warta

Kapasitor mangrupikeun salah sahiji komponén anu paling sering dianggo dina papan sirkuit. Salaku jumlah alat éléktronik (tina handphone nepi ka mobil) terus ngaronjat, kitu ogé paménta pikeun kapasitor. Pandemik Covid 19 parantos ngaganggu ranté pasokan komponén global tina semikonduktor dugi ka komponén pasif, sareng kapasitor parantos kakurangan1.
Diskusi ngeunaan kapasitor tiasa gampang dirobih janten buku atanapi kamus. Kahiji, aya tipena béda kapasitor, kayaning kapasitor electrolytic, kapasitor pilem, kapasitor keramik jeung saterusna. Lajeng, dina tipe sarua, aya bahan diéléktrik béda. Aya ogé kelas béda. Sedengkeun pikeun struktur fisik, aya dua-terminal jeung tilu-terminal tipe kapasitor. Aya ogé kapasitor tipe X2Y, nu dasarna sapasang kapasitor Y encapsulated dina hiji. Kumaha upami supercapacitors? Kanyataanna, lamun diuk turun tur mimitian maca Panungtun Pilihan kapasitor ti pabrik utama, anjeun bisa kalayan gampang méakkeun poé!
Kusabab artikel ieu ngeunaan dasar, abdi bakal ngagunakeun métode béda saperti biasa. Sakumaha didadarkeun di saméméhna, Panungtun Pilihan kapasitor bisa gampang kapanggih dina ramatloka supplier 3 jeung 4, sarta insinyur widang biasana bisa ngajawab paling patarosan ngeunaan kapasitor. Dina tulisan ieu, kuring moal ngulang naon anu anjeun tiasa mendakan dina Internét, tapi bakal nunjukkeun kumaha milih sareng ngagunakeun kapasitor ngaliwatan conto praktis. Sababaraha aspék seleksi kapasitor Lesser-dipikawanoh, kayaning degradasi kapasitansi, ogé bakal katutupan. Sanggeus maca artikel ieu, anjeun kudu boga pamahaman alus ngeunaan pamakéan kapasitor.
Sababaraha taun ka pengker, nalika kuring damel di perusahaan anu ngadamel alat éléktronik, kami ngagaduhan patarosan wawancara pikeun insinyur éléktronika listrik. Dina diagram skéma produk anu aya, urang bakal naroskeun calon poténsial "Naon fungsi kapasitor éléktrolitik link DC?" jeung "Naon fungsi tina kapasitor keramik ayana gigireun chip?" Kami ngarepkeun yén jawaban anu leres nyaéta kapasitor beus DC Dipaké pikeun neundeun énergi, kapasitor keramik dianggo pikeun nyaring.
Jawaban "bener" anu urang milarian nunjukkeun yén sadayana dina tim desain ningali kapasitor tina sudut pandang sirkuit anu sederhana, sanés tina sudut pandang téori lapangan. Sudut pandang téori sirkuit teu salah. Dina frékuénsi low (ti sababaraha kHz ka sababaraha MHz), téori sirkuit biasana bisa ngajelaskeun masalah ogé. Ieu alatan dina frékuénsi handap, sinyal utamana dina mode diferensial. Ngagunakeun téori sirkuit, urang tiasa ningali kapasitor ditémbongkeun dina Gambar 1, dimana résistansi runtuyan sarimbag (ESR) jeung induktansi runtuyan sarimbag (ESL) ngajadikeun impedansi tina kapasitor robah kalawan frékuénsi.
Modél ieu pinuh ngécéskeun kinerja sirkuit nalika sirkuit ieu switched lalaunan. Nanging, nalika frékuénsi ningkat, hal-hal janten langkung rumit. Di sawatara titik, komponén mimiti némbongkeun non-linearity. Lamun frékuénsi nambahan, model LCR basajan boga watesan na.
Dinten ayeuna, upami kuring ditaroskeun patarosan wawancara anu sami, kuring bakal ngagem gelas observasi téori lapangan kuring sareng nyarios yén duanana jinis kapasitor mangrupikeun alat panyimpen énergi. Bédana nyaéta kapasitor éléktrolitik tiasa nyimpen langkung énergi tibatan kapasitor keramik. Tapi dina hal pangiriman énergi, kapasitor keramik tiasa ngirimkeun énergi langkung gancang. Ieu ngécéskeun naon pangna kapasitor keramik kudu ditempatkeun gigireun chip, sabab chip ngabogaan frékuénsi switching luhur sarta speed switching dibandingkeun jeung sirkuit kakuatan utama.
Tina sudut pandang ieu, urang ngan saukur tiasa nangtukeun dua standar kinerja pikeun kapasitor. Salah sahijina nyaéta sabaraha énergi anu tiasa disimpen ku kapasitor, sareng anu sanésna nyaéta sabaraha gancang énergi ieu tiasa ditransfer. Duanana gumantung kana métode manufaktur kapasitor, bahan diéléktrik, sambungan jeung kapasitor, jeung saterusna.
Nalika switch dina sirkuit ditutup (tingali Gambar 2), éta nunjukkeun yén beban butuh énergi tina sumber kakuatan. Laju dimana switch ieu nutup nangtukeun urgency paménta énergi. Kusabab énergi ngarambat dina laju cahaya (satengah laju cahaya dina bahan FR4), butuh waktu pikeun mindahkeun énergi. Sajaba ti éta, aya hiji mismatch impedansi antara sumber jeung jalur transmisi jeung beban. Ieu ngandung harti yén énergi moal pernah ditransferkeun dina hiji lalampahan, tapi dina sababaraha rounds trips5, naha éta lamun switch ieu gancang switched, urang bakal ningali reureuh na ringing dina bentuk gelombang switching.
Gambar 2: Butuh waktu pikeun tanaga ngarambat di rohangan; impedansi mismatch ngabalukarkeun sababaraha round trips mindahkeun énergi.
Kanyataan yén pangiriman énergi butuh waktos sareng sababaraha perjalanan buleud nyarioskeun yén urang kedah mindahkeun énergi sacaket-gancangna kana beban, sareng urang kedah milarian cara pikeun nganteurkeun éta gancang. Kahiji biasana kahontal ku ngurangan jarak fisik antara beban, switch jeung kapasitor. Anu terakhir dihontal ku cara ngumpulkeun sakelompok kapasitor kalayan impedansi pangleutikna.
Téori lapangan ogé ngécéskeun naon anu nyababkeun bising modeu umum. Pondokna, noise mode umum dihasilkeun nalika paménta énergi beban teu patepung salila switching. Ku alatan éta, énergi anu disimpen dina rohangan antara beban sareng konduktor caket dieu bakal disayogikeun pikeun ngadukung paménta léngkah. Rohangan antara beban jeung konduktor caket dieu naon urang nelepon parasit / silih capacitance (tingali Gambar 2).
Kami nganggo conto di handap ieu pikeun nunjukkeun kumaha ngagunakeun kapasitor éléktrolitik, kapasitor keramik multilayer (MLCC), sareng kapasitor pilem. Duanana téori sirkuit sareng médan dianggo pikeun ngajelaskeun kinerja kapasitor anu dipilih.
Kapasitor éléktrolitik utamana dipaké dina link DC salaku sumber énergi utama. Pilihan kapasitor electrolytic mindeng gumantung kana:
Pikeun pagelaran EMC, ciri anu paling penting tina kapasitor nyaéta impedansi sareng ciri frekuensi. Frékuénsi low émisi dipigawé salawasna gumantung kana kinerja DC link kapasitor.
The impedansi tina link DC gumantung teu ukur dina ESR na ESL tina kapasitor, tapi ogé dina aréa loop termal, ditémbongkeun saperti dina Gambar 3. A aréa loop termal nu leuwih gede hartina mindahkeun énergi nyokot leuwih lila, jadi kinerja bakal kapangaruhan.
A converter DC-DC step-down diwangun pikeun ngabuktikeun ieu. Setélan tés EMC pra-patuh anu dipidangkeun dina Gambar 4 ngalaksanakeun scan émisi anu dilakukeun antara 150kHz sareng 108MHz.
Penting pikeun mastikeun yén kapasitor anu dianggo dina studi kasus ieu sadayana ti produsén anu sami pikeun ngahindarkeun bédana karakteristik impedansi. Nalika soldering kapasitor on PCB nu, pastikeun yén euweuh ngawujud panjang, sakumaha ieu bakal ngaronjatkeun ESL of kapasitor nu. angka 5 nembongkeun tilu konfigurasi.
Hasil émisi anu dilakukeun tina tilu konfigurasi ieu dipidangkeun dina Gambar 6. Ieu tiasa katingali yén, dibandingkeun sareng kapasitor 680 µF tunggal, dua kapasitor 330 µF ngahontal prestasi réduksi bising 6 dB dina rentang frekuensi anu langkung lega.
Tina téori sirkuit, bisa disebutkeun yén ku cara nyambungkeun dua kapasitor paralel, duanana ESL jeung ESR dibagi dua. Tina sudut pandang téori médan, henteu ngan ukur hiji sumber énergi, tapi dua sumber énérgi disayogikeun kana beban anu sami, sacara efektif ngirangan waktos pangiriman énergi sacara umum. Nanging, dina frékuénsi anu langkung luhur, bédana antara dua kapasitor 330 µF sareng hiji kapasitor 680 µF bakal ngaleutikan. Ieu kusabab noise frékuénsi luhur nunjukkeun respon énergi hambalan cukup. Nalika mindahkeun kapasitor 330 µF ngadeukeutan ka saklar, urang ngirangan waktos mindahkeun énergi, anu sacara efektif ningkatkeun réspon léngkah tina kapasitor.
Hasilna nyarioskeun ka urang palajaran anu penting pisan. Ngaronjatkeun kapasitansi kapasitor tunggal umumna henteu ngadukung paménta léngkah pikeun langkung énergi. Mun mungkin, make sababaraha komponén kapasitif leutik. Aya loba alesan alus pikeun ieu. Anu kahiji nyaéta biaya. Sacara umum, pikeun ukuran pakét anu sami, biaya kapasitor naék sacara éksponénsial kalayan nilai kapasitansi. Ngagunakeun kapasitor tunggal bisa jadi leuwih mahal ti ngagunakeun sababaraha kapasitor leutik. Alesan kadua nyaéta ukuran. Faktor ngawatesan dina desain produk biasana jangkungna komponén. Pikeun kapasitor kapasitas badag, jangkungna mindeng teuing badag, nu teu cocog pikeun desain produk. Alesan katilu nyaéta kinerja EMC anu urang tingali dina studi kasus.
Faktor séjén anu kedah dipertimbangkeun nalika nganggo kapasitor éléktrolitik nyaéta nalika anjeun nyambungkeun dua kapasitor dina séri pikeun ngabagi tegangan, anjeun peryogi résistor 6.
Sakumaha didadarkeun di saméméhna, kapasitor keramik - alat miniatur nu bisa gancang nyadiakeun énergi. Kuring sering naroskeun patarosan "Sabaraha kapasitor anu kuring peryogikeun?" Jawaban kana patarosan ieu nyaéta pikeun kapasitor keramik, nilai kapasitansi henteu kedah penting pisan. Pertimbangan anu penting di dieu nyaéta pikeun nangtukeun frékuénsi mana laju transfer énergi anu cekap pikeun aplikasi anjeun. Upami émisi anu dilakukeun gagal dina 100 MHz, maka kapasitor kalayan impedansi pangleutikna dina 100 MHz bakal janten pilihan anu saé.
Ieu salah paham sejen tina MLCC. Kuring geus katempo insinyur méakkeun loba énergi milih kapasitor keramik jeung ESR panghandapna jeung ESL saméméh nyambungkeun kapasitor ka titik rujukan RF ngaliwatan ngambah panjang. Perlu disebatkeun yén ESL of MLCC biasana langkung handap tibatan induktansi sambungan dina papan. Induktansi sambungan masih parameter pangpentingna mangaruhan impedansi frékuénsi luhur kapasitor keramik7.
Gambar 7 nembongkeun conto goréng. Ngambah panjang (0,5 inci panjang) ngawanohkeun sahenteuna 10nH induktansi. Hasil simulasi nunjukeun yen impedansi kapasitor jadi loba nu leuwih luhur ti ekspektasi dina titik frékuénsi (50 MHz).
Salah sahiji masalah sareng MLCCs nyaeta aranjeunna condong resonate kalawan struktur induktif dina dewan. Ieu tiasa ditingali dina conto anu dipidangkeun dina Gambar 8, dimana pamakean 10 µF MLCC ngenalkeun résonansi kira-kira 300 kHz.
Anjeun tiasa ngirangan résonansi ku milih komponén kalayan ESR anu langkung ageung atanapi ngan saukur nempatkeun résistor nilai leutik (sapertos 1 ohm) dina séri sareng kapasitor. Métode jenis ieu ngagunakeun komponén lossy pikeun ngahambat sistem. Métode séjén nyaéta ngagunakeun nilai kapasitansi anu sanés pikeun mindahkeun résonansi ka titik résonansi anu langkung handap atanapi langkung luhur.
Kapasitor pilem dianggo dina seueur aplikasi. Éta mangrupikeun kapasitor pilihan pikeun konvérsi DC-DC kakuatan tinggi sareng dianggo salaku saringan suprési EMI dina jalur listrik (AC sareng DC) sareng konfigurasi panyaring mode umum. Simkuring nyandak hiji kapasitor X sabagé conto pikeun ngagambarkeun sababaraha titik utama ngagunakeun kapasitor pilem.
Upami aya kajadian surge, éta ngabantosan ngawatesan tegangan tegangan puncak dina jalur, ku kituna biasana dianggo ku panampi tegangan (TVS) atanapi varistor oksida logam (MOV).
Anjeun panginten parantos terang sadayana ieu, tapi naha anjeun terang yén nilai kapasitansi tina kapasitor X tiasa dikirangan sacara signifikan ku sababaraha taun pamakean? Ieu hususna leres lamun kapasitor dipaké dina lingkungan lembab. Kuring geus katempo nilai kapasitansi tina kapasitor X ngan turun ka sababaraha persén nilai dipeunteun na dina hiji atawa dua taun, jadi sistem asalna dirancang jeung kapasitor X sabenerna leungit kabeh panyalindungan nu kapasitor hareup-tungtung bisa mibanda.
Ku kituna, naon anu lumangsung? Hawa lembab tiasa bocor kana kapasitor, naék kawat sareng antara kotak sareng sanyawa potting epoxy. Metalisasi aluminium lajeng bisa dioksidasi. Alumina mangrupakeun insulator listrik alus, kukituna ngurangan kapasitansi. Ieu masalah anu bakal sapatemon sadaya kapasitor pilem. Masalah anu kuring nyarioskeun nyaéta ketebalan pilem. merek kapasitor reputable ngagunakeun pilem kandel, hasilna kapasitor leuwih badag batan merek sejen. Film thinner ngajadikeun kapasitor kirang kuat mun overload (tegangan, arus, atawa suhu), sarta éta saperti teu mirip cageur sorangan.
Upami kapasitor X henteu permanén dihubungkeun ka catu daya, maka anjeun henteu kedah hariwang. Contona, pikeun produk nu boga switch teuas antara catu daya jeung kapasitor, ukuran bisa jadi leuwih penting batan hirup, lajeng Anjeun bisa milih hiji kapasitor thinner.
Nanging, upami kapasitor dihubungkeun permanén ka sumber listrik, éta kedah dipercaya pisan. Oksidasi kapasitor teu bisa dilawan. Upami bahan epoksi kapasitor kualitasna saé sareng kapasitor henteu sering kakeunaan suhu anu ekstrim, serelek nilai kedah minimal.
Dina artikel ieu, mimiti diwanohkeun view téori widang kapasitor. Conto praktis sareng hasil simulasi nunjukkeun kumaha milih sareng nganggo jinis kapasitor anu paling umum. Mudah-mudahan inpormasi ieu tiasa ngabantosan anjeun ngartos peran kapasitor dina desain éléktronik sareng EMC sacara langkung komprehensif.
Dr Min Zhang nyaéta pangadeg sarta lulugu konsultan EMC of Mach One Design Ltd, hiji pausahaan rékayasa basis Inggris specializing dina konsultan EMC, ngungkulan jeung latihan. Pangaweruhna anu jero dina éléktronika listrik, éléktronika digital, motor sareng desain produk parantos nguntungkeun perusahaan di sakumna dunya.
In Compliance mangrupikeun sumber utama warta, inpormasi, pendidikan sareng inspirasi pikeun profésional rékayasa listrik sareng éléktronik.
Aerospace Automotive Communications Consumer Electronics Atikan Énergi jeung Power Industri Téknologi Émbaran Médis Militer jeung Pertahanan Nasional