habari

Vipashio ni mojawapo ya vijenzi vinavyotumika sana kwenye vibao vya saketi. Kadiri idadi ya vifaa vya kielektroniki (kutoka simu za rununu hadi magari) inavyoendelea kuongezeka, ndivyo mahitaji ya vidhibiti. Janga la Covid-19 limetatiza usambazaji wa vipengele vya kimataifa kutoka kwa halvledare. kwa vipengele vya passiv, na capacitors zimekuwa na upungufu1.
Majadiliano juu ya mada ya capacitors yanaweza kubadilishwa kwa urahisi kuwa kitabu au kamusi.Kwanza, kuna aina tofauti za capacitors, kama vile capacitors electrolytic, capacitors filamu, capacitors kauri na kadhalika.Kisha, katika aina moja, kuna tofauti. vifaa vya dielectric.Kuna pia madarasa tofauti.Kuhusu muundo wa kimwili, kuna aina ya capacitor mbili-terminal na tatu-terminal.Pia kuna aina ya X2Y capacitor, ambayo kimsingi ni jozi ya Y capacitors iliyoingizwa katika moja.Je kuhusu supercapacitors ?Ukweli ni kwamba, ukikaa chini na kuanza kusoma miongozo ya uteuzi wa capacitor kutoka kwa watengenezaji wakuu, unaweza kutumia siku kwa urahisi!
Kwa kuwa makala hii inahusu mambo ya msingi, nitatumia njia tofauti kama kawaida.Kama ilivyotajwa hapo awali, miongozo ya uteuzi wa capacitor inaweza kupatikana kwa urahisi kwenye tovuti za wasambazaji 3 na 4, na wahandisi wa shamba wanaweza kujibu maswali mengi kuhusu capacitors.Katika makala hii, Sitarudia kile unachoweza kupata kwenye mtandao, lakini nitaonyesha jinsi ya kuchagua na kutumia capacitors kupitia mifano ya vitendo. Baadhi ya vipengele visivyojulikana sana vya uteuzi wa capacitor, kama vile uharibifu wa capacitance, pia utafunikwa.Baada ya kusoma makala hii, wewe inapaswa kuwa na ufahamu mzuri wa matumizi ya capacitors.
Miaka iliyopita, nilipokuwa nikifanya kazi katika kampuni inayotengeneza vifaa vya kielektroniki, tulikuwa na swali la mahojiano kwa mhandisi wa umeme wa umeme.Kwenye mchoro wa kielelezo wa bidhaa iliyopo, tutawauliza watarajiwa "Ni nini kazi ya kiungo cha elektroliti cha DC? capacitor?" na "Ni nini kazi ya capacitor kauri karibu na chip?" Tunatarajia kuwa jibu sahihi ni capacitor ya basi ya DC Inatumika kwa ajili ya kuhifadhi nishati, capacitors kauri hutumiwa kwa kuchuja.
Jibu "sahihi" tunalotafuta kwa kweli linaonyesha kwamba kila mtu kwenye timu ya kubuni anaangalia capacitors kutoka kwa mtazamo rahisi wa mzunguko, sio kutoka kwa mtazamo wa nadharia ya shamba. Mtazamo wa nadharia ya mzunguko sio mbaya. Katika masafa ya chini (kutoka kHz chache kwa MHz chache), nadharia ya mzunguko inaweza kawaida kuelezea tatizo vizuri.Hii ni kwa sababu katika masafa ya chini, ishara ni hasa katika hali ya tofauti.Kutumia nadharia ya mzunguko, tunaweza kuona capacitor inavyoonekana katika Mchoro 1, ambapo upinzani sawa wa mfululizo ( ESR) na inductance ya mfululizo sawa (ESL) hufanya impedance ya mabadiliko ya capacitor na mzunguko.
Mtindo huu unaelezea kikamilifu utendaji wa mzunguko wakati mzunguko unawashwa polepole.Hata hivyo, kadiri mzunguko unavyoongezeka, mambo yanakuwa magumu zaidi na zaidi. Wakati fulani, sehemu huanza kuonyesha kutokuwa na mstari.Wakati mzunguko unaongezeka, mfano rahisi wa LCR. ina mapungufu yake.
Leo, ikiwa ningeulizwa swali sawa la mahojiano, ningevaa glasi za uchunguzi wa nadharia ya shamba na kusema kwamba aina zote mbili za capacitor ni vifaa vya kuhifadhi nishati.Tofauti ni kwamba capacitors electrolytic inaweza kuhifadhi nishati zaidi kuliko capacitors kauri.Lakini kwa suala la maambukizi ya nishati. , capacitors kauri inaweza kusambaza nishati kwa kasi zaidi.Hii inaeleza kwa nini capacitors kauri inahitaji kuwekwa karibu na chip, kwa sababu chip ina mzunguko wa juu wa kubadili na kasi ya kubadili ikilinganishwa na mzunguko mkuu wa nguvu.
Kwa mtazamo huu, tunaweza kufafanua tu viwango viwili vya utendaji kwa capacitors.Moja ni kiasi gani cha nishati capacitor inaweza kuhifadhi, na nyingine ni jinsi nishati hii inaweza kuhamishwa haraka.Wote hutegemea njia ya utengenezaji wa capacitor, nyenzo za dielectric, uhusiano na capacitor, na kadhalika.
Wakati swichi katika mzunguko imefungwa (angalia Mchoro 2), inaonyesha kwamba mzigo unahitaji nishati kutoka kwa chanzo cha nguvu.Kasi ambayo swichi hii inafunga huamua uharaka wa mahitaji ya nishati.Kwa kuwa nishati husafiri kwa kasi ya mwanga (nusu kasi ya mwanga katika vifaa vya FR4), inachukua muda wa kuhamisha nishati.Kwa kuongeza, kuna kutolingana kwa impedance kati ya chanzo na mstari wa maambukizi na mzigo.Hii ina maana kwamba nishati haitawahi kuhamishwa katika safari moja, lakini kwa nyingi. safari za pande zote5, ndiyo sababu wakati swichi inapobadilika haraka, tunaona ucheleweshaji na kupigia kwa mabadiliko ya wimbi.
Kielelezo 2: Inachukua muda kwa nishati kuenea angani; kutolingana kwa impedance husababisha safari nyingi za kwenda na kurudi za uhamishaji wa nishati.
Ukweli kwamba uhamishaji wa nishati huchukua muda na safari nyingi za kwenda na kurudi hutuambia kwamba tunahitaji kupata chanzo cha nishati karibu na mzigo iwezekanavyo, na tunahitaji kutafuta njia ya kuhamisha nishati haraka. Ya kwanza hupatikana kwa kupunguza nishati ya kimwili. umbali kati ya mzigo, kubadili na capacitor.Mwisho unapatikana kwa kukusanya kikundi cha capacitors na impedance ndogo zaidi.
Nadharia ya uwanja pia inaelezea ni nini husababisha kelele ya hali ya kawaida. Kwa kifupi, kelele ya hali ya kawaida hutolewa wakati mahitaji ya nishati ya mzigo hayatimizwi wakati wa kubadili. Kwa hiyo, nishati iliyohifadhiwa katika nafasi kati ya mzigo na kondakta wa karibu itatolewa ili kusaidia. mahitaji ya hatua.Nafasi kati ya mzigo na makondakta wa karibu ndiyo tunayoita uwezo wa vimelea/kuheshimiana (ona Mchoro 2).
Tunatumia mifano ifuatayo ili kuonyesha jinsi ya kutumia capacitors electrolytic, multilayer ceramic capacitors (MLCC), na capacitors filamu. Nadharia zote mbili za mzunguko na shamba hutumiwa kuelezea utendaji wa capacitors zilizochaguliwa.
Vipimo vya elektroliti hutumika hasa katika kiunganishi cha DC kama chanzo kikuu cha nishati. Chaguo la capacitor ya elektroliti hutegemea:
Kwa utendaji wa EMC, sifa muhimu zaidi za capacitors ni impedance na sifa za mzunguko.Uzalishaji wa chini-frequency uliofanywa daima hutegemea utendaji wa capacitor ya kiungo cha DC.
Uzuiaji wa kiunga cha DC hautegemei tu ESR na ESL ya capacitor, lakini pia kwenye eneo la kitanzi cha joto, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3. Eneo kubwa la kitanzi cha mafuta inamaanisha kuwa uhamishaji wa nishati huchukua muda mrefu, kwa hivyo utendaji. itaathirika.
Kigeuzi cha hatua cha chini cha DC-DC kiliundwa ili kuthibitisha hili. Mpangilio wa majaribio ya EMC ya kufuata kabla ya kufuata iliyoonyeshwa kwenye Mchoro wa 4 hufanya uchanganuzi wa utoaji wa hewa kavu kati ya 150kHz na 108MHz.
Ni muhimu kuhakikisha kwamba capacitors kutumika katika utafiti huu wa kesi ni wote kutoka kwa mtengenezaji mmoja ili kuepuka tofauti katika sifa za impedance.Wakati wa soldering capacitor kwenye PCB, hakikisha kwamba hakuna muda mrefu, kwa kuwa hii itaongeza ESL ya capacitor.Kielelezo 5 kinaonyesha usanidi tatu.
Matokeo yaliyofanywa ya uwekaji wa usanidi huu tatu yanaonyeshwa katika Mchoro 6. Inaweza kuonekana kuwa, ikilinganishwa na capacitor moja ya 680 µF, capacitor mbili za 330 µF hufikia utendaji wa kupunguza kelele wa 6 dB juu ya masafa mapana ya masafa.
Kutoka kwa nadharia ya mzunguko, inaweza kusema kuwa kwa kuunganisha capacitors mbili kwa sambamba, wote ESL na ESR ni nusu.Kutoka kwa mtazamo wa nadharia ya shamba, hakuna chanzo kimoja tu cha nishati, lakini vyanzo viwili vya nishati hutolewa kwa mzigo sawa. , kwa ufanisi kupunguza muda wa jumla wa upokezaji wa nishati.Hata hivyo, kwa masafa ya juu, tofauti kati ya capacitor mbili za 330 µF na capacitor moja ya 680 µF itapungua. Hii ni kwa sababu kelele ya masafa ya juu inaonyesha mwitikio wa hatua ya kutosha wa nishati. Unaposogeza capacitor 330 µF karibu na kubadili, tunapunguza muda wa uhamisho wa nishati, ambayo huongeza kwa ufanisi majibu ya hatua ya capacitor.
Matokeo yanatuambia somo muhimu sana.Kuongeza uwezo wa capacitor moja kwa ujumla haitaunga mkono mahitaji ya hatua ya nishati zaidi.Ikiwezekana, tumia baadhi ya vipengele vidogo vya capacitive.Kuna sababu nyingi nzuri za hili.Ya kwanza ni gharama.Kwa ujumla akizungumza, kwa ukubwa sawa wa mfuko, gharama ya capacitor huongezeka kwa kasi na thamani ya capacitance.Kutumia capacitor moja inaweza kuwa ghali zaidi kuliko kutumia capacitors kadhaa ndogo.Sababu ya pili ni ukubwa.Kipengele cha kuzuia katika kubuni bidhaa ni kawaida urefu ya vipengele.Kwa capacitors za uwezo mkubwa, urefu mara nyingi ni mkubwa sana kwa muundo wa bidhaa.Sababu ya tatu ni utendaji wa EMC tulioona katika kifani.
Jambo lingine la kuzingatia wakati wa kutumia capacitor ya elektroliti ni kwamba unapounganisha capacitor mbili mfululizo ili kushiriki volti, utahitaji kipinga cha kusawazisha 6.
Kama ilivyoelezwa hapo awali, capacitors za kauri ni vifaa vidogo vinavyoweza kutoa nishati haraka. Mara nyingi mimi huulizwa swali "Ninahitaji kiasi gani cha capacitor?" Jibu la swali hili ni kwamba kwa capacitors za kauri, thamani ya capacitance haipaswi kuwa muhimu sana. Kuzingatia muhimu hapa ni kuamua ni mzunguko gani kasi ya uhamisho wa nishati inatosha kwa programu yako.Ikiwa utoaji uliofanywa unashindwa saa 100 MHz, basi capacitor yenye impedance ndogo zaidi katika 100 MHz itakuwa chaguo nzuri.
Hili ni kutoelewana lingine la MLCC. Nimeona wahandisi wakitumia nguvu nyingi kuchagua capacitors za kauri na ESR ya chini kabisa na ESL kabla ya kuunganisha capacitors kwenye sehemu ya kumbukumbu ya RF kupitia ufuatiliaji wa muda mrefu. Ni muhimu kutaja kwamba ESL ya MLCC kawaida ni nyingi. chini kuliko inductance ya uunganisho kwenye ubao.Inductance ya uunganisho bado ni parameter muhimu zaidi inayoathiri impedance ya juu ya mzunguko wa capacitors kauri7.
Mchoro wa 7 unaonyesha mfano mbaya. Ufuatiliaji wa muda mrefu (urefu wa inchi 0.5) huanzisha angalau inductance ya 10nH. Matokeo ya simulation inaonyesha kwamba impedance ya capacitor inakuwa ya juu zaidi kuliko inavyotarajiwa katika hatua ya mzunguko (50 MHz).
Mojawapo ya matatizo ya MLCC ni kwamba huwa na mwelekeo wa kuangazia muundo wa kufata neno kwenye ubao. Hii inaweza kuonekana katika mfano ulioonyeshwa kwenye Mchoro 8, ambapo matumizi ya 10 µF MLCC huleta mwako kwa takriban 300 kHz.
Unaweza kupunguza resonance kwa kuchagua kijenzi chenye ESR kubwa zaidi au kuweka tu kipingamizi kidogo cha thamani (kama vile 1 ohm) katika mfululizo na capacitor.Aina hii ya njia hutumia vipengele vilivyopoteza ili kukandamiza mfumo.Njia nyingine ni kutumia uwezo mwingine. thamani ya kusogeza resonance hadi sehemu ya chini au ya juu zaidi ya mwangwi.
Vifuniko vya filamu hutumika katika programu nyingi.Ni viboreshaji chaguo kwa vibadilishaji vya nguvu vya juu vya DC-DC na hutumika kama vichujio vya kukandamiza EMI kwenye njia za umeme (AC na DC) na usanidi wa hali ya kawaida ya kuchuja. Tunachukua capacitor ya X kama mfano wa kuonyesha baadhi ya mambo makuu ya kutumia capacitors filamu.
Ikiwa tukio la kuongezeka linatokea, husaidia kupunguza shinikizo la juu la voltage kwenye mstari, hivyo hutumiwa kwa kawaida na kikandamizaji cha muda mfupi cha voltage (TVS) au varistor ya oksidi ya chuma (MOV).
Huenda tayari unajua yote haya, lakini unajua kwamba thamani ya capacitance ya X capacitor inaweza kupunguzwa kwa kiasi kikubwa kwa miaka ya matumizi?Hii ni kweli hasa ikiwa capacitor inatumiwa katika mazingira ya unyevu.Nimeona thamani ya uwezo wa X capacitor inashuka tu hadi asilimia chache ya thamani yake iliyokadiriwa ndani ya mwaka mmoja au miwili, kwa hivyo mfumo ulioundwa awali na capacitor X kwa kweli ulipoteza ulinzi wote ambao capacitor ya mwisho inaweza kuwa nayo.
Kwa hivyo, nini kilitokea?Hewa yenye unyevunyevu inaweza kuvuja ndani ya capacitor, juu ya waya na kati ya kisanduku na kiwanja cha chungu cha epoxy. Uchimbaji wa alumini unaweza kisha kuwa oxidized.Alumina ni kizio kizuri cha umeme, na hivyo kupunguza uwezo.Hili ni tatizo ambalo vifungashio vyote vya filamu vitakumbana.Suala ninalozungumzia ni unene wa filamu. Chapa zinazoheshimika za capacitor hutumia filamu nene, na hivyo kusababisha capacitor kubwa kuliko chapa zingine. Filamu nyembamba hufanya capacitor isiwe na nguvu ya kupakia (voltage, sasa, au joto), na hakuna uwezekano wa kujiponya.
Ikiwa X capacitor haijaunganishwa kwa kudumu na umeme, basi huna haja ya kuwa na wasiwasi.Kwa mfano, kwa bidhaa ambayo ina kubadili ngumu kati ya umeme na capacitor, ukubwa unaweza kuwa muhimu zaidi kuliko maisha, na basi unaweza kuchagua capacitor nyembamba.
Hata hivyo, ikiwa capacitor imeunganishwa kwa kudumu na chanzo cha nguvu, lazima iwe ya kuaminika sana.Oxidation ya capacitors haiwezi kuepukika.Kama nyenzo ya epoxy ya capacitor ni ya ubora mzuri na capacitor haipatikani mara kwa mara na joto kali, kushuka kwa thamani inapaswa kuwa ndogo.
Katika makala hii, kwanza ilianzisha mtazamo wa nadharia ya uwanja wa capacitors.Mifano ya vitendo na matokeo ya kuiga yanaonyesha jinsi ya kuchagua na kutumia aina za kawaida za capacitor.Tumaini habari hii inaweza kukusaidia kuelewa jukumu la capacitors katika muundo wa elektroniki na EMC kwa undani zaidi.
Dk. Min Zhang ndiye mwanzilishi na mshauri mkuu wa EMC wa Mach One Design Ltd, kampuni ya uhandisi yenye makao yake makuu nchini Uingereza inayobobea katika ushauri wa EMC, utatuzi na mafunzo. Ujuzi wake wa kina katika umeme wa umeme, umeme wa dijiti, injini na muundo wa bidhaa umenufaika. makampuni duniani kote.
Katika Uzingatiaji ndio chanzo kikuu cha habari, habari, elimu na msukumo kwa wataalamu wa uhandisi wa umeme na kielektroniki.
Mawasiliano ya Anga za Magari Elimu ya Elektroniki kwa Mtumiaji wa Teknolojia ya Habari ya Sekta ya Nishati na Nishati ya Kijeshi na Ulinzi wa Kitaifa.