balita

Ang mga capacitor usa sa labing kasagarang gigamit nga sangkap sa mga circuit board. Samtang ang gidaghanon sa mga elektronik nga aparato (gikan sa mga mobile phone hangtod sa mga awto) nagpadayon sa pagdugang, mao usab ang panginahanglan alang sa mga capacitor. Ang pandemya sa Covid 19 nakabalda sa global nga kadena sa suplay sa sangkap gikan sa mga semiconductor hangtod sa mga passive nga sangkap, ug ang mga capacitor kulang sa suplay1.
Ang mga panaghisgot sa hilisgutan sa mga capacitor dali nga mahimo nga usa ka libro o usa ka diksyonaryo. Una, adunay lain-laing mga matang sa capacitors, sama sa electrolytic capacitors, film capacitors, ceramic capacitors ug uban pa. Unya, sa parehas nga tipo, adunay lainlaing mga materyales nga dielectric. Adunay lain-laing mga klase usab. Mahitungod sa pisikal nga istruktura, adunay duha ka terminal ug tulo ka terminal nga mga tipo sa kapasitor. Adunay usab usa ka X2Y type capacitor, nga sa tinuud usa ka pares sa Y capacitor nga gisulod sa usa. Unsa ang mahitungod sa supercapacitors? Ang tinuod mao, kung molingkod ka ug magsugod sa pagbasa sa mga giya sa pagpili sa kapasitor gikan sa dagkong mga tiggama, dali ka nga makagugol sa adlaw!
Tungod kay kini nga artikulo bahin sa mga sukaranan, mogamit ako usa ka lahi nga pamaagi sama sa naandan. Sama sa nahisgutan sa sayo pa, ang mga giya sa pagpili sa kapasitor dali nga makit-an sa mga website sa supplier 3 ug 4, ug ang mga inhenyero sa uma kasagaran makatubag sa kadaghanan nga mga pangutana bahin sa mga capacitor. Niini nga artikulo, dili nako balikon kung unsa ang imong makit-an sa Internet, apan ipakita kung giunsa pagpili ug paggamit ang mga capacitor pinaagi sa praktikal nga mga pananglitan. Ang pipila nga dili kaayo nahibal-an nga mga aspeto sa pagpili sa kapasitor, sama sa pagkadaot sa kapasidad, masakop usab. Human sa pagbasa niini nga artikulo, kamo kinahanglan nga adunay usa ka maayo nga pagsabot sa paggamit sa mga capacitors.
Mga tuig na ang milabay, sa dihang nagtrabaho ko sa usa ka kompanya nga naghimo og elektronik nga kagamitan, kami adunay pangutana sa interbyu alang sa usa ka power electronics engineer. Sa schematic diagram sa kasamtangan nga produkto, atong pangutan-on ang mga potensyal nga kandidato "Unsa ang function sa DC link electrolytic capacitor?" ug "Unsa ang gamit sa ceramic capacitor nga nahimutang sunod sa chip?" Kami nanghinaut nga ang husto nga tubag mao ang DC bus capacitor Gigamit alang sa pagtipig sa enerhiya, ang mga ceramic capacitor gigamit alang sa pagsala.
Ang "husto" nga tubag nga among gipangita sa tinuud nagpakita nga ang tanan sa tim sa disenyo nagtan-aw sa mga capacitor gikan sa usa ka yano nga panan-aw sa sirkito, dili gikan sa panan-aw sa teorya sa uma. Ang punto sa panglantaw sa teorya sa sirkito dili sayop. Sa mubu nga mga frequency (gikan sa pipila ka kHz hangtod sa pipila ka MHz), ang teorya sa sirkito kasagarang makapatin-aw og maayo sa problema. Kini tungod kay sa mas ubos nga mga frequency, ang signal nag-una sa differential mode. Gamit ang teorya sa sirkito, atong makita ang kapasitor nga gipakita sa Figure 1, diin ang katumbas nga serye nga pagsukol (ESR) ug katumbas nga serye nga inductance (ESL) naghimo sa impedance sa kapasitor nga nagbag-o sa frequency.
Kini nga modelo hingpit nga nagpatin-aw sa performance sa sirkito kung hinay nga gibalhin ang circuit. Apan, samtang nagkadaghan ang kasubsob, ang mga butang nahimong mas ug mas komplikado. Sa pila ka punto, ang sangkap nagsugod sa pagpakita sa dili linya. Kon ang frequency mosaka, ang yano nga LCR nga modelo adunay mga limitasyon.
Karon, kung ako pangutan-on sa parehas nga pangutana sa interbyu, akong isul-ob ang akong field theory observation glasses ug moingon nga ang duha ka capacitor type kay energy storage devices. Ang kalainan mao nga ang mga electrolytic capacitor makatipig labi ka kusog kaysa sa mga ceramic capacitor. Apan sa mga termino sa pagpasa sa enerhiya, ang mga ceramic capacitor makapadala sa enerhiya nga mas paspas. Kini nagpatin-aw nganong ang mga ceramic capacitor kinahanglan nga ibutang sunod sa chip, tungod kay ang chip adunay mas taas nga switching frequency ug switching speed kon itandi sa main power circuit.
Gikan sa kini nga panan-aw, mahimo ra naton mahibal-an ang duha nga mga sumbanan sa pasundayag alang sa mga kapasitor. Ang usa mao kung unsa ka daghang enerhiya ang matipigan sa kapasitor, ug ang lain kung unsa ka paspas kini nga enerhiya mahimong mabalhin. Ang duha nagdepende sa pamaagi sa paghimo sa kapasitor, ang dielectric nga materyal, ang koneksyon sa kapasitor, ug uban pa.
Kung ang switch sa sirkito sirado (tan-awa ang Figure 2), kini nagpakita nga ang load nagkinahanglan og kusog gikan sa tinubdan sa kuryente. Ang katulin sa pagsira niini nga switch nagtino sa pagkadinalian sa panginahanglan sa enerhiya. Tungod kay ang enerhiya mobiyahe sa gikusgon sa kahayag (katunga sa gikusgon sa kahayag sa FR4 nga mga materyales), nagkinahanglan kini og panahon sa pagbalhin sa enerhiya. Dugang pa, adunay usa ka impedance mismatch tali sa tinubdan ug sa transmission line ug sa load. Kini nagpasabot nga ang enerhiya dili gayud mabalhin sa usa ka biyahe, apan sa daghang round trips5, mao nga sa diha nga ang switch dali nga mabalhin, atong makita ang mga paglangan ug pag-ring sa switching waveform.
Figure 2: Nagkinahanglan kini og panahon alang sa kusog nga mokaylap sa kawanangan; Ang impedance mismatch hinungdan sa daghang mga round trip sa pagbalhin sa enerhiya.
Ang kamatuoran nga ang paghatod sa enerhiya nagkinahanglan og panahon ug daghang mga round trip nagsulti kanato nga kinahanglan natong ibalhin ang kusog kutob sa mahimo ngadto sa load, ug kita kinahanglan nga mangita og paagi aron madala kini dayon. Ang una kasagaran nga makab-ot pinaagi sa pagkunhod sa pisikal nga gilay-on tali sa load, switch ug capacitor. Ang ulahi makab-ot pinaagi sa pagpundok sa usa ka grupo sa mga capacitor nga adunay labing gamay nga impedance.
Ang teorya sa uma nagpatin-aw usab kung unsa ang hinungdan sa kasagaran nga kasaba sa mode. Sa laktud, ang kasagaran nga kasaba sa mode namugna kung ang panginahanglan sa enerhiya sa load wala matubag sa panahon sa pagbalhin. Busa, ang enerhiya nga gitipigan sa luna tali sa load ug sa duol nga mga konduktor igahatag aron suportahan ang panginahanglan sa lakang. Ang luna tali sa load ug sa duol nga konduktor mao ang gitawag nato nga parasitic/mutual capacitance (tan-awa ang Figure 2).
Gigamit namo ang mosunod nga mga pananglitan aron ipakita kon unsaon paggamit ang mga electrolytic capacitor, multilayer ceramic capacitors (MLCC), ug mga film capacitor. Parehong circuit ug field theory gigamit sa pagpatin-aw sa performance sa pinili nga capacitors.
Ang mga electrolytic capacitor kasagarang gigamit sa DC link isip nag-unang tinubdan sa enerhiya. Ang pagpili sa electrolytic capacitor sa kasagaran nagdepende sa:
Alang sa pasundayag sa EMC, ang labing hinungdanon nga mga kinaiya sa mga capacitor mao ang impedance ug frequency nga mga kinaiya. Ang mga low-frequency nga gipahigayon nga mga emisyon kanunay nagdepende sa performance sa DC link capacitor.
Ang impedance sa DC link nagdepende dili lamang sa ESR ug ESL sa kapasitor, kondili usab sa lugar sa thermal loop, sama sa gipakita sa Figure 3. Ang usa ka mas dako nga thermal loop area nagpasabot nga ang pagbalhin sa enerhiya mas dugay, mao nga ang performance maapektuhan.
Ang usa ka step-down nga DC-DC converter gihimo aron pamatud-an kini. Ang pre-compliance EMC test setup nga gipakita sa Figure 4 nagpahigayon og emission scan tali sa 150kHz ug 108MHz.
Mahinungdanon nga masiguro nga ang mga capacitor nga gigamit sa kini nga pagtuon sa kaso tanan gikan sa parehas nga tiggama aron malikayan ang mga kalainan sa mga kinaiya sa impedance. Kung gibaligya ang kapasitor sa PCB, siguruha nga wala’y taas nga mga lead, tungod kay kini makadugang sa ESL sa kapasitor. Ang Figure 5 nagpakita sa tulo ka mga configuration.
Ang gipahigayon nga mga resulta sa emission niining tulo ka mga configuration gipakita sa Figure 6. Makita nga, kon itandi sa usa ka 680 µF capacitor, ang duha ka 330 µF capacitor nakab-ot ang noise reduction performance sa 6 dB sa mas lapad nga frequency range.
Gikan sa teorya sa sirkito, maingon nga pinaagi sa pagkonektar sa duha ka capacitor nga managsama, ang ESL ug ESR gitunga. Gikan sa punto sa panglantaw sa field theory, dili lamang usa ka tinubdan sa enerhiya, apan duha ka tinubdan sa enerhiya ang gihatag sa samang load, nga epektibo nga nagpakunhod sa kinatibuk-ang oras sa transmission sa enerhiya. Apan, sa mas taas nga frequency, ang kalainan tali sa duha ka 330 µF capacitor ug usa ka 680 µF capacitor mokunhod. Kini tungod kay ang taas nga frequency nga kasaba nagpaila sa dili igo nga tubag sa enerhiya sa lakang. Kung gibalhin ang usa ka 330 μF nga kapasitor nga mas duol sa switch, gipakunhod namon ang oras sa pagbalhin sa enerhiya, nga epektibo nga nagdugang ang tubag sa lakang sa kapasitor.
Ang resulta nagasugid sa aton sing importante nga leksion. Ang pagdugang sa kapasidad sa usa ka kapasitor sa kasagaran dili pagsuporta sa lakang nga panginahanglan alang sa dugang nga enerhiya. Kung mahimo, gamita ang pipila ka gagmay nga mga sangkap nga capacitive. Adunay daghang maayong mga hinungdan niini. Ang una mao ang gasto. Sa kinatibuk-an nga pagsulti, alang sa parehas nga gidak-on sa pakete, ang gasto sa usa ka kapasitor nagdugang nga exponentially sa kantidad sa kapasidad. Ang paggamit sa usa ka kapasitor mahimong mas mahal kaysa paggamit sa daghang gagmay nga mga kapasitor. Ang ikaduha nga rason mao ang gidak-on. Ang limitasyon nga hinungdan sa disenyo sa produkto kasagaran ang gitas-on sa mga sangkap. Alang sa dako nga kapasidad nga mga capacitor, ang gitas-on sa kasagaran dako kaayo, nga dili angay alang sa disenyo sa produkto. Ang ikatulo nga rason mao ang performance sa EMC nga among nakita sa case study.
Ang laing butang nga ikonsiderar kung mogamit usa ka electrolytic capacitor mao nga kung magkonektar ka sa duha ka mga capacitor sa serye aron ipaambit ang boltahe, kinahanglan nimo ang usa ka pagbalanse nga resistor 6.
Sama sa nahisgutan sa sayo pa, ang mga ceramic capacitor mga gagmay nga aparato nga dali nga makahatag kusog. Kanunay kong gipangutana ang pangutana nga "Pila ka capacitor ang akong kinahanglan?" Ang tubag niini nga pangutana mao nga alang sa mga ceramic capacitor, ang kantidad sa kapasidad dili kinahanglan nga ingon ka hinungdanon. Ang hinungdanon nga konsiderasyon dinhi mao ang pagtino kung unsang frequency ang katulin sa pagbalhin sa enerhiya igo alang sa imong aplikasyon. Kung ang gipahigayon nga emission mapakyas sa 100 MHz, nan ang kapasitor nga adunay pinakagamay nga impedance sa 100 MHz mahimong usa ka maayong pagpili.
Lain ni nga misunderstanding sa MLCC. Nakita nako ang mga inhenyero nga naggasto og daghang enerhiya sa pagpili sa mga ceramic capacitor nga adunay labing ubos nga ESR ug ESL sa wala pa ikonektar ang mga capacitor sa RF reference point pinaagi sa taas nga mga pagsubay. Angayan nga hisgutan nga ang ESL sa MLCC kasagaran mas ubos kaysa sa koneksyon inductance sa board. Ang inductance sa koneksyon mao gihapon ang labing hinungdanon nga parameter nga nakaapekto sa taas nga frequency impedance sa mga ceramic capacitor7.
Ang Figure 7 nagpakita sa usa ka dili maayo nga panig-ingnan. Ang taas nga mga pagsubay (0.5 ka pulgada ang gitas-on) nagpaila sa labing menos 10nH inductance. Ang resulta sa simulation nagpakita nga ang impedance sa kapasitor nahimong mas taas kay sa gipaabot sa frequency point (50 MHz).
Usa sa mga problema sa mga MLCC mao nga sila adunay kalagmitan nga madungog sa inductive structure sa board. Makita kini sa pananglitan nga gipakita sa Figure 8, diin ang paggamit sa 10 µF MLCC nagpaila sa resonance sa gibana-bana nga 300 kHz.
Mahimo nimong pakunhuran ang resonance pinaagi sa pagpili sa usa ka sangkap nga adunay mas dako nga ESR o yano nga pagbutang usa ka gamay nga resistor sa kantidad (sama sa 1 ohm) sa serye nga adunay usa ka kapasitor. Kini nga matang sa pamaagi naggamit sa mga nawala nga sangkap aron pugngan ang sistema. Ang laing paagi mao ang paggamit sa laing capacitance value aron ibalhin ang resonance ngadto sa mas ubos o mas taas nga resonance point.
Ang mga capacitor sa pelikula gigamit sa daghang mga aplikasyon. Sila ang mga capacitor nga gipili alang sa high-power DC-DC converters ug gigamit isip EMI suppression filters sa mga linya sa kuryente (AC ug DC) ug common-mode filtering configurations. Gikuha namon ang usa ka X capacitor isip usa ka pananglitan aron ihulagway ang pipila sa mga nag-unang punto sa paggamit sa mga capacitor sa pelikula.
Kung adunay mahitabo nga surge event, makatabang kini nga limitahan ang peak voltage stress sa linya, mao nga kasagaran kini gigamit sa usa ka transient voltage suppressor (TVS) o metal oxide varistor (MOV).
Mahimong nahibal-an na nimo ang tanan niini, apan nahibal-an ba nimo nga ang kantidad sa kapasidad sa usa ka kapasitor sa X mahimong makunhuran sa daghang tuig nga paggamit? Tinuod kini ilabi na kung ang kapasitor gigamit sa usa ka humid nga palibot. Nakita nako ang capacitance value sa X capacitor nga nahulog lang sa pipila ka porsyento sa iyang rated value sulod sa usa o duha ka tuig, mao nga ang sistema nga orihinal nga gidisenyo uban sa X capacitor sa pagkatinuod nawad-an sa tanang proteksyon nga mahimo sa front-end capacitor.
Busa, unsay nahitabo? Ang umog nga hangin mahimong motulo sa kapasitor, pataas sa wire ug taliwala sa kahon ug sa epoxy potting compound. Ang aluminum metallization mahimo unya nga oxidized. Ang alumina usa ka maayo nga electrical insulator, sa ingon pagkunhod sa kapasidad. Kini usa ka problema nga masugatan sa tanan nga mga capacitor sa pelikula. Ang isyu nga akong gihisgutan mao ang gibag-on sa pelikula. Ang inila nga mga tatak sa kapasitor naggamit ug mas baga nga mga pelikula, nga miresulta sa mas dagkong mga kapasitor kay sa ubang mga tatak. Ang nipis nga salida naghimo sa kapasitor nga dili kaayo lig-on sa pag-overload (boltahe, kasamtangan, o temperatura), ug kini lagmit dili makaayo sa kaugalingon.
Kung ang X capacitor dili permanente nga konektado sa suplay sa kuryente, nan dili ka kinahanglan mabalaka. Pananglitan, alang sa usa ka produkto nga adunay usa ka lisud nga switch tali sa suplay sa kuryente ug sa kapasitor, ang gidak-on mahimong mas importante kay sa kinabuhi, ug unya makapili ka og mas nipis nga kapasitor.
Bisan pa, kung ang kapasitor permanente nga konektado sa gigikanan sa kuryente, kini kinahanglan nga kasaligan kaayo. Ang oksihenasyon sa mga capacitor dili kalikayan. Kung ang capacitor epoxy nga materyal adunay maayo nga kalidad ug ang kapasitor dili kanunay nga naladlad sa grabe nga temperatura, ang pagkunhod sa kantidad kinahanglan nga gamay.
Sa niini nga artikulo, una nga gipaila ang field theory view sa mga capacitor. Ang praktikal nga mga pananglitan ug mga resulta sa simulation nagpakita kon unsaon pagpili ug paggamit sa labing komon nga mga tipo sa kapasitor. Paglaum nga kini nga kasayuran makatabang kanimo nga masabtan ang papel sa mga capacitor sa disenyo sa elektroniko ug EMC nga mas komprehensibo.
Si Dr. Min Zhang mao ang founder ug chief EMC consultant sa Mach One Design Ltd, usa ka kompanya sa inhenyeriya nga nakabase sa UK nga espesyalista sa EMC consulting, troubleshooting ug training. Ang iyang lawom nga kahibalo sa power electronics, digital electronics, motor ug disenyo sa produkto nakabenepisyo sa mga kompanya sa tibuok kalibutan.
Ang In Compliance mao ang nag-unang tinubdan sa mga balita, impormasyon, edukasyon ug inspirasyon alang sa mga propesyonal sa electrical ug electronic engineering.
Aerospace Automotive Communications Consumer Electronics Education Energy ug Power Industry Information Technology Medical Military ug National Defense