba ýa-da sözlüge öwrüp bolýar. Birinjiden, elektrolitiki kondensatorlar, film kondensatorlary, keramiki kondensatorlar we ş.m. ýaly dürli kondensatorlar bar. Soň bolsa, şol bir görnüşde dürli dielektrik materiallary bar. Şeýle hem dürli synplar bar. Fiziki gurluşy barada aýdylanda bolsa, iki terminaly we üç terminally kondensator görnüşleri bar. Şeýle hem, birinde jemlenen Y kondensatorly jübüt bolan X2Y görnüşli kondensator bar. Superkapensatorlar hakda näme? Hakykat, oturyp, esasy öndürijilerden kondensator saýlamak gollanmalaryny okap başlasaňyz, günüňizi aňsatlyk bilen geçirip bilersiňiz!
Bu makala esaslar hakda bolansoň, hemişeki ýaly başga usul ulanaryn. Öň bellenip geçilişi ýaly, 3 we 4 üpjün ediji web sahypalarynda kondensator saýlamak boýunça gollanmalary aňsatlyk bilen tapyp bolýar we meýdan inersenerleri adatça kondensatorlar baradaky soraglaryň köpüsine jogap berip bilerler. Bu makalada, internetde tapyp boljak zatlaryňyzy gaýtalamaryn, ýöne amaly mysallar arkaly kondensatorlary nädip saýlamalydygyny we ulanmalydygyny görkezerin. Kondensatoryň saýlanyşynyň käbir az bilinýän taraplary, meselem, sygymlylygyň peselmegi ýaly ugurlar hem gurlar. Bu makalany okanyňyzdan soň, kondensatorlaryň ulanylyşyna gowy düşünmeli.
Birnäçe ýyl ozal, elektron enjamlary öndürýän bir kompaniýada işleýän wagtym, elektrik elektronikasy inereneri üçin söhbetdeşlik soragymyz bardy. Bar bolan önümiň shematiki diagrammasynda potensial dalaşgärlerden “DC baglanyşyk elektrolitiki kondensatoryň wezipesi näme?” Diýip sorarys. we "Çipiň gapdalynda ýerleşýän keramiki kondensatoryň wezipesi näme?" Dogry jogap, energiýa saklamak üçin ulanylýan DC awtobus kondensatory, süzmek üçin keramiki kondensatorlar ulanylýar diýip umyt edýäris.
Gözleýän “dogry” jogabymyz, dizaýn toparyndaky her bir adamyň kondensatorlara meýdan teoriýasy nukdaýnazaryndan däl-de, ýönekeý zynjyr nukdaýnazaryndan seredýändigini görkezýär. Zynjyr teoriýasynyň nukdaýnazary ýalňyş däl. Pes ýygylyklarda (birnäçe kHz-dan birnäçe MGs-a çenli) zynjyr teoriýasy adatça meseläni gowy düşündirip biler. Sebäbi pes ýygylyklarda signal esasan diferensial re inimde bolýar. Zynjyr teoriýasyny ulanyp, 1-nji suratda görkezilen kondensatory görüp bileris, bu ýerde ekwiwalent seriýa garşylygy (ESR) we şoňa meňzeş seriýa induksiýasy (ESL) kondensatoryň ýygylygy bilen üýtgemegine päsgelçilik döredýär.
Bu model, zynjyr haýal açylanda zynjyryň işleýşini doly düşündirýär. Şeýle-de bolsa, ýygylygyň artmagy bilen zatlar çylşyrymlaşýar. Belli bir wagt, komponent çyzyksyzlygy görkezip başlaýar. Encyygylyk artanda, ýönekeý LCR modeliniň çäklendirmeleri bolýar.
Bu gün maňa şol bir söhbetdeşlik soragy berilse, meýdan teoriýasyna gözegçilik äýnegini geýerdim we iki kondensatoryň görnüşi energiýa saklaýjy enjam diýerdim. Tapawut, elektrolitiki kondensatorlaryň keramiki kondensatorlardan has köp energiýa saklamagydyr. Energyöne energiýa geçiriş nukdaýnazaryndan keramiki kondensatorlar energiýany has çalt geçirip bilerler. Bu keramiki kondensatorlaryň näme üçin çipiň gapdalynda goýulmalydygyny düşündirýär, sebäbi çip esasy tok zynjyry bilen deňeşdirilende has ýokary kommutasiýa ýygylygy we kommutasiýa tizligi bar.
Şu nukdaýnazardan, kondensatorlar üçin diňe iki öndürijilik standartyny kesgitläp bileris. Biri kondensatoryň näçe energiýa saklap biljekdigi, beýlekisi bolsa bu energiýanyň nädip çalt geçirilip bilinjekdigi. Bularyň ikisi hem kondensatoryň önümçilik usulyna, dielektrik materialyna, kondensator bilen baglanyşyk we ş.m. baglydyr.
Zynjyrdaky wyklýuçatel ýapylanda (2-nji surata serediň), ýüküň energiýa çeşmesinden energiýa mätäçdigini görkezýär. Bu wyklýuçateliň ýapylýan tizligi energiýa isleginiň derwaýysdygyny kesgitleýär. Energiýa ýagtylygyň tizliginde hereket edýändigi sebäpli (FR4 materiallarynda ýagtylygyň tizliginiň ýarysy), energiýa geçirmek üçin wagt gerek. Mundan başga-da, çeşme bilen geçiriji liniýa bilen ýüküň arasynda impedans gabat gelmezligi bar. Bu, energiýanyň bir saparda hiç haçan geçirilmejekdigini, ýöne birnäçe gezek gezelençde5 boljakdygyny aňladýar, şonuň üçin wyklýuçatel çalt çalşylanda, kommutasiýa tolkun formasynda gijikdirmeleri we jyňňyrdyşlary göreris.
2-nji surat: Kosmosda energiýanyň ýaýramagy üçin wagt gerek; impedansyň gabat gelmezligi energiýa geçirişiniň birnäçe gezek gezelençlerine sebäp bolýar.
Energiýa eltmegiň wagt we birnäçe gezek syýahat etmegi bize energiýany mümkin boldugyça ýüküň golaýyna geçirmelidigimizi we çalt eltmegiň ýoluny tapmalydygymyzy aýdýar. Birinjisi, adatça, ýük, wyklýuçatel we kondensatoryň arasyndaky fiziki aralygy azaltmak arkaly gazanylýar. Ikinjisi, iň kiçi impedansly kondensatorlar toparyny ýygnamak arkaly gazanylýar.
Meýdan teoriýasy umumy re modeimiň sesine näme sebäp bolýandygyny düşündirýär. Gysgaça aýdylanda, kommutasiýa wagtynda ýüküň energiýa islegi kanagatlandyrylmasa, umumy re modeimdäki ses çykýar. Şonuň üçin ýük islegini goldamak üçin ýük bilen ýakyn geçirijileriň arasyndaky boşlukda saklanýan energiýa üpjün ediler. Loadük bilen ýakyn geçirijileriň arasyndaky boşluk, parazit / özara sygymlylyk diýýäris (2-nji surata serediň).
Elektrolitiki kondensatorlary, köp gatly keramiki kondensatorlary (MLCC) we film kondensatorlaryny nädip ulanmalydygyny görkezmek üçin aşakdaky mysallary ulanýarys. Saýlanan kondensatorlaryň işleýşini düşündirmek üçin zynjyr we meýdan teoriýasy ulanylýar.
Elektrolitiki kondensatorlar esasy energiýa çeşmesi hökmünde DC baglanyşygynda ulanylýar. Elektrolitiki kondensatoryň saýlanmagy köplenç aşakdakylara baglydyr:
EMC öndürijiligi üçin kondensatorlaryň iň möhüm aýratynlyklary impedans we ýygylyk aýratynlyklarydyr. Pes ýygylykly zyňyndylar hemişe DC baglanyşyk kondensatorynyň işleýşine baglydyr.
DC baglanyşygynyň päsgelçiligi diňe 3-nji suratda görkezilişi ýaly kondensatoryň ESR we ESL-e däl, termiki aýlawyň meýdanyna hem baglydyr. Has uly termiki aýlaw meýdany energiýa geçirişiniň has köp wagt alýandygyny aňladýar täsir eder.
Muny subut etmek üçin basgançakly DC-DC öwrüjisi guruldy. 4-nji suratda görkezilen deslapky laýyklyk EMC synag gurnamasy 150kHz bilen 108MHz aralygynda geçirilen zyňyndy skanerini ýerine ýetirýär.
Bu ýagdaýda ulanylýan kondensatorlaryň hemmesiniň impedans häsiýetleriniň tapawudynyň öňüni almak üçin şol bir öndürijiden bolmagyny üpjün etmek möhümdir. Kondensatory PCB-de lehimläniňizde, uzyn gurşunlaryň ýokdugyna göz ýetiriň, sebäbi bu kondensatoryň ESL-ni artdyrar. 5-nji suratda üç konfigurasiýa görkezilýär.
Bu üç konfigurasiýanyň geçirilen zyňyndy netijeleri 6-njy suratda görkezilýär. Bir 680 µF kondensator bilen deňeşdirilende, iki 330 µF kondensatoryň has ýygylyk diapazonynda 6 dB ses peseltmek ýerine ýetirijiligini görmek bolýar.
Zynjyr teoriýasyndan iki kondensatory paralel birikdirip, ESL we ESR ikisiniň hem ýarymdygyny aýdyp bolar. Meýdan nazaryýeti nukdaýnazaryndan diňe bir energiýa çeşmesi däl, şol bir ýükde iki sany energiýa çeşmesi üpjün edilýär, bu bolsa umumy energiýa geçiriş wagtyny netijeli gysgaldýar. Şeýle-de bolsa, has ýokary ýygylyklarda iki sany 330 µF kondensator bilen 680 µF kondensatoryň arasyndaky tapawut azalar. Sebäbi ýokary ýygylykdaky ses ädim energiýasynyň ýeterlik däldigini görkezýär. 330 µF kondensatory wyklýuçatele ýakynlaşdyranymyzda, kondensatoryň ädim seslenmesini netijeli ýokarlandyrýan energiýa geçiriş wagtyny azaldýarys.
Netije bize gaty möhüm bir sapak berýär. Bir kondensatoryň sygymlylygyny ýokarlandyrmak, köplenç has köp energiýa islegini goldamaz. Mümkin bolsa, has kiçi göwrümli komponentleri ulanyň. Munuň üçin köp sebäpler bar. Birinjisi bahasy. Umuman aýdanyňda, şol bir paketiň ululygy üçin, kondensatoryň bahasy sygymlylyk bahasy bilen çalt ýokarlanýar. Bir kondensator ulanmak birnäçe kiçi kondensator ulanmakdan has gymmat bolup biler. Ikinji sebäp ululykdyr. Önüm dizaýnynda çäklendiriji faktor, adatça komponentleriň beýikligidir. Uly kuwwatly kondensatorlar üçin beýiklik köplenç gaty uly bolup, önüm dizaýnyna laýyk däl. Üçünji sebäp, mysalda gören EMC öndürijiligimizdir.
Elektrolitiki kondensator ulanylanda göz öňünde tutulmaly başga bir faktor, naprýa .eniýäni paýlaşmak üçin iki kondensatory yzygiderli birikdireniňizde, deňagramly rezistor 6 gerek bolar.
Öň bellenip geçilişi ýaly, keramiki kondensatorlar çalt energiýa berip bilýän kiçi enjamlardyr. Maňa köplenç “Näçe kondensator gerek?” Diýen sowal berilýär. Bu soraga jogap, keramiki kondensatorlar üçin sygymlylyk gymmaty beýle möhüm bolmaly däldir. Bu ýerde möhüm üns, programmaňyz üçin energiýa geçiriş tizliginiň haýsy ýygylykda ýeterlikdigini kesgitlemekdir. Geçirilen zyňyndy 100 MGs-da şowsuz bolsa, 100 MGs-da iň kiçi impedansly kondensator gowy saýlanar.
Bu MLCC-ä başga bir düşünişmezlik. In engineenerleriň kondensatorlary RF salgy nokadyna uzyn yzlar bilen birikdirmezden ozal iň pes ESR we ESL keramiki kondensatorlary saýlamak üçin köp energiýa sarp edendigini gördüm. MLCC ESL-iň adatça tagtadaky baglanyşyk induksiýasyndan has pesdigini bellemelidiris. Baglanyşyk induksiýasy, keramiki kondensatorlaryň ýokary ýygylykly impedansyna täsir edýän iň möhüm parametrdir7.
7-nji suratda erbet mysal görkezilýär. Uzyn yzlar (uzynlygy 0,5 dýuým) azyndan 10nH induksion girizýär. Simulýasiýa netijesi, kondensatoryň impedansynyň ýygylyk nokadynda (50 MGs) garaşylýandan has ýokary bolýandygyny görkezýär.
MLCC-lerdäki meseleleriň biri, tagtadaky induktiw gurluş bilen rezonanslaşmagydyr. Muny 10 µF MLCC ulanmak takmynan 300 kHz rezonans döredýän 8-nji suratda görkezilen mysalda görmek bolýar.
Has uly ESR komponenti saýlap ýa-da kondensator bilen yzygiderli kiçi bahaly rezistor (1 ohm) goýup, rezonansy azaldyp bilersiňiz. Bu usul ulgamy basmak üçin ýitiriji komponentleri ulanýar. Başga bir usul, rezonansy pes ýa-da has ýokary rezonans nokadyna geçirmek üçin başga bir sygymlylyk bahasyny ulanmakdyr.
Film kondensatorlary köp programmada ulanylýar. Powerokary kuwwatly DC-DC öwrüjileri üçin saýlamagyň kondensatorlary bolup, elektrik liniýalarynda (AC we DC) we umumy tertipli süzgüç konfigurasiýalarynda EMI basyş süzgüçleri hökmünde ulanylýar. Film kondensatorlaryny ulanmagyň esasy nokatlaryny görkezmek üçin X kondensatoryny mysal hökmünde alýarys.
Eger ulalma hadysasy ýüze çyksa, bu setirdäki iň ýokary naprýa stresseniýe stresini çäklendirmäge kömek edýär, şonuň üçin adatça wagtlaýyn naprýa presseniýeli gysyjy (TVS) ýa-da metal oksidi varistor (MOV) bilen ulanylýar.
Bularyň hemmesini eýýäm bilýän bolmagyňyz mümkin, ýöne X kondensatoryň sygymlylyk bahasynyň köp ýyllap ulanylmagy bilen ep-esli peselip biljekdigini bilýärdiňizmi? Bu, esasanam kondensator çygly gurşawda ulanylsa has dogrydyr. X kondensatoryň sygymlylyk bahasynyň bir ýa-da iki ýylyň içinde bahalandyrylan bahasynyň diňe birnäçe göterimine çenli azalandygyny gördüm, şonuň üçin X kondensator bilen işlenip düzülen ulgam aslynda öňdäki kondensatoryň bolup biljek ähli goragyny ýitirdi.
Näme boldy? Çyglylyk howasy kondensatoryň içine, simiň üstünde we guty bilen epoksi küýze birleşmesiniň arasynda syzyp biler. Alýumin metallizasiýasy soň okislenip bilner. Alumina gowy elektrik izolýatory bolup, şeýlelik bilen sygymlylygy peseldýär. Bu, ähli kondensatorlaryň ýüzbe-ýüz boljak meselesi. Meniň aýdýan meseläm filmiň galyňlygy. Abraýly kondensator markalary has galyň filmleri ulanýarlar, netijede beýleki markalara garanyňda has uly kondensatorlar bolýar. Has inçe film, kondensatory aşa ýüklemek üçin (wolt, tok ýa-da temperatura) has ygtybarly edýär we özüni bejermek ähtimallygy ýok.
Eger X kondensator elektrik üpjünçiligine hemişelik birikdirilmedik bolsa, alada etmegiň zerurlygy ýok. Mysal üçin, elektrik üpjünçiligi bilen kondensatoryň arasynda gaty wyklýuçatel bolan önüm üçin ululyk durmuşdan has möhüm bolup biler, soň bolsa has inçe kondensator saýlap bilersiňiz.
Şeýle-de bolsa, kondensator güýç çeşmesine hemişelik birikdirilen bolsa, gaty ygtybarly bolmaly. Kondensatorlaryň okislenmegi gutulgysyz däldir. Kondensatoryň epoksi materialy gowy hilli bolsa we kondensator köplenç aşa gyzgynlyga sezewar edilmese, bahanyň peselmegi az bolmalydyr.
Bu makalada ilki bilen kondensatorlaryň meýdan teoriýasy görnüşi bilen tanyşdyryldy. Amaly mysallar we simulýasiýa netijeleri iň giň ýaýran kondensator görnüşlerini nädip saýlamalydygyny we ulanmalydygyny görkezýär. Bu maglumatlar, elektron we EMC dizaýnynda kondensatorlaryň roluna has giňişleýin düşünmäge kömek edip biler diýip umyt edýärin.
Doktor Min Zhangang, EMC maslahat beriş, näsazlyklary düzetmek we tälim bermek boýunça ýöriteleşen Angliýada ýerleşýän Mach One Design Ltd kompaniýasynyň esaslandyryjysy we baş geňeşçisi. Energetika, sanly elektronika, hereketlendirijiler we önüm dizaýny boýunça çuňňur bilimleri dünýädäki kompaniýalara peýdaly boldy.
Ylalaşyk, elektrik we elektron in engineeringener hünärmenleri üçin habarlaryň, maglumatlaryň, bilimiň we ylhamyň esasy çeşmesidir.
Aerokosmos awtoulag aragatnaşygy Sarp ediji elektronikasy Bilim Energetika we Energetika Senagat Maglumat Tehnologiýasy Lukmançylyk Harby we Milli Goranmak