Neiegkeeten

Kondensatore sinn ee vun de meescht benotzte Komponenten op Circuitboards.Wéi d'Zuel vun den elektroneschen Apparater (vum Handy bis Autoen) weider eropgeet, geet och d'Nofro no Kondensatoren.D'Covid 19 Pandemie huet déi global Komponentversuergungskette vun Hallefleitungen gestéiert. zu passive Komponenten, a Kondensatore sinn a kuerzer Versuergung1.
Diskussiounen zum Thema Kondensatore kënnen einfach an e Buch oder e Wierderbuch ëmgewandelt ginn.Fir d'éischt ginn et verschidden Aarte vu Kondensatoren, wéi Elektrolytkondensatoren, Filmkondensatoren, Keramikkondensatoren an sou weider. Dann, an deemselwechten Typ, ginn et verschidden. dielektresch Materialien.Et ginn och verschidde Klassen.Wat déi physesch Struktur ugeet, ginn et zwee-terminal an dräi-terminal Kondensatortypen.Et gëtt och en X2Y-Kondensator, deen am Fong e Paar Y-Kondensatoren ass, déi an engem akapselt sinn.Wat iwwer Superkondensatoren. ?D'Tatsaach ass, wann Dir sëtzt a fänkt Kondensatorauswielguide vu grousse Hiersteller ze liesen, kënnt Dir den Dag einfach verbréngen!
Well dësen Artikel iwwer d'Basis ass, wäert ech eng aner Method wéi gewinnt benotzen.Wéi virdru scho gesot, Kondensatorauswielguiden kënnen einfach op Fournisseur Websäiten 3 a 4 fonnt ginn, an Feldingenieuren kënnen normalerweis déi meescht Froen iwwer Kondensatoren beäntweren.An dësem Artikel, Ech wäert net widderhuelen, wat Dir um Internet fannen kann, mee wäert weisen, wéi capacitors duerch praktesch Beispiller ze wielen a benotzen.E puer manner-bekannt Aspekter vun capacitor Auswiel, wéi capacitance Degradatioun, wäert och Cover.No dësem Artikel liesen, Dir soll e gutt Verständnis vun der Benotzung vun capacitors hunn.
Virun Joeren, wéi ech an enger Firma geschafft hunn, déi elektronesch Ausrüstung gemaach huet, hate mir eng Interviewfro fir e Kraaftelektronikingenieur. Op dem schemateschen Diagramm vum existente Produkt wäerte mir potenziell Kandidaten froen "Wat ass d'Funktioun vun der DC Link elektrolytescher Kondensator?" an "Wat ass d'Funktioun vum Keramik Kondensator nieft dem Chip?" Mir hoffen, datt déi richteg Äntwert ass den DC Bus capacitor Benotzt fir Energie Stockage, Keramik capacitors fir Filter benotzt.
Déi "korrekt" Äntwert, déi mir sichen, weist tatsächlech datt jiddereen am Designteam Kondensatoren aus enger einfacher Circuitperspektive kuckt, net aus enger Feldtheorie Perspektiv. op e puer MHz), Circuit Theorie kann de Problem normalerweis gutt erklären. Dëst ass well bei méi nidderegen Frequenzen, d'Signal haaptsächlech am Differenzial Modus ass.Using Circuit Theorie, kënne mir de capacitor gewisen an der Figur 1 gesinn, wou déi gläichwäerteg Serie Resistenz ( ESR) an gläichwäerteg Serie Induktans (ESL) maachen d'Impedanz vum Kondensator mat der Frequenz änneren.
Dëse Modell erklärt d'Performance vum Circuit voll wann de Circuit lues ageschalt gëtt.Allerdéngs, wéi d'Frequenz eropgeet, ginn d'Saache méi a méi komplizéiert.Irgendwann fänkt d'Komponent net Linearitéit ze weisen.Wann d'Frequenz eropgeet, den einfachen LCR Modell huet seng Aschränkungen.
Haut, wann ech déi selwecht Interview Fro gefrot, Ech géif meng Feld Theorie Observatioun Brëller zouzedrécken a soen, datt souwuel capacitor Zorte sinn Energie Stockage Apparater. , Keramikkondensatoren kënnen Energie méi séier iwwerdroen.Dëst erkläert firwat Keramikkondensatoren niewent dem Chip plazéiert sinn, well den Chip eng méi héich Schaltfrequenz a Schaltgeschwindegkeet am Verglach zum Haaptkraaftkrees huet.
Aus dëser Perspektiv kënne mir einfach zwee Leeschtungsnormen fir Kondensatoren definéieren. Ee ass wéi vill Energie de Kondensator späichere kann, an déi aner ass wéi séier dës Energie transferéiert ka ginn. Béid hänkt vun der Fabrikatiounsmethod vum Kondensator of, dem dielektresche Material, d'Verbindung mam Kondensator, a sou weider.
Wann de Schalter am Circuit zou ass (kuckt Figur 2), weist et un datt d'Laascht Energie vun der Stroumquell brauch. D'Vitesse bei där dëse Schalter zou ass, bestëmmt d'Urgence vun der Energiebedarf. Well d'Energie mat der Liichtgeschwindegkeet reest (Halschent d'Liichtgeschwindegkeet an FR4-Materialien), et brauch Zäit fir Energie ze transferéieren. Zousätzlech gëtt et eng Impedanz-Mëssmatch tëscht der Quell an der Iwwerdroungslinn an der Belaaschtung. Dëst bedeit datt Energie ni an enger Rees transferéiert gëtt, awer a multiple round trips5, dofir, wann de Schalter séier wiesselt, gesi mir Verspéidungen a Réng an der Schaltwelleform.
Figur 2: Et brauch Zäit fir Energie am Weltraum ze propagéieren; Impedanz Mëssverständnis verursaacht Multiple Ronn Reesen vun Energie Transfert.
D'Tatsaach, datt d'Energietransfer Zäit dauert a verschidde Rondreesen seet eis datt mir d'Energiequell esou no bei der Laascht wéi méiglech musse lokaliséieren, a mir mussen e Wee fannen fir d'Energie séier ze transferéieren.Déi éischt gëtt normalerweis erreecht duerch d'Reduktioun vun de kierperlechen Distanz tëscht der Belaaschtung, Schalter a Kondensator.Déi lescht gëtt erreecht andeems Dir eng Grupp vu Kondensatoren mat der klengster Impedanz sammelt.
Feldtheorie erkläert och wat Common Mode Noise verursaacht. Kuerz gesot, Common Mode Kaméidi gëtt generéiert wann d'Energiefuerderung vun der Belaaschtung net während dem Wiessel erfëllt gëtt. Dofir gëtt d'Energie déi am Raum tëscht der Laascht an der Emgéigend Leit gespäichert gëtt fir z'ënnerstëtzen. de Schrëtt Nofro.De Raum tëscht der Laascht an Emgéigend Dirigenten ass wat mir parasitären/géigesäitege capacitance nennen (kuckt Figur 2).
Mir benotzen déi folgend Beispiller fir ze demonstréieren wéi Dir elektrolytesch Kondensatoren, Multilayer Keramikkondensatoren (MLCC) a Filmkondensatoren benotzt. Béid Circuit an Feldtheorie gi benotzt fir d'Leeschtung vun ausgewielte Kondensatoren z'erklären.
Elektrolytesch Kondensatore ginn haaptsächlech am DC Link als Haaptenergiequell benotzt. D'Wiel vum elektrolytesche Kondensator hänkt dacks of:
Fir EMC Leeschtung, déi wichtegst Charakteristiken vun capacitors sinn Impedanz an Frequenz Charakteristiken.Low-Frequenz geleete Emissiounen hänkt ëmmer op der Leeschtung vun der DC Link capacitor.
D'Impedanz vum DC Link hänkt net nëmmen vun der ESR an ESL vum Kondensator of, awer och vum Gebitt vun der thermescher Loop, wéi an der Figur 3.A méi grousser Thermalschleiffläch bedeit datt d'Energietransfer méi laang dauert, sou datt d'Leeschtung wäert betraff sinn.
E step-down DC-DC Konverter gouf gebaut fir dëst ze beweisen. D'Pre-Compliance EMC Test-Setup, déi an der Figur 4 gewisen gëtt, mécht e geleete Emissiounsscan tëscht 150kHz an 108MHz.
Et ass wichteg ze garantéieren datt d'Kondensatoren, déi an dësem Fallstudie benotzt ginn, all vum selwechten Hiersteller sinn fir Differenzen an der Impedanzeigenschaften ze vermeiden.Wann de Kondensator op der PCB solderen, gitt sécher datt et keng laang Leads gëtt, well dëst wäert d'ESL vun erhéijen. der capacitor.Figur 5 weist déi dräi Konfiguratiounen.
Déi duerchgefouert Emissiounsresultater vun dësen dräi Konfiguratiounen ginn an der Figur 6 gewisen. Et kann gesi ginn datt, am Verglach mat engem eenzegen 680 µF Kondensator, déi zwee 330 µF Kondensatoren eng Kaméidi Reduktioun Leeschtung vun 6 dB iwwer e méi breet Frequenzbereich erreechen.
Vun der Circuit Theorie, et kann gesot ginn, datt duerch d'Verbindung vun zwee capacitors parallel, souwuel ESL an ESR sinn halbéiert. Vun der Feld Theorie Siicht, gëtt et net nëmmen eng Energiequell, mä zwou Energiequelle ginn op déi selwecht Laascht geliwwert. Wéi och ëmmer, bei méi héijer Frequenzen, wäert den Ënnerscheed tëscht zwee 330 µF Kondensatoren an engem 680 µF Kondensator schrumpfen. de schalt, mir reduzéieren der Energie Transfermaart Zäit, déi effektiv de Schrëtt Äntwert vun der capacitor Erhéijunge.
D'Resultat erzielt eis eng ganz wichteg Lektioun.D'Erhéijung vun der Kapazitéit vun engem eenzege Kondensator wäert allgemeng net d'Schrëttfuerderung fir méi Energie ënnerstëtzen.Wann méiglech, e puer méi kleng kapazitiv Komponenten benotzen.Et gi vill gutt Grënn dofir.Déi éischt ass d'Käschte.Allgemeng. geschwat, fir déi selwecht Package Gréisst, d'Käschte vun engem capacitor Erhéijunge exponentially mat der capacitance Wäert.D'Benotzung vun engem eenzege capacitor vläicht méi deier wéi e puer méi kleng capacitors benotzt.Den zweete Grond ass Gréisst.D'limitéiert Faktor am Produit Design ass normalerweis d'Héicht vun de Komponenten.Fir grouss Kapazitéit Kondensatoren ass d'Héicht dacks ze grouss fir d'Produktdesign.Den drëtte Grond ass d'EMC Leeschtung déi mir an der Fallstudie gesinn hunn.
En anere Faktor fir ze berücksichtegen wann Dir en elektrolytesche Kondensator benotzt ass datt wann Dir zwee Kondensatoren a Serie verbënnt fir d'Spannung ze deelen, braucht Dir e Balanceresistor 6.
Wéi virdru scho gesot, Keramikkondensatoren sinn Miniaturgeräter déi séier Energie ubidden. Ech ginn dacks d'Fro gefrot: "Wéi vill Kondensator brauch ech?" D'Äntwert op dës Fro ass datt fir Keramikkondensatoren de Kapazitéitwäert net sou wichteg ass. Déi wichteg Considératioun hei ass fir ze bestëmmen op wéi enger Frequenz d'Energietransfergeschwindegkeet genuch ass fir Är Applikatioun. Wann déi gefouert Emissioun bei 100 MHz feelt, da wäert de Kondensator mat der klengster Impedanz bei 100 MHz e gudde Choix sinn.
Dëst ass en anert Mëssverständnis vum MLCC.Ech hu gesinn datt Ingenieuren vill Energie verbréngen fir Keramikkondensatoren mat dem niddregsten ESR an ESL ze wielen ier Dir d'Kondensatore mam RF Referenzpunkt duerch laang Spuren verbënnt. manner wéi d'Verbindungsinduktioun op de Bord.Connection inductance is still the most important parameter affecting the high frequency impedance of ceramic capacitors7.
Figur 7 weist e schlecht Beispill. Laang Spuren (0,5 Zoll laang) aféieren op d'mannst 10nH inductance. D'Simulatioun Resultat weist, datt d'impedance vun der capacitor vill méi héich gëtt wéi erwaart um Frequenz Punkt (50 MHz).
Ee vun de Probleemer mat MLCCs ass datt se éischter mat der induktiver Struktur um Bord resonéieren. Dëst kann am Beispill gesi ginn an der Figur 8, wou d'Benotzung vun engem 10 µF MLCC Resonanz bei ongeféier 300 kHz agefouert.
Dir kënnt d'Resonanz reduzéieren andeems Dir e Komponent mat engem gréisseren ESR auswielt oder einfach e klenge Wäertresistor (wéi 1 Ohm) a Serie mat engem Kondensator setzt. Dës Zort Method benotzt lossy Komponenten fir de System z'ënnerdrécken. Eng aner Method ass eng aner Kapazitéit ze benotzen Wäert fir d'Resonanz op e méi nidderegen oder méi héije Resonanzpunkt ze bewegen.
Filmkondensatore ginn a ville Applikatiounen benotzt. Si sinn d'Kondensatore vu Wiel fir High-Power DC-DC Konverter a ginn als EMI Ënnerdréckungsfilter iwwer Stroumleitungen (AC an DC) a gemeinsame Modus Filterkonfiguratiounen benotzt. Mir huelen en X Kondensator als e Beispill fir e puer vun den Haapt Punkten vun benotzt Film capacitors ze illustréieren.
Wann en Iwwerschwemmungsevenement geschitt, hëlleft et de Peakspannungsstress op der Linn ze limitéieren, sou datt et normalerweis mat engem transiente Spannungssuppressor (TVS) oder Metalloxidvaristor (MOV) benotzt gëtt.
Dir wësst vläicht schonn all vun dëser, mee wosst Dir, datt de capacitance Wäert vun engem X capacitor bedeitend reduzéiert ka ginn mat Joer vun benotzen? Dëst ass virun allem wouer wann de capacitor an engem fiichten Ëmfeld benotzt gëtt. Ech hunn de capacitance Wäert vun gesinn. den X-Kondensator falen nëmmen op e puer Prozent vu sengem bewäerten Wäert bannent engem Joer oder zwee, sou datt de System ursprénglech mam X-Kondensator entworf ass, de ganze Schutz verluer, deen de Front-End-Kondensator kéint hunn.
Also, wat ass geschitt? D'Feuchtigkeit Loft kann an de Kondensator auslafen, den Drot erop an tëscht der Këscht an der Epoxy Potting Compound.D'Aluminiummetalliséierung kann dann oxidéiert ginn.Aluminiumoxid ass e gudden elektreschen Isolator, wouduerch d'Kapazitéit reduzéiert gëtt.Dëst ass e Problem deen all film capacitors will encounter.The issue I am talk about is film thickness.Unerkennbar Kondensatormarken benotzen méi décke Filmer, wat zu méi groussen Kondensatore resultéiert wéi aner Marken.De méi dënnen Film mécht de Kondensator manner robust fir iwwerlaascht (Spannung, Stroum oder Temperatur), an et ass onwahrscheinlech selwer ze heelen.
Wann der X capacitor net permanent un der Energieversuergung verbonnen ass, da brauch Dir keng Suergen. da kënnt Dir e méi dënnen Kondensator wielen.
Allerdéngs, wann de capacitor permanent un der Muecht Quell verbonnen ass, muss et héich zouverlässeg sinn. D'Oxidatioun vun capacitors ass net inévitabel. Wäert soll minimal sinn.
An dësem Artikel, éischt d'Feld Theorie Vue vun capacitors agefouert. Praktesch Beispiller a Simulatioun Resultater weisen wéi déi gemeinsam capacitor Zorte auswielen a benotzen. Hoffen dës Informatioun kann Iech hëllefen d'Roll vun capacitors an elektronesch an EMC Design méi ëmfaassend verstoen.
Den Dr Min Zhang ass de Grënner a Chef EMC Beroder vu Mach One Design Ltd, eng UK-baséiert Ingenieursfirma spezialiséiert op EMC Berodung, Troubleshooting an Training. Firmen ronderëm d'Welt.
In Compliance ass d'Haaptquell vun Neiegkeeten, Informatioun, Ausbildung an Inspiratioun fir elektresch an elektronesch Ingenieursfachleit.
Aerospace Automotive Kommunikatioun Konsumentelektronik Ausbildung Energie a Kraaftindustrie Informatiounstechnologie Medizinesch Militär an National Verdeedegung