aħbarijiet

Il-kondensers huma wieħed mill-komponenti l-aktar komunement użati fuq il-bordijiet taċ-ċirkwiti. Hekk kif in-numru ta 'apparat elettroniku (mit-telefowns ċellulari għal karozzi) ikompli jiżdied, hekk ukoll id-domanda għal capacitors. Il-pandemija tal-Covid 19 ħarbtet il-katina tal-provvista globali tal-komponenti minn semikondutturi għal komponenti passivi, u l-kapaċitaturi ma kinux provvista1.
Diskussjonijiet dwar is-suġġett tal-capacitors jistgħu faċilment jinbidlu fi ktieb jew dizzjunarju. L-ewwel, hemm tipi differenti ta 'capacitors, bħal capacitors elettrolitiċi, capacitors tal-film, capacitors taċ-ċeramika eċċ. Imbagħad, fl-istess tip, hemm materjali dielettriċi differenti. Hemm ukoll klassijiet differenti. Fir-rigward tal-istruttura fiżika, hemm tipi ta 'capacitor b'żewġ terminali u tliet terminali. Hemm ukoll kapaċitatur tat-tip X2Y, li essenzjalment huwa par ta 'capacitors Y inkapsulati f'wieħed. Xi ngħidu dwar is-supercapacitors? Il-fatt hu, jekk toqgħod bilqiegħda u tibda taqra gwidi tal-għażla tal-kapaċitaturi minn manifatturi ewlenin, tista 'faċilment tqatta' l-ġurnata!
Peress li dan l-artikolu huwa dwar l-affarijiet bażiċi, se nuża metodu differenti bħas-soltu. Kif issemma qabel, il-gwidi tal-għażla tal-kapaċitaturi jistgħu jinstabu faċilment fuq il-websajts tal-fornituri 3 u 4, u l-inġiniera tal-post normalment jistgħu jwieġbu l-biċċa l-kbira tal-mistoqsijiet dwar il-capacitors. F'dan l-artikolu, mhux se nirrepeti dak li tista 'ssib fuq l-Internet, iżda ser nuri kif tagħżel u tuża capacitors permezz ta' eżempji prattiċi. Xi aspetti inqas magħrufa tal-għażla tal-kapaċitatur, bħad-degradazzjoni tal-kapaċità, se jkunu koperti wkoll. Wara li taqra dan l-artikolu, għandu jkollok fehim tajjeb tal-użu ta 'capacitors.
Snin ilu, meta kont qed naħdem f'kumpanija li tagħmel tagħmir elettroniku, kellna mistoqsija ta 'intervista għal inġinier tal-elettronika tal-enerġija. Fuq id-dijagramma skematika tal-prodott eżistenti, aħna se nistaqsu kandidati potenzjali "X'inhi l-funzjoni tal-kapaċitatur elettrolitiku DC link?" u "X'inhi l-funzjoni tal-kapaċitatur taċ-ċeramika li jinsab ħdejn iċ-ċippa?" Nittamaw li t-tweġiba t-tajba hija l-kapaċitatur DC bus Użat għall-ħażna tal-enerġija, kapaċituri taċ-ċeramika jintużaw għall-iffiltrar.
It-tweġiba "korretta" li nfittxu fil-fatt turi li kulħadd fit-tim tad-disinn iħares lejn capacitors minn perspettiva ta 'ċirkwit sempliċi, mhux minn perspettiva tat-teorija tal-kamp. Il-perspettiva tat-teorija taċ-ċirkwit mhix ħażina. Fi frekwenzi baxxi (minn ftit kHz sa ftit MHz), it-teorija taċ-ċirkwit normalment tista 'tispjega l-problema tajjeb. Dan huwa għaliex fi frekwenzi aktar baxxi, is-sinjal huwa prinċipalment fil-modalità differenzjali. Bl-użu tat-teorija taċ-ċirkwit, nistgħu naraw il-kapaċitatur muri fil-Figura 1, fejn ir-reżistenza tas-serje ekwivalenti (ESR) u l-inductance tas-serje ekwivalenti (ESL) jagħmlu l-impedenza tal-kapaċitatur tinbidel bil-frekwenza.
Dan il-mudell jispjega bis-sħiħ il-prestazzjoni taċ-ċirkwit meta ċ-ċirkwit jinxtegħel bil-mod. Madankollu, hekk kif tiżdied il-frekwenza, l-affarijiet isiru aktar u aktar ikkumplikati. F'xi punt, il-komponent jibda juri mhux linearità. Meta l-frekwenza tiżdied, il-mudell LCR sempliċi għandu l-limitazzjonijiet tiegħu.
Illum, kieku kont mistoqsi l-istess mistoqsija ta 'intervista, kont nilbes in-nuċċali tiegħi ta' osservazzjoni tat-teorija tal-kamp u ngħid li ż-żewġ tipi ta 'capacitor huma apparati għall-ħażna tal-enerġija. Id-differenza hija li capacitors elettrolitiċi jistgħu jaħżnu aktar enerġija minn capacitors taċ-ċeramika. Iżda f'termini ta 'trażmissjoni tal-enerġija, kapaċitaturi taċ-ċeramika jistgħu jittrasmettu l-enerġija aktar malajr. Dan jispjega għaliex il-capacitors taċ-ċeramika jeħtieġ li jitqiegħdu ħdejn iċ-ċippa, minħabba li ċ-ċippa għandha frekwenza ogħla ta 'swiċċjar u veloċità ta' swiċċjar meta mqabbla maċ-ċirkwit tal-enerġija prinċipali.
Minn din il-perspettiva, nistgħu sempliċement niddefinixxu żewġ standards ta 'prestazzjoni għal capacitors. Wieħed huwa kemm jista 'jaħżen enerġija l-kapaċitatur, u l-oħra hija kemm tista' tiġi trasferita din l-enerġija malajr. It-tnejn jiddependu fuq il-metodu tal-manifattura tal-kapaċitatur, il-materjal dielettriku, il-konnessjoni mal-kapaċitatur, eċċ.
Meta l-iswiċċ fiċ-ċirkwit jingħalaq (ara l-Figura 2), tindika li t-tagħbija teħtieġ enerġija mis-sors tal-enerġija. Il-veloċità li biha jingħalaq dan is-swiċċ tiddetermina l-urġenza tad-domanda għall-enerġija. Peress li l-enerġija tivvjaġġa bil-veloċità tad-dawl (nofs il-veloċità tad-dawl fil-materjali FR4), jieħu ż-żmien biex tittrasferixxi l-enerġija. Barra minn hekk, hemm nuqqas ta 'qbil fl-impedenza bejn is-sors u l-linja ta' trasmissjoni u t-tagħbija. Dan ifisser li l-enerġija qatt mhi se tiġi trasferita fi vjaġġ wieħed, iżda f'ħafna vjaġġi bir-ritorn5, u huwa għalhekk li meta l-iswiċċ jinxtegħel malajr, se naraw dewmien u tisfir fil-forma tal-mewġ tal-bidla.
Figura 2: Huwa jieħu ż-żmien biex l-enerġija tippropaga fl-ispazju; nuqqas ta 'qbil ta' impedenza jikkawża vjaġġi bir-ritorn multipli ta 'trasferiment ta' enerġija.
Il-fatt li l-kunsinna tal-enerġija tieħu ż-żmien u vjaġġi bir-ritorn multipli jgħidilna li rridu nimxu l-enerġija kemm jista 'jkun qrib it-tagħbija, u rridu nsibu mod kif inwassluha malajr. L-ewwel normalment jinkiseb billi titnaqqas id-distanza fiżika bejn it-tagħbija, is-swiċċ u l-kapaċitatur. Dan tal-aħħar jinkiseb billi jinġabar grupp ta 'capacitors bl-iżgħar impedenza.
It-teorija tal-qasam tispjega wkoll x'jikkawża l-istorbju tal-modalità komuni. Fil-qosor, il-ħoss tal-modalità komuni jiġi ġġenerat meta d-domanda għall-enerġija tat-tagħbija ma tintlaħaqx waqt il-bidla. Għalhekk, l-enerġija maħżuna fl-ispazju bejn it-tagħbija u l-kondutturi fil-qrib se tiġi pprovduta biex tappoġġja d-domanda tal-pass. L-ispazju bejn it-tagħbija u l-kondutturi fil-qrib huwa dak li nsejħu kapaċità parassitika / reċiproka (ara l-Figura 2).
Aħna nużaw l-eżempji li ġejjin biex nuru kif tuża capacitors elettrolitiċi, capacitors taċ-ċeramika b'ħafna saffi (MLCC), u capacitors tal-film. Kemm it-teorija taċ-ċirkwit kif ukoll tal-kamp jintużaw biex jispjegaw il-prestazzjoni ta 'capacitors magħżula.
Il-kapaċitaturi elettrolitiċi jintużaw prinċipalment fil-link DC bħala s-sors ewlieni tal-enerġija. L-għażla tal-kapaċitatur elettrolitiku ħafna drabi tiddependi fuq:
Għall-prestazzjoni EMC, l-aktar karatteristiċi importanti tal-capacitors huma l-impedenza u l-karatteristiċi tal-frekwenza. Emissjonijiet immexxija bi frekwenza baxxa dejjem jiddependu fuq il-prestazzjoni tal-kapaċitatur tal-link DC.
L-impedenza tal-link DC tiddependi mhux biss fuq l-ESR u l-ESL tal-kapaċitatur, iżda wkoll fuq iż-żona tal-linja termali, kif muri fil-Figura 3. Erja akbar tal-linja termali tfisser li t-trasferiment tal-enerġija jieħu aktar żmien, għalhekk il-prestazzjoni se jiġu affettwati.
Inbena konvertitur step-down DC-DC biex jipprova dan. Is-setup tat-test tal-EMC ta' qabel il-konformità murija fil-Figura 4 twettaq skannjar tal-emissjonijiet imwettaq bejn 150kHz u 108MHz.
Huwa importanti li jiġi żgurat li l-capacitors użati f'dan l-istudju tal-każ huma kollha mill-istess manifattur biex jiġu evitati differenzi fil-karatteristiċi tal-impedenza. Meta issaldjar il-kapaċitatur fuq il-PCB, kun żgur li ma jkunx hemm ċomb twal, peress li dan iżid l-ESL tal-kapaċitatur. Figura 5 turi t-tliet konfigurazzjonijiet.
Ir-riżultati tal-emissjoni kondotti ta 'dawn it-tliet konfigurazzjonijiet huma murija fil-Figura 6. Wieħed jista' jara li, meta mqabbel ma 'kapaċitatur wieħed ta' 680 µF, iż-żewġ capacitors 330 µF jiksbu prestazzjoni ta 'tnaqqis tal-istorbju ta' 6 dB fuq firxa ta 'frekwenza usa'.
Mit-teorija taċ-ċirkwit, jista 'jingħad li billi tgħaqqad żewġ capacitors b'mod parallel, kemm ESL kif ukoll ESR jitnaqqsu bin-nofs. Mil-lat tat-teorija tal-qasam, m'hemmx sors ta 'enerġija wieħed biss, iżda żewġ sorsi ta' enerġija huma fornuti għall-istess tagħbija, u b'mod effettiv inaqqsu l-ħin ġenerali tat-trażmissjoni tal-enerġija. Madankollu, fi frekwenzi ogħla, id-differenza bejn żewġ capacitors 330 µF u capacitor wieħed 680 µF se tiċkien. Dan minħabba li l-istorbju ta 'frekwenza għolja jindika rispons tal-enerġija pass insuffiċjenti. Meta nimxu kapaċitatur ta '330 µF eqreb lejn is-swiċċ, innaqqsu l-ħin tat-trasferiment tal-enerġija, li effettivament iżid ir-rispons tal-pass tal-kapaċitatur.
Ir-riżultat jgħidilna lezzjoni importanti ħafna. Iż-żieda tal-capacitance ta 'capacitor wieħed ġeneralment ma tappoġġjax id-domanda pass għal aktar enerġija. Jekk possibbli, uża xi komponenti abilità iżgħar. Hemm ħafna raġunijiet tajbin għal dan. L-ewwel huwa l-ispiża. B'mod ġenerali, għall-istess daqs tal-pakkett, l-ispiża ta 'kapaċitatur tiżdied b'mod esponenzjali mal-valur tal-kapaċità. L-użu ta 'kapaċitatur wieħed jista' jkun aktar għali mill-użu ta 'diversi capacitors iżgħar. It-tieni raġuni hija d-daqs. Il-fattur li jillimita fid-disinn tal-prodott huwa ġeneralment l-għoli tal-komponenti. Għal capacitors ta 'kapaċità kbira, l-għoli ħafna drabi huwa kbir wisq, li mhuwiex adattat għad-disinn tal-prodott. It-tielet raġuni hija l-prestazzjoni tal-EMC li rajna fl-istudju tal-każ.
Fattur ieħor li għandek tikkonsidra meta tuża kapaċitatur elettrolitiku huwa li meta tqabbad żewġ capacitors f'serje biex taqsam il-vultaġġ, ser ikollok bżonn resistor ta 'ibbilanċjar 6.
Kif issemma qabel, il-kapaċitaturi taċ-ċeramika huma apparati żgħar li jistgħu jipprovdu enerġija malajr. Spiss nistaqsi l-mistoqsija "Kemm kapaċitatur għandi bżonn?" It-tweġiba għal din il-mistoqsija hija li għal capacitors taċ-ċeramika, il-valur tal-kapaċità m'għandux ikun daqshekk importanti. Il-konsiderazzjoni importanti hawnhekk hija li tiddetermina f'liema frekwenza l-veloċità tat-trasferiment tal-enerġija hija biżżejjed għall-applikazzjoni tiegħek. Jekk l-emissjoni mmexxija tonqos f'100 MHz, allura l-kapaċitatur bl-iżgħar impedenza f'100 MHz tkun għażla tajba.
Dan huwa nuqqas ta' ftehim ieħor tal-MLCC. Rajt inġiniera jonfqu ħafna enerġija jagħżlu capacitors taċ-ċeramika bl-ESR u ESL l-aktar baxxi qabel ma jgħaqqdu l-capacitors mal-punt ta 'referenza RF permezz ta' traċċi twal. Ta 'min isemmi li l-ESL ta' MLCC huwa ġeneralment ħafna aktar baxx mill-inductance tal-konnessjoni fuq il-bord. L-inductance tal-konnessjoni għadha l-aktar parametru importanti li jaffettwa l-impedenza ta 'frekwenza għolja ta' capacitors7 taċ-ċeramika.
Figura 7 turi eżempju ħażin. Traċċi twal (0.5 pulzieri twal) jintroduċu mill-inqas 10nH inductance. Ir-riżultat tas-simulazzjoni juri li l-impedenza tal-kapaċitatur issir ħafna ogħla milli mistenni fil-punt tal-frekwenza (50 MHz).
Waħda mill-problemi bl-MLCCs hija li għandhom it-tendenza li jirresonaw mal-istruttura induttiva fuq il-bord. Dan jista 'jidher fl-eżempju muri fil-Figura 8, fejn l-użu ta' 10 µF MLCC jintroduċi reżonanza f'madwar 300 kHz.
Tista 'tnaqqas ir-reżonanza billi tagħżel komponent b'ESR akbar jew sempliċement tpoġġi resistor ta' valur żgħir (bħal 1 ohm) f'serje b'kapaċitatur. Dan it-tip ta 'metodu juża komponenti lossy biex jrażżnu s-sistema. Metodu ieħor huwa li tuża valur ta 'kapaċità ieħor biex iċċaqlaq ir-reżonanza għal punt ta' reżonanza aktar baxx jew ogħla.
Il-kapaċitaturi tal-film jintużaw f'ħafna applikazzjonijiet. Huma l-kapaċitaturi tal-għażla għall-konvertituri DC-DC ta 'qawwa għolja u jintużaw bħala filtri ta' soppressjoni tal-EMI fuq linji tal-enerġija (AC u DC) u konfigurazzjonijiet ta 'filtrazzjoni ta' mod komuni. Nieħdu capacitor X bħala eżempju biex turi xi wħud mill-punti ewlenin tal-użu ta 'capacitors tal-film.
Jekk iseħħ avveniment ta 'żieda, jgħin biex jillimita l-ogħla tensjoni tal-vultaġġ fuq il-linja, għalhekk normalment jintuża ma' suppressor tal-vultaġġ temporanju (TVS) jew varistor tal-ossidu tal-metall (MOV).
Jista 'jkun diġà taf dan kollu, imma kont taf li l-valur tal-kapaċità ta' capacitor X jista 'jitnaqqas b'mod sinifikanti b'snin ta' użu? Dan hu veru speċjalment jekk il-kapaċitatur jintuża f'ambjent umdu. Rajt il-valur tal-kapaċità tal-kapaċitatur X jinżel biss għal ftit fil-mija tal-valur nominali tiegħu fi żmien sena jew tnejn, għalhekk is-sistema ddisinjata oriġinarjament bil-kapaċitatur X fil-fatt tilfet il-protezzjoni kollha li jista 'jkollha l-kapaċitatur ta' quddiem.
Allura, x'ġara? L-arja ta 'umdità tista' tnixxi fil-kapaċitatur, il-wajer u bejn il-kaxxa u l-kompost tal-qsari epoxy. Il-metallizzazzjoni tal-aluminju tista 'mbagħad tiġi ossidizzata. L-alumina hija iżolatur elettriku tajjeb, u b'hekk tnaqqas il-kapaċità. Din hija problema li l-capacitors tal-film kollha se jiltaqgħu magħhom. Il-kwistjoni li qed nitkellem dwarha hija l-ħxuna tal-film. Marki ta 'capacitor reputazzjoni tajba jużaw films eħxen, li jirriżultaw f'capacitors akbar minn marki oħra. Il-film irqaq jagħmel il-kapaċitatur inqas robust għal tagħbija żejda (vultaġġ, kurrent, jew temperatura), u mhux probabbli li jfejjaq innifsu.
Jekk il-kapaċitatur X ma jkunx konness b'mod permanenti mal-provvista tal-enerġija, allura m'għandekx għalfejn tinkwieta. Pereżempju, għal prodott li għandu swiċċ iebes bejn il-provvista tal-enerġija u l-kapaċitatur, id-daqs jista 'jkun aktar importanti mill-ħajja, u allura tista' tagħżel kapaċitatur irqaq.
Madankollu, jekk il-kapaċitatur ikun konness b'mod permanenti mas-sors tal-enerġija, għandu jkun affidabbli ħafna. L-ossidazzjoni tal-capacitors mhix inevitabbli. Jekk il-materjal epossidiku tal-kapaċitatur huwa ta 'kwalità tajba u l-kapaċitatur ma jkunx spiss espost għal temperaturi estremi, it-tnaqqis fil-valur għandu jkun minimu.
F'dan l-artikolu, introduċa l-ewwel il-fehma tat-teorija tal-kamp ta 'capacitors. Eżempji prattiċi u riżultati ta 'simulazzjoni juru kif tagħżel u tuża t-tipi ta' capacitor l-aktar komuni. Nittama li din l-informazzjoni tista 'tgħinek tifhem ir-rwol tal-capacitors fid-disinn elettroniku u EMC b'mod aktar komprensiv.
Dr Min Zhang huwa l-fundatur u konsulent ewlieni tal-EMC ta 'Mach One Design Ltd, kumpanija tal-inġinerija bbażata fir-Renju Unit li tispeċjalizza fil-konsultazzjoni, is-soluzzjoni tal-problemi u t-taħriġ tal-EMC. L-għarfien fil-fond tiegħu fl-elettronika tal-enerġija, l-elettronika diġitali, il-muturi u d-disinn tal-prodott ibbenefika lill-kumpaniji madwar id-dinja.
In Compliance hija s-sors ewlieni ta 'aħbarijiet, informazzjoni, edukazzjoni u ispirazzjoni għall-professjonisti tal-inġinerija elettrika u elettronika.
Aerospazjali Komunikazzjonijiet tal-Karozzi Elettronika tal-Konsumatur Edukazzjoni Enerġija u Enerġija Industrija Teknoloġija tal-Informazzjoni Mediku Militari u Difiża Nazzjonali