Подбор электролитического конденсатора по напряжению: нужна ли большая емкость конденсаторов

Содержание

Расчет электролитического конденсатора в сетевом выпрямителе

Расчет сглаживающего конденсатора в сетевом выпрямителе.

Входной выпрямитель является неотъемлемым элементом большинства преобразователей, питающихся от переменного сетевого напряжения. После диодного моста напряжение на конденсаторе будет иметь вид пилы, верхняя точка которой равна амплитудному напряжению сети (минус падение напряжения на диодах моста, что несущественно для устройств, питающихся от 220В), а нижняя зависит от емкости конденсатора и тока потребления нагрузки выпрямителя. В этой статье приведен пример расчета емкости сглаживающего конденсатора выпрямителя. Более полная информация приведена в статье А.И. Колпакова.

В качестве примера приведен расчет конденсатора для реального преобразователя, разработка которого была доведена до практического воплощения, Pвых=1200Вт (выходное напряжение 60В, ток 20А, КПД около 90%)

Исходные данные для расчета:

Uвх = 220В (напряжение сети)

f = 50Гц (частота сетевого напряжения)

Задаваемые параметры:

Umin =260В (минимальное напряжение — задается минимальное значение пилообразного напряжения на конденсаторе)

Iнагр = 5. 13А (ток потребления нагрузки выпрямителя, если известна мощность нагрузки, то ток можно вычислить как I=Pвх/Uмин, в моем случае Pвх=Pвых/КПД, т.е I=(1200/0.9)/260=5.13А )

Вычисляется время заряда конденсатора (в течение которого ток потребляется от сети). Так как напряжение изменяется по синусоидальному закону, используем для расчета формулу тригонометрии:

t(зар) = (arccos(Umin/Umax))/(2*pi*f)
Для синусоиды Umax = Uвх*1.41=220*1.41= 310 В (амплитудное сетевое напряжение), т.е.
t(зар) = (arccos(260/310))/(2*3.141*50) = 0.00183 c
Вычисляется время разряда конденсатора:
t(раз) = T-t(зар)
в двухполупериодном выпрямителе T = (1/f)/2 = 1/50/2=0.01с (частота сети в двухполупериодном выпрямителе удваивается)
t(раз) = 0.
01-0.00183 = 0.0082 с
Находится емкость конденсатора, на которой за время t(раз) при токе нагрузки Iнагр напряжение с Umax уменьшится до Umin:
C = Iнагр*dt/dU,
в нашем случае dt это t(раз), а dU является разница (Umax-Umin)
C = 5.13*0.0082/(310-260) = 0.00084Ф = 840 мкФ
Находим пиковый зарядный ток:
Ipic = C*dU/dt,
где dU =
Umax-Umin, а dt — это время заряда конденсатора, т.е. t(зар)
Ipic = 0.00084*(310-260)/0.00183 = 23А
Находим среднеквадратичное значение импульсного тока через конденсатор по формуле:
Irms = √(I(зар)²+I(разр)²),
где I(зар)-среднеквадратичный ток через конденсатор на цикле заряда, а I(разр) — среднеквадратичный ток через конденсатор на цикле разряда.
Считаем, что ток заряда конденсатора имеет треугольную форму, тогда

I(зар) = Ipic*√((t(зар)/T)/3) = 23*√((0.00183/0.01)/3) = 5.7A
На интервале разряда через конденсатор течет ток нагрузки, поэтому
I(разр) = Iнагр*t(раз)/T = 5.13*0.0082/0.01 = 4.2А
Итак, Irms = √(5.7²+4.2²) = 7.1А
Полученное Irms используется при выборе конденсатора (для электролитических конденсаторов обычно указывается допустимое значение импульсного тока для частоты 100Гц). Если у выбранного конденсатора допустимое значение импульсного тока меньше, необходимо набирать конденсаторы с меньшей емкостью и соединять в параллель исходя из условия: суммарная емкость не меньше рассчитанной, а ток, приходящийся на каждый из конденсаторов (ток по конденсаторам с одинаковой емкостью разделится равномерно), не более допустимого.

Расхождение теоретического расчета с практикой.

В заключение скажу, насколько вышеизложенная теория разошлась с практикой, и решайте сами, стоит ли применять эту методику.

Суммарная реальная емкость конденсаторов в моем преобразователе составила 1020мкФ, при этом измеренные осциллографом параметры были следующие:

Umin равнялось примерно 265-275В (близко к расчетному)
t(зар) составляло около 3мс (приличная погрешность — по расчету 1.8мс, а учитывая, что емкость выше расчетной, должно быть еще меньше)
Ipic составило 21А (близко к расчетному)

Можно ли ставить конденсаторы большего напряжения. Как заменить конденсатор в электронной аппаратуре. Основные параметры конденсаторов

Самая распространённая поломка современной электроники — это неисправность электролитических конденсаторов.

Если вы после разбора корпуса электронного устройства замечали, что на печатной плате имеются конденсаторы с деформированным, вздутым корпусом, из которого сочится ядовитый электролит, то самое время разобраться, как распознать поломку или дефект в конденсаторе и подобрать адекватную замену. Располагая профессиональным флюсом для пайки, припоем, паяльной станцией, набором новых конденсаторов, вы без особого труда «оживите» любой электронный прибор своими руками.

Ёмкость измеряется в Фарадах. Наибольшее распространение получили конденсаторы, ёмкость которых исчисляется в микрофарадах (мкФ), пикофарадах (пкФ) и нанофарадах (нФ). Во многих случаях рекомендуется заменять неисправный конденсатор на исправный, имеющий аналогичные ёмкостные характеристики. Однако в ремонтной практике бытует мнение о том, что в схемах блоков питания можно ставить конденсатор, несколько превышающий по ёмкости фабричные параметры. К примеру, если мы хотим заменить разорвавшийся электролит на 100мкФ 12Вольт в блоке питания, который призван сгладить колебания после диодного выпрямительного моста, можно смело устанавливать ёмкость даже на 470мкФ 25В. Во-первых, повышенная ёмкость конденсатора только уменьшит пульсации, что само по себе неплохо для блока питания. Во-вторых, повышенное предельное напряжение только повысит общую надёжность схемы. Главное, чтобы отведённое под установку конденсатора место подходило.

Почему взрываются конденсаторы электролитического типа

Самая частая причина, по которой происходит взрыв электролитического конденсатора — это превышение напряжения межу обкладками конденсатора. Не секрет, что во многих приборах китайского производства параметр максимального напряжения точно соответствует приложенному напряжению. По своей задумке производители конденсаторов не предусматривали, что в штатном включении конденсатора в состав электросхемы на его контакты будет подаваться именно максимальное напряжение. К примеру, если на конденсаторе написано 16В 100мкФ, то не стоит его подключать в схему, где на него будет постоянно подаваться 15 или 16В. Безусловно, он выдержит какое-то время такое издевательство, но запас прочности будет практически равен нолю. Гораздо лучше устанавливать такие конденсаторы в цепь с напряжением 10–12В., чтобы был какой-то запас по напряжению.

Полярность подключения электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы имеют отрицательный и положительный электроды. Как правило, отрицательный электрод определяется по маркировке на корпусе (белая продольная полоса за значками «-»), а положительная обкладка никак не промаркирована. Исключение – отечественные конденсаторы, где, напротив, положительный терминал промаркирован значком «+». При замене конденсаторов необходимо сопоставить и проверить, соответствует ли полярность подключения конденсатора маркировке на печатной плате (кружок, где имеется заштрихованный сегмент). Сопоставив минусовую полосу с заштрихованным сегментом, вы безошибочно вставите конденсатор. Остаётся лишь обрезать ножки конденсатора, обработать места пайки и качественно припаять. Если случайно перепутать полярность подключения, то даже абсолютно новый и вполне исправный конденсатор просто-напросто разорвётся, измазав попутно все соседние компоненты и печатную плату токопроводящим электролитом.

Немного о безопасности

Не секрет, что замена низковольтных конденсаторов может принести вред здоровью лишь в случае ошибки подключения полярности. При первом включении конденсатор взорвётся. Вторая опасность, которую стоит ожидать от конденсаторов, заключается в напряжении между его обкладками. Если вы когда-нибудь разбирали блоки питания от компьютеров, то вы, вероятно, замечали огромные электролиты на 200В. Именно в этих конденсаторах остаётся опасное высокое напряжение, которое может серьёзно травмировать вас. Перед заменой конденсаторов блоков питания рекомендуем полностью его разрядить либо резистором, либо неоновой лампочкой на 220В.

Полезный совет: такие конденсаторы очень не любят разряжаться через короткое замыкание, поэтому не замыкайте их выводы отвёрткой с целью разряда.

Автор : elremont от 26-01-2014

Это был один из тех дней, когда кошка пожевала ваш модуль? Или, может быть у вас есть старый усилитель, где из конденсаторов потекла эта противная ядовитая слизь? Если вы когда-либо были в этой ситуации, то вы могли бы отремонтировать модуль, заменив конденсаторы. Давайте рассмотрим пример, где я заменю этот конденсатор на печатной плате. Сначала немного теории. Что такое конденсатор? Конденсатор это устройство для хранения энергии, которое может быть использовано для сглаживания напряжения. Каждый конденсатор имеет два важных параметра: емкость и напряжение. Емкость говорит нам о том, сколько энергии может накопить конденсатор при заданном напряжении. Емкость обычно измеряется в микрофарадах (uF). В девяносто девяти процентах случаев, при замене конденсатора, надо использовать такое же значение емкости или очень близкое. Здесь применен конденсатор 470uF. Если я хочу заменить его, то в идеале я должен взять другой конденсатор на 470uF. Другой важный параметр это номинальное напряжение. Номинальное напряжение это максимальное напряжение, при котором конденсатор может работать не взрываясь. Еще раз отметим, что напряжение написанное на конденсаторе означает, что это максимальное напряжение, которое может подаваться на конденсатор. Это не значит, что на конденсаторе, обязательно будет это напряжение. Например, это конденсатор на 16 вольт. Это не означает, что он заряжен на 16 вольт, как батарейка. Это означает, что если его заряжать до 5 вольт, то он будет прекрасно работать. Если я заряжу его до 10 вольт, все будет хорошо. Если заряжу его до 16 вольт, то он справиться и с этим. Но если я заряжу его до 25 вольт, он взорвется. Возвращаясь к нашему примеру конденсатора я вижу, что он рассчитан на 16 вольт. При замене я должен использовать конденсатор на 16V или выше. Теперь выясняется, что все конденсаторы на 470 uF, которые у меня есть рассчитаны 25 вольт. Но это не проблема. Если в оригинальной схеме требуется конденсатор на 16V, то я могу использовать конденсатор на 25V, это просто означает, что у меня будет больший запас прочности. Теперь давайте поговорим о полярности. На минусовой стороне электролитического конденсатора всегда будет нанесен маленький символ минуса. Все, что вам нужно сделать, это убедиться, что полярность совпадает с прежним конденсатором. Если перепутать полярность, то вот что происходит. Так что теперь, зная полярность, я заменю конденсатор и припаяю его на место. Напоследок, небольшое предупреждение по безопасности. Если вы когда-нибудь видели эти большин конденсаторы на напряжения более 200 вольт, то вы должны быть осторожны с ними, чтобы не задеть их, если они заряжены. Помните, что конденсатор, заряженный на 200V, может убить вас.
Удачной замены конденсаторов!
_

Приняв решение о замене конденсатора на печатной плате, первым делом следует подобрать конденсатор на замену. Как правило, речь идет об электролитическом конденсаторе, который по причине исчерпания своего рабочего ресурса начал создавать нештатный режим вашему электронному устройству, либо конденсатор лопнул из-за перегрева, а может быть вы просто решили поставить поновее или получше.

Выбираем подходящий конденсатор на замену

Параметры конденсатора на замену непременно должны подходить: его номинальное напряжение ни в коем случае не должно быть ниже, чем у заменяемого конденсатора, а емкость — никак не ниже, или может быть процентов на 5-10 выше (если это допустимо в соответствии с известной вам схемой данного устройства), чем была изначально.

Наконец, убедитесь, что новый конденсатор подойдет по размеру на то место, которое покинет его предшественник. Если он окажется чуть-чуть поменьше диаметром и высотой — не страшно, но если диаметр или высота больше — могут помешать компоненты, расположенные на этой же плате поблизости или он будет упираться в элементы корпуса. Эти нюансы важно учесть. Итак, конденсатор на замену выбран, он вам подходит, теперь можно приступать к демонтажу старого конденсатора.

Готовимся к процессу

Сейчас необходимо будет устранить с платы неисправный конденсатор, и подготовить место для установки сюда же нового. Для этого вам потребуется, конечно, а также удобно к данному действу подготовить кусок медной оплетки для снятия припоя. Как правило, мощности паяльника в пределах 40 Вт будет вполне достаточно даже если на плате был изначально применен тугоплавкий припой.

Что же касается медной оплетки для устранения припоя, то если у вас такой нет, ее весьма несложно изготовить самостоятельно: возьмите кусок не очень толстого медного провода, состоящего из тонких медных жилок, снимите с него изоляцию, слегка (можно простой сосновой канифолью), — теперь эти пропитанные флюсом жилки легко, словно губка, вберут в себя припой с ножек выпаиваемого конденсатора.

Выпаиваем старый конденсатор

Сначала посмотрите, какова полярность выпаиваемого конденсатора на плате: в какую сторону минусом он стоит, чтобы когда будете впаивать новый — не допустить ошибки с полярностью. Обычно минусовая ножка отмечена полосой. Итак, когда оплетка для удаления припоя приготовлена, а паяльник уже достаточно разогрет, сначала прислоните оплетку к основанию той из ножек конденсатора, которую вы решили освободить от припоя первой.

Аккуратно расплавьте припой на ножке прямо через оплетку, чтобы оплетка тоже разогрелась и быстро втянула в себя припой с платы. Если припоя на ножке многовато, двигайте оплетку по мере того как она будет заполняться припоем, собирая на нее весь припой с ножки, чтобы ножка в итоге осталась свободной от припоя. Проделайте это же самое со второй ножкой конденсатора. Теперь конденсатор можно легко выдернуть рукой или пинцетом.

Впаиваем новый конденсатор

Новый конденсатор необходимо установить с соблюдением полярности, то есть минусовой ножкой туда же, где была минусовая ножка выпаянного. Обычно минус обозначен полоской, а плюсовая ножка длиннее минусовой. Обработайте ножки конденсатора флюсом.

Вставьте конденсатор в отверстия. Не нужно заранее укорачивать ножки. Разогните ножки немного в разные стороны, чтобы конденсатор хорошо держался на месте и не выпадал.

Теперь, прогревая ножку возле самой платы кончиком жала паяльника, поднесите тычком припой к ножке, чтобы ножка окуталась, смочилась, окружилась припоем. То же самое проделайте со второй ножкой. Когда припой остынет, вам останется укоротить ножки конденсатора кусачками (до той длины, что и у соседних деталей на вашей плате).

Пусковой и рабочий конденсаторы служат для запуска и работы элетродвигателей работающих в однофазной сети 220 В.

Поэтому их ещё называют фазосдвигающими.

Место установки — между линией питания и пусковой обмоткой электродвигателя.

Условное обозначение конденсаторов на схемах

Графическое обозначение на схеме показано на рисунке, буквенное обозначение-С и порядковый номер по схеме.

Основные параметры конденсаторов

Ёмкость конденсатора -характеризует энергию,которую способен накопить конденсатор,а также ток который он способен пропустить через себя. Измеряется в Фарадах с множительной приставкой (нано, микро и т.д.).

Самые используемые номиналы для рабочих и пусковых конденсаторов от 1 мкФ (μF) до 100 мкФ (μF).

Номинальное напряжение конденсатора- напряжение, при котором конденсатор способен надёжно и долговременно работать, сохраняя свои параметры.

Известные производители конденсаторов указывают на его корпусе напряжение и соответствующую ему гарантированную наработку в часах,например:

400 В — 10000 часов
450 В — 5000 часов
500 В — 1000 часов

Проверка пускового и рабочего конденсаторов

Проверить конденсатор можно с помощью измерителя ёмкости конденсаторов, такие приборы выпускаются как отдельно, так и в составе мультиметра- универсального прибора, который может измерять много параметров. Рассмотрим проверку мультиметром.

обесточиваем кондиционер
разряжаем конденсатор, закоротив еговыводы
снимаем одну из клемм (любую)
выставляем прибор на измерение ёмкости конденсаторов
прислоняем щупы к выводам конденсатора
считываем с экрана значение ёмкости

У всех приборов разное обозначение режима измерения конденсаторов, основные типы ниже на картинках.

В этом мультиметре режим выбирается переключателем, его необходимо поставить в режим Fcх.Щупы включить в гнёзда с обозначением Сх.

Переключение предела измерения ёмкости ручное. Максимальное значение 100 мкФ.

У этого измерительного прибора автоматический режим, необходимо только его выбрать, как показано на картинке.

Измерительный пинцет от Mastech также автоматически измеряет ёмкость, необходимо только выбрать режим кнопкой FUNC, нажимая её, пока не появится индикация F.

Для проверки ёмкости, считываем на корпусе конденсатора её значение и ставим заведомо больший предел измерения на приборе. (Если он не автоматический)

К примеру, номинал 2,5 мкФ (μF), на приборе ставим 20 мкФ (μF).

После подсоединения щупов к выводам конденсатора ждём показаний на экране, к примеру время измерения ёмкости 40 мкФ первым прибором — менее одной секунды, вторым — более одной минуты, так что следует ждать.

Если номинал не соответствует указанному на корпусе конденсатора, то его необходимо заменить и если нужно подобрать аналог.

Замена и подбор пускового/рабочего конденсатора

Если имеется оригинальный конденсатор, то понятно, что просто-напросто необходимо поставить его на место старого и всё. Полярность не имеет значения, то есть выводы конденсатора не имеют обозначений плюс «+» и минус «-» и их можно подключить как угодно.

Категорически нельзя применять электролитические конденсаторы (узнать их можно по меньшим размерам, при той же ёмкости, и обозначению плюс и минус на корпусе). Как следствие применения — термическое разрушение. Для этих целей производители специально выпускают неполярные конденсаторы для работы в цепи переменного тока, которые имеют удобное крепление и плоские клеммы, для быстрой установки.

Если нужного номинала нет, то его можно получить параллельным соединением конденсаторов . Общая ёмкость будет равна сумме двух конденсаторов:

С общ =С 1 +С 2 +…С п

То есть, если соединить два конденсатора по 35 мкФ, получим общую ёмкость 70 мкФ, напряжение при котором они смогут работать будет соответствовать их номинальному напряжению.

Такая замена абсолютно равноценна одному конденсатору большей ёмкости.

Типы конденсаторов

Для запуска мощных двигателей компрессоров применяют маслонаполненные неполярные конденсаторы.

Корпус внутри заполнен маслом для хорошей передачи тепла на поверхность корпуса. Корпус обычно металлический, аллюминиевый.

Самые доступные конденсаторы такого типа CBB65 .

Для запуска менее мощной нагрузки, например двигателей вентиляторов, используют сухие конденсаторы, корпус которых, обычно, пластмассовый.

Наиболее распространённые конденсаторы этого типа CBB60 , CBB61 .

Клеммы для удобства соединения сдвоенные или счетверённые.

В элементной базе компьютера (и не только) есть одно узкое место — электролитические конденсаторы. Они содержат электролит, электролит — это жидкость. Поэтому нагрев такого конденсатора приводит к выходу его из строя, так как электролит испаряется. А нагрев в системном блоке — дело регулярное.

Поэтому замена конденсаторов — это вопрос времени. Больше половины отказов материнских плат средней и нижней ценовой категории происходит по вине высохших или вздувшихся конденсаторов. Еще чаще по этой причине ломаются компьютерные блоки питания.

Поскольку печать на современных платах очень плотная, производить замену конденсаторов нужно очень аккуратно. Можно повредить и при этом не заметить мелкий бескорпусой элемент или разорвать (замкнуть) дорожки, толщина и расстояние между которыми чуть больше толщины человеческого волоса. Исправить подобное потом достаточно сложно. Так что будьте внимательны.

Итак, для замены конденсаторов понадобится паяльник с тонким жалом мощностью 25-30Вт, кусок толстой гитарной струны или толстая игла, паяльный флюс или канифоль.

В том случае, если вы перепутаете полярность при замене электролитического конденсатора или установите конденсатор с низким номиналом по вольтажу, он вполне может взорваться. А вот как это выглядит:

Так что внимательнее подбирайте деталь для замены и правильно устанавливайте. На электролитических конденсаторах всегда отмечен минусовой контакт (обычно вертикальной полосой цвета, отличного от цвета корпуса). На печатной плате отверстие под минусовой контакт отмечено тоже (обычно черной штриховкой или сплошным белым цветом). Номиналы написаны на корпусе конденсатора. Их несколько: вольтаж, ёмкость, допуски и температура.

Первые два есть всегда, остальные могут и отсутствовать. Вольтаж: 16V (16 вольт). Ёмкость: 220µF (220 микрофарад). Вот эти номиналы очень важны при замене. Вольтаж можно выбирать равный или с большим номиналом. А вот ёмкость влияет на время зарядки/разрядки конденсатора и в ряде случаев может иметь важное значение для участка цепи.

Поэтому ёмкость следует подбирать равную той, что указана на корпусе. Слева на фото ниже зелёный вздувшийся (или потёкший) конденсатор. Вообще с этими зелёными конденсаторами постоянные проблемы. Самые частые кандидаты на замену. Справа исправный конденсатор, который будем впаивать.

Выпаивается конденсатор следующим образом: сначала находите ножки конденсатора с обратной стороны платы (для меня это самый трудный момент). Затем нагреваете одну из ножек и слегка давите на корпус конденсатора со стороны нагреваемой ножки. Когда припой расплавляется, конденсатор наклоняется. Проводите аналогичную процедуру со второй ножкой. Обычно конденсатор вынимается в два приема.

Спешить не нужно, сильно давить тоже. Мат.плата — это не двухсторонний текстолит, а многослойный (представьте вафлю). Из-за чрезмерного усердия можно повредить контакты внутренних слоев печатной платы. Так что без фанатизма. Кстати, долговременный нагрев тоже может повредить плату, например, привести к отслоению или отрыву контактной площадки. Поэтому сильно давить паяльником тоже не нужно. Паяльник прислоняем, на конденсатор слегка надавливаем.

После извлечения испорченного конденсатора необходимо сделать отверстия, чтобы новый конденсатор вставлялся свободно или с небольшим усилием. Я для этих целей использую гитарную струну той же толщины, что и ножки выпаиваемой детали. Для этих целей подойдет и швейная игла, однако иглы сейчас делают из обычного железа, а струны из стали. Есть вероятность того, что игла схватится припоем и сломается при попытке ее вытащить. А струна достаточно гибкая и схватывается сталь с припоем значительно хуже, чем железо.

При демонтаже конденсаторов припой чаще всего забивает отверстия в плате. Попробовав впаять конденсатор тем же способом, которым я советовал его выпаивать, можно повредить контактную площадку и дорожку, ведущую к ней. Не конец света, но очень нежелательное происшествие. Поэтому если отверстия не забил припой, их нужно просто расширить. А если все же забил, то нужно плотно прижать конец струны или иглы к отверстию, а с другой стороны платы прислонить к этому отверстию паяльник. Если подобный вариант неудобен, то жало паяльника нужно прислонять к струне практически у основания. Когда припой расплавится, струна войдёт в отверстие. В этот момент надо ее вращать, чтобы она не схватилась припоем.

После получения и расширения отверстия нужно снять с его краев излишки припоя, если таковые имеются, иначе во время припаивания конденсатора может образоваться оловянная шапка, которая может припаять соседние дорожки в тех местах, где печать плотная. Обратите внимание на фото ниже — насколько близко к отверстиям располагаются дорожки. Припаять такую очень легко, а заметить сложно, поскольку обзору мешает установленный конденсатор. Поэтому лишний припой очень желательно убирать.

Если у вас нет под боком радио-рынка, то скорее всего конденсатор для замены найдется только б/у. Перед монтажом следует обработать его ножки, если требуется. Желательно снять весь припой с ножек. Я обычно мажу ножки флюсом и чистым жалом паяльника облуживаю, припой собирается на жало паяльника. Потом скоблю ножки конденсатора канцелярским ножом (на всякий случай).

Вот, собственно, и все. Вставляем конденсатор, смазываем ножки флюсом и припаиваем. Кстати, если используется сосновая канифоль, лучше истолочь ее в порошок и нанести его на место монтажа, чем макать паяльник в кусок канифоли. Тогда получится аккуратно.

Замена конденсатора без выпаивания с платы

Условия ремонта бывают разные и менять конденсатор на многослойной (мат. плата ПК, например) печатной плате — это не то же самое что поменять конденсатор в блоке питания (однослойная односторонняя печатная плата). Надо быть предельно аккуратным и осторожным. К сожалению, не все родились с паяльником в руках, а отремонтировать (или попытаться отремонтировать) что-то бывает очень нужно.

Как я уже писал в первой половине статьи, чаще всего причиной поломок являются конденсаторы. Поэтому замена конденсаторов наиболее частый вид ремонта, по крайней мере в моём случае. В специализированных мастерских есть для этих целей специальное оборудование. Если оного нет, приходится пользоваться оборудованием обычным (флюс, припой и паяльник). В этом случае очень помогает опыт.

Главным преимуществом данного метода является то, что контактные площадки платы придётся в значительно меньшей степени подвергать нагреву. Как минимум в два раза. Печать на дешёвых мат.платах достаточно часто отслаивается от нагрева. Дорожки отрываются, а исправить такое потом достаточно проблематично.

Минус данного способа в том, что на плату всё-таки придётся надавить, что тоже может привести к негативным последствиям. Хотя из моей личной практики давить сильно ни разу не приходилось. При этом есть все шансы припаяться к ножкам, оставшимся после механического удаления конденсатора.

Итак, замена конденсатора начинается с удаления испорченной детали с мат.платы.

На конденсатор нужно поставить палец и с лёгким нажатием попробовать покачать его вверх-вниз и влево-вправо. Если конденсатор качается влево-вправо, значит ножки расположены по вертикальной оси (как на фото), в обратном случае по горизонтальной. Также можно определить положение ножек по минусовому маркеру (полоса на корпусе конденсатора, обозначающая минусовой контакт).

Дальше следует надавить на конденсатор по оси расположения его ножек, но не резко, а плавно, медленно увеличивая нагрузку. В результате ножка отделяется от корпуса, далее повторяем процедуру для второй ножки (давим с противоположной стороны).

Иногда ножка из-за плохого припоя вытаскивается вместе с конденсатором. В этом случае можно слегка расширить получившееся отверстие (я делаю это куском гитарной струны) и вставить туда кусок медной проволоки, желательно одинаковой с ножкой толщины.

Половина дела сделана, теперь переходим непосредственно к замене конденсатора. Стоит отметить, что припой плохо пристаёт к той части ножки, которая находилась внутри корпуса конденсатора и её лучше откусить кусачками, оставив небольшую часть. Затем ножки конденсатора, приготовленного для замены и ножки старого конденсатора обрабатываются припоем и припаиваются. Удобнее всего паять конденсатор, приложив его к к плате под углом в 45 градусов. Потом его легко можно поставить по стойке смирно.

Вид в результате, конечно неэстетичный, но зато работает и данный способ намного проще и безопаснее предыдущего с точки зрения нагрева платы паяльником. Удачного ремонта!

Если материалы сайта оказались для вас полезными, можете поддержать дальнейшее развитие ресурса, оказав ему (и мне ) .

Взаимозаменяемые конденсаторы. Подбор и взаимозаменяемость конденсаторы. Выпаиваем старый конденсатор

Выбираем подходящий конденсатор на замену

Готовимся к процессу

Выпаиваем старый конденсатор

Впаиваем новый конденсатор

Автор : elremont от 26-01-2014

Следующими не менее распространенными деталями, широко применяемыми в карманных приемниках, являются постоянные конденсаторы самой различной емкости. В высокочастотных контурах, где требуется малая емкость, целесообразно использовать специальные миниатюрные конденсаторы типа КДМ и КТМ, выпускаемые промышленностью с номинальными значениями от 1 до 1500 пф и от 1 до 3000 пф соответственно. Эти конденсаторы сравнительно дефицитны, но им есть замена, а именно: широко распространенные конденсаторы типа КТК-1 с номинальными значениями от 2 до 180 пф, КСО-1 от 21 до 750 пф и КСО-2 от 100 до 2400 пф. Конденсаторы последнего типа имеют несколько большие размеры, нежели два первых, но их можно «миниатюризировать». С конденсатора надо удалить защитную пластмассовую опрессовку, взамен которой применить пропитку нитролаком или клеем БФ-2. Этим путем удается получить очень миниатюрную деталь.

В качестве разделительных и блокировочных конденсаторов в высокочастотных цепях приемников применяются конденсаторы значительно большей, чем указывалось выше, емкости. Здесь подойдут хорошо известные радиолюбителю конденсаторы типа КДС емкостью 1000, 3000 и 6800 пф, КЛС и КМ емкостью 0,01, 0,033 и 0,047 мкф. Правда, два последних типа конденсаторов сравнительно дефицитны, но их с успехом можно заменить конденсаторами несколько больших габаритов, например типа МБМ на 160 в.

Производя подбор конденсаторов требуемой емко-‘ сти, не следует забывать и о возможности их включения последовательно и параллельно. Что касается допуска, то необходимо учитывать следующее. Номинальные значения конденсаторов, применяемых в высокочастотных контурах, должны быть близки к рекомендуемым и укладываться в допуск ±5-10%. Конденсаторы, применяемые для блокировки, могут иметь допуск до ±20%. О рабочем напряжении конденсаторов рассмотренных выше типов говорить не приходится, поскольку оно во много раз превышает то, которое будет приложено к ним в схемах транзисторных приемников. |

Помимо конденсаторов сравнительно небольшой емкости, в транзисторных схемах используются разделительные и блокировочные конденсаторы емкостью от 0,5 до 100,0 мкф, а иногда и более. Распространенными типами конденсаторов большой емкости являются отечественные миниатюрные электролитические конденсаторы типа ЭМ и ЭМ-М, выпускаемые промышленностью с номинальными значениями от 0,5 до 50,0 мкф, заменить которые можно конденсаторами фирмы «Тесла», периодически поступающими в наши радиомагазины.

При постановке электролитических конденсаторов в схему во избежание возможного выхода их из строя необходимо строго соблюдать указываемую полярность включения. Определить полярность конденсаторов оте-. чественного производства легко по соответствующей надписи (+), сделанной на корпусе со стороны вывода, изолированного от него и соединенного с обкладкой, присоединяемой к плюсу источника питания; противоположный вывод, соединенный с корпусом конденсатора, должен присоединяться к минусу (рис. 1, /). У конденсаторов, изготовляемых фирмой «Тесла», вывод, изолированный от корпуса, является плюсовым (рис. 1, 2).

Помимо полярности включения, следует учитывать и рабочее напряжение электролитических конденсаторов, которое ни в коем случае не должно быть меньше рекомендуемого в описании того или иного приемника и, как правило, указываемого на принципиальной схеме совместно с номинальным значением емкости.

Емкость разделительных конденсаторов может иметь допуск до +50%, а блокировочных до +100-500%, что в ряде случаев будет способствовать лишь более устойчивой работе схемы.

Кроме конденсаторов постоянной емкости, практически все схемы карманных приемников содержат конденсаторы переменной емкости: одиночные — в приемниках прямого усиления и объединенные в сдвоенные блоки — в приемниках супергетеродинного типа. Из готовых одиночных конденсаторов получил широкое распространение керамический подстроечный конденсатор типа КПК-2 емкостью 25-150 пф. Кроме него, в про-

Рис 1 Внешний лид распространенных деталей и расположение выводов: J – конденсаторы типа ЭМ. ЭМ М, 2– Ь„деи! саторы фирмы «Тесла», 3 ¦ тра.писторы типа П13, ГШ. П15. П16, П8. П9. ПЮ ПИ; – транзисторы тип» пи м П40Э П403А- 5 схема для определения обратного тока ктлектора; (5 – схема для определения

кДлАиииеий усиления транзистора¦ 7 – диоды серии Д2; 8 – диоды серий Д1 и Д9; « низкочастотный транс форматор /в – схема обмоток согласующего трансформатора: П – схема обмоток выходного трансформатора; 12 – капсюль типа ДЭМШ-1а: 13 — схема обмоток капсюля типа ДЭМШ-1а.

даже имеются специальные одиночные миниатюрные Конденсаторы с твердым диэлектриком, выпускаемые нашей промышленностью с минимальной емкостью 5 пф и максимальной 350 пф, а также аналогичные по параметрам конденсаторы фирмы «Тесла».

Из готовых сдвоенных коденсаторных блоков можно применять те, которые используются в портативных приемниках, например «Нева», «Нева-2», «Гауя», «Селга», «Старт», «Топаз», «Сокол» и др. Их максимальная емкость колеблется в пределах от 180 до 240 пф. Помимо них, в продаже имеется и сдвоенный блок конденсаторов переменной емкости фирмы «Тесла» с максимальной емкостью 360-380 пф. Промышленный допуск по емкости у перечисленных конденсаторов не превышает ±10%- При подборе необходимого конденсатора настройки начинающий радиолюбитель должен придерживаться рекомендаций, даваемых в описании той или иной собираемой им схемы. Значительное отклоненне емкости конденсатора от требуемого значения, превышающее ±10%, потребует пересчета намоточных данных высокочастотных катушек колебательных контуров. В противном случае настройка контуров изменится, а приемник может стать неработоспособным. Это замечание особенно справедливо для супергетеродинов.

В случаях, когда максимальная емкость конденсатора значительно больше рекомендуемого значения, пересчета данных контурной катушки можно избежать, еслн в схему ввести дополнительный сопрягающий конденсатор, включенный последовательно с основным. Емкость сопрягающего конденсатора выбирают с тем расчетом, чтобы суммарная максимальная емкость была равна рекомендуемой в описании.

В приемниках прямого усиления можно не пересчитывать данные контурной катушки и при использовании конденсатора настройки с меньшей, чем требуется емкостью, но при этом следует помнить, что рабочий диапазон приемника изменится.

Несколько слов следует сказать и о подстроечных конденсаторах с небольшой максимальной емкостью. Они обычно используются для осуществления точного сопряжения входных и гетеродинных контуров супергетеродинных приемников. В большинстве промышленных сдвоенных блоков имеются собственные подстроеч- ные конденсаторы КПЕ, встроенные в корпус. Если их нет, то можно использовать стандартные подстроечникн типа КПКМ с максимальной емкостью 15-30 пф или любые другие, подходящие по размерам.

Самая распространённая поломка современной электроники — это неисправность электролитических конденсаторов. Если вы после разбора корпуса электронного устройства замечали, что на печатной плате имеются конденсаторы с деформированным, вздутым корпусом, из которого сочится ядовитый электролит, то самое время разобраться, как распознать поломку или дефект в конденсаторе и подобрать адекватную замену. Располагая профессиональным флюсом для пайки, припоем, паяльной станцией, набором новых конденсаторов, вы без особого труда «оживите» любой электронный прибор своими руками.

По сути, конденсатор — радиоэлектронный компонент, основная цель которого — это накопление и отдача электроэнергии с целью фильтрации, сглаживания и генерации переменных электрических колебаний. Любой конденсатор имеет два важнейших электрических параметра: ёмкость и максимальное постоянное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору без его пробоя или разрушения. Ёмкость, как правило, определяет, какое количество электрической энергии может вобрать в себя конденсатор, если приложить к его обкладкам постоянное напряжение, не превышающее заданного лимита. Ёмкость измеряется в Фарадах. Наибольшее распространение получили конденсаторы, ёмкость которых исчисляется в микрофарадах (мкФ), пикофарадах (пкФ) и нанофарадах (нФ). Во многих случаях рекомендуется заменять неисправный конденсатор на исправный, имеющий аналогичные ёмкостные характеристики. Однако в ремонтной практике бытует мнение о том, что в схемах блоков питания можно ставить конденсатор, несколько превышающий по ёмкости фабричные параметры. К примеру, если мы хотим заменить разорвавшийся электролит на 100мкФ 12Вольт в блоке питания, который призван сгладить колебания после диодного выпрямительного моста, можно смело устанавливать ёмкость даже на 470мкФ 25В. Во-первых, повышенная ёмкость конденсатора только уменьшит пульсации, что само по себе неплохо для блока питания. Во-вторых, повышенное предельное напряжение только повысит общую надёжность схемы. Главное, чтобы отведённое под установку конденсатора место подходило.

Почему взрываются конденсаторы электролитического типа

Полярность подключения электролитических конденсаторов

Немного о безопасности

Выпрямитель и простейший блок питания, как это сделать самому

Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети.

Выпрямитель — это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых часто встречающихся деталей в электроприборах, начиная от фена для волос, заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Есть разные схемы выпрямителей и каждая из них в определённой мере справляется со своей задачей. В этой статье мы расскажем о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.

Определение

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянный» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае окажется нестабилизированное пульсирующие напряжение. Простыми словами: постоянное по знаку, но изменяющееся по величине.

Различают два типа выпрямителей:

— Однополупериодный. Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.

— Двухполупериодный. Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.

Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?

Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.

Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.

Выходное напряжение

Основные величины переменного напряжения — амплитудное и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В переменки» имеют в виду действующее напряжение.

Если говорят об амплитудной величине, то имеют в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.

Опустив теорию и ряд формул можно сказать, что действующее напряжение в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:

Uа=Uд*√2

Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:

220*1.41=310

Схемы

Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает обратную полуволну. На выходе получается напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.

Если говорить совсем простым языком, то в этой схеме к нагрузке поступает половина от входного напряжения. Но это не совсем корректно.

Двухполупериодные схемы пропускают к нагрузке обе полуволны от входного. Выше в статье упоминалось об амплитудном значении напряжения, так вот напряжение на выходе выпрямителя то же ниже по величине, чем действующее переменное на входе.

Но, если сгладить пульсации с помощью конденсатора, то, чем меньшими будут пульсации, тем ближе напряжение будет к амплитудному.

О сглаживания пульсаций мы поговорим позже. А сейчас рассмотрим схемы диодных мостов.

Их две:

1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;

2. Выпрямитель со средней точкой.

Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четыре диода соединены между собой «квадратом», а в его плечи подключена нагрузка. Выпрямитель типа «мост» собирается по схеме приведенной ниже:

Её можно подключить напрямую к сети 220В, так сделано в современных импульсных блоках питания, или на вторичные обмотки сетевого (50 Гц) трансформатора. Диодные мосты по этой схеме можно собирать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.

Вторая схема – выпрямитель со средней точкой не может быть подключена напрямую к сети. Её смысл заключается в использовании трансформатора с отводом от середины.

По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.

Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.

Сглаживание пульсаций

Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.

Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…

Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.

Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.

Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.

Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:

t=RC,

где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.

Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.

Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.

Обратите внимание, что путать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, потому что это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва – у них на верхней крышке есть выштамповка в виде креста, по которой корпус просто треснут. Но из конденсатора выйдет струя дыма, будет плохо, если она попадет вам в глаза.

Расчет емкости ведется исходя из того какой коэффициент пульсаций нужно обеспечить. Если выражаться простым языком, то коэффициентом пульсаций показывает, на какой процент проседает напряжение (пульсирует).

Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:

C=3200*Iн/Uн*Kп,

Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций.

Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.

Как сделать блок питания своими руками?

Простейший блок питания постоянного тока состоит из трёх элементов:

1. Трансформатор;

2. Диодный мост;

3. Конденсатор.

Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере.

Это нестабилизированный блок питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше чем переменное напряжение вторичной обмотке. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичная на 220В, а вторичная на 12В), то на выходе вы получите 15-17В постоянки. Эта величина зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Эту схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее неважно, то, что напряжение может «плавать» при изменениях напряжения питающей сети.

Важно:

У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.

Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.

Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего всего лишь наличием стабилизатора напряжения (или тока). Простейший вариант – использовать L78xx или другие линейные стабилизаторы, типа отечественного КРЕН.

Так вы можете получить любое напряжение, единственное условие при использовании подобных стабилизаторов, это то, напряжение до стабилизатора должно превышать стабилизированную (выходную) величину хотя бы на 1.5В. Рассмотрим, что написано в даташите 12В стабилизатора L7812:

Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.

Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2.5В.

Полная версия даташита https://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/889305.pdf

Т.е. для стабилизированного БП на 12В со стабилизатором серии L7812 нужно, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14.5-35В, чтобы избежать просадок, будет идеальным решением применять трансформатора с вторичной обмоткой на 12В.

Но выходной ток достаточно скромный – всего 1.5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. Если у вас есть PNP-транзисторы, можно использовать эту схему:

На ней изображено только подключение линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.

Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:

Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.

Можно и в параллель установить два линейных стабилизатора, но не нужно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и один из них может из-за этого сгореть.

Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они сильно греются.

Регулируемые блоки питания

Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, её ток тоже до 1.5 А, вы можете усилить схему проходным транзистором, как было описано выше.

Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.

Чтобы получить больший ток можно и использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.

В последних двух схемах есть индикация включения, которая показывает наличие напряжения на выходе диодного моста, выключатель 220В, предохранитель первичной обмотки.

Вот пример регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.

Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:

Заключение

Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.

Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.

По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.

Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.

Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.

Ранее ЭлектроВести писали, что компании Nissan Energy и OPUS Campers представили любопытную новинку — концептуальный автомобиль-кемпер Nissan x OPUS. Главная идея Nissan x OPUS заключается в том, чтобы обеспечить путешественников электроэнергией вдали от цивилизации. Для этого предлагается использовать отработанные аккумуляторные батареи электромобилей.

По материалам: electrik.info.

Как правильно заменить электролитический конденсатор | Энергофиксик

Выполняя мелкий ремонт или модернизацию своего любимого электронного устройства, в 8 случаях из 10 требуется замена электролитического конденсатора, так как у них есть свойство со временем высыхать и тем самым выходить из строя. И зачастую под рукой просто нет 100% аналога, требующего замены конденсатора. В этой статье я расскажу, как правильно подобрать аналоги.

Электролитический конденсатор

Основные правила замены электролитического конденсатора

Важно. Самостоятельный ремонт без специальных знаний может быть опасен. Берегите себя!

Электролитический конденсатор характеризуется тремя главными параметрами: напряжение, емкость и температура. Вот на них и стоит обращать внимание при замене вышедшего из строя электролитического конденсатора.

Неисправный конденсатор — основная причина выхода из строя оборудования

Итак, вы разобрали корпус своего прибора, провели диагностику и выявили, что у вас вышел из строя конденсатор (чаще всего они вздуваются).

Прежде чем выпаять определите, где у него плюс, а где минус.

Чаще всего минусовой вывод обозначается светлой полосой.

Минус на конденсаторе обозначается светлой полосой

После этого просто выпаиваем его с помощью паяльника и заменяем.

Неисправный блок питанияНеисправный блок питания

Идеально, если у вас есть точно такой же электролитический конденсатор. Но если нет, начинаем искать замену.

Подбор конденсатора на замену

Первым делом обращаем внимание на напряжение. Допустим, вам необходим конденсатор на 25 Вольт. Так вот поставить вместо такого конденсатор на 16 Вольт и ниже нельзя. Вам нужно найти замену с таким же напряжением или же выше. То есть можно использовать 35 В, 50 В, 63 В и т. п.

Конденсатор напряжением 16V нельзя ставить на место конденсатора рассчитанного на 25 V

Если же у вас таковых нет, а ремонт нужно выполнить здесь и сейчас, то тогда можно соединить несколько конденсаторов последовательно. Тем самым возрастет напряжение, но при этом снизится емкость.

Последовательное соединение конденсаторов

Следующий параметр, на который мы обращаем внимание — это емкость заменяемого элемента. Зачастую мы меняем сглаживающие конденсаторы, которые служат для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, и тут работает принцип, чем больше емкость, тем лучше сглаживание. Так что для замены выбираем аналогичную емкость или же большую, но никак не меньшую.

Если у вас нет подходящего варианта замены, а на плате достаточно свободного места, то можно выполнить параллельное соединение конденсаторов. При таком соединении происходит сложение емкостей отдельных конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов

И наконец, третьим основным параметром, на который мы обращаем внимание, является максимальная рабочая температура, на которую рассчитан конденсатор. В этом случае также следует выбирать изделие с аналогичным или более высоким параметром.

Кроме этих трех параметров так же следует обращать особое внимание на ESR – эквивалентное последовательное сопротивление.

Данный параметр указывается в даташитах на изделие и может быть измерено с помощью RLC – транзистометра.

Учтя выше представленные рекомендации, вы с легкостью замените вышедший из строя конденсатор, и отремонтированный прибор прослужит вам еще долгое время. Понравилась статья, тогда оцените ее лайком и подписывайтесь, чтобы не пропустить много интересного.

Спасибо за внимание!

Электроника НТБ — научно-технический журнал — Электроника НТБ

Технология металлизации
Пленочные конденсаторы изготавливаются методом металлизации полимерной пленки диэлектрика. В применяемой компанией AVX технологии для обеспечения хорошего сцепления пленок полимер (полипропилен) перед металлизацией обрабатывается коронным разрядом. Тонкая металлическая (алюминиевая) пленка наносится методом вакуумного испарения при температуре камеры 1200°C и температуре полипропиленовой подложки от -25 до -35°C. Схема установки нанесения металлизации приведена на рис.1. При достаточно малой толщине металлическая пленка, находящаяся над дефектом диэлектрика, при прохождении тока испаряется, в результате чего дефектная область оказывается изолированной, т.е. происходит так называемое самозаживление компонента. Благодаря эффекту самозаживления и обеспечивается высокий градиент напряжения пленочных конденсаторов. Для современных конденсаторов компании AVX, изготавливаемых по полностью «сухой» технологии и предназначенных для разрядных устройств, градиент напряжения превышает 500 В/мкм и 250 В/мкм для конденсаторов фильтров постоянного тока. Поскольку разрабатываемые конденсаторы соответствуют стандарту промышленности бытовой электронной техники CEI 1071, они способны выдерживать без существенного сокращения срока службы несколько выбросов напряжения, превышающих номинальное значение примерно в два раза. Пользователь при выборе компонента может принимать во внимание нужное номинальное напряжение конденсатора.

Электролитические конденсаторы
В электролитических конденсаторах в качестве диэлектрика используется окись алюминия, диэлектрическая постоянная которой составляет 8–8,5, а градиент напряжения – 0,07 В/А. Поэтому толщина диэлектрика конденсатора на напряжение постоянного тока 900 В должна составлять 12000 ангстрема, или 1,2 мкм. Однако такая толщина диэлектрической пленки для электролитических конденсаторов неприемлема. Это объясняется тем, что для получения требуемой удельной мощности конденсатора в пленке окиси алюминия вытравливаются ямки, формирующие ее микрорельеф, уровень которого зависит от толщины пленки диэлектрика. С увеличением толщины емкостной коэффициент, обусловленный микрорельефом диэлектрика, уменьшается. Это приводит к тому, что значение емкости конденсатора на напряжение 500 В вдвое меньше емкости низковольтного конденсатора. С другой стороны, проводимость электролита конденсатора на напряжение 500 В составляет 5 Ом/см против 150 Ом/см для конденсатора на низкое напряжение. В результате эффективное значение тока высоковольтного конденсатора не может превышать 20 мА/мкФ. По этим причинам максимальное номинальное напряжение электролитических конденсаторов составляет 500–600 В, и для получения требуемого высокого напряжения пользователь должен последовательно соединять несколько конденсаторов. А поскольку существует разброс значений сопротивления диэлектрика конденсаторов, пользователь для балансировки напряжения должен присоединить к каждому конденсатору резистор. При подаче обратного напряжения, в полтора раза превышающего номинальное значение, начинается химическая реакция, и, если это напряжение подается достаточно долго, конденсатор взрывается или вытекает электролит. Чтобы не допустить этого, пользователь вынужден присоединять к каждому конденсатору параллельный диод.
И наконец, рассмотрим наиболее важный для некоторых применений фактор – способность выдерживать выбросы напряжения. Максимально допустимое напряжение выброса электролитических конденсаторов составляет 1,15–1,2 от значения номинального напряжения постоянного тока. Поэтому пользователь при выборе электролитического конденсатора должен учитывать не его номинальное напряжение, а напряжение выброса.

Сравнение пленочных и электрических конденсаторов для различных областей применения
Конденсаторы на большие токи для фильтров цепи постоянного тока. Значения емкости и тока
Рассмотрим требования к конденсаторам, выполняющим функции развязки в цепи электрического транспортного средства с батарейным питанием (рис.2). Одно из основных требований к таким конденсаторам – способность выдерживать большие эффективные значения тока. А значит, для этой области применения пленочные конденсаторы весьма перспективны. Так, если для электрического транспортного средства требуется конденсатор на напряжение постоянного тока 120 В с допустимыми эффективными значениями пульсаций напряжения 4 В и эффективным значением тока 80 А на частоте 10 кГц, то минимальная емкость его составит:
…
Рассмотрим случай применения электролитического конденсатора. Если его предельное эффективное значение тока составляет 20 мА/мкФ, то для обеспечения тока 80 A его емкость должна составлять С = 80/0,02 = 4000 мкФ.
Теперь рассмотрим конденсатор, предназначенный для питаемого от сети драйвера мотора промышленного оборудования. Форма волны цепи развязки по постоянному току имеет вид, приведенный на рис.3. При расчете емкости следует учесть, что частота напряжения питания ниже частоты стабилизатора. Расчет емкости производится по следующей формуле:
…
где Pнаг – мощность в нагрузке; Uпульсаций – напряжение пульсаций; Fстаб – частота стабилизатора.
Для приблизительного расчета эффективного значения тока воспользуемся следующими формулами:
…
…
Таким образом, эффективный ток конденсатора Iэф зависит от мощности в нагрузке, максимального напряжения Umax и напряжения пульсаций Uпульсаций.
Рассмотрим конкретный пример расчета емкости и эффективного значения тока конденсатора на напряжение 1000 В и напряжение пульсаций 200 В. При мощности в нагрузке 1 МВт эффективный ток равен 2468 А, при 500 кВт – 1234 А и при 100 кВт – 247 А.
При сравнении с электролитическим конденсатором вспомним, что его предельный эффективный ток составляет 20 мА/мкФ. Как показали расчеты для пленочного конденсатора, эффективный ток при мощности в нагрузке 1 МВт равен 2468 А. Это значит, что емкость электролитического конденсатора должна составлять 123,4 мФ. Из кривой зависимости емкости от частоты стабилизатора, приведенной на рис.4, получим, что пленочный конденсатор с таким значением емкости нужен для стабилизатора на частоту менее 100 Гц. Частота трехфазного стабилизатора с шестью выпрямительными диодами составляет 300 Гц. Из рис.4 получим, что при мощности в нагрузке 1 МВт требуемая емкость пленочного конденсатора на такую частоту равна всего 18,5 мФ. При меньших значениях мощности в нагрузке требуемые емкости конденсатора еще меньше, и пленочная технология по-прежнему дает лучшее решение. Даже для стабилизатора на частоту 100 Гц емкость конденсатора не превышает 555 мкФ при неизменных значениях напряжения питания и напряжения пульсаций.

Конденсаторы фильтров постоянного тока.
Проблема выброса напряжения
Рассмотрим применение фильтров постоянного тока в таких городских транспортных средствах, как поезда метро, трамваи, тролейбусы и т.п. (рис.5). Форма волны напряжения в линии постоянного тока приведена на рис.6. При подводе мощности к составу контакт между токоприемником и контактным проводом не всегда непрерывен. В случае отсутствия контакта энергия поступает от конденсатора цепи постоянного тока, и при этом напряжение снижается. При восстановлении контакта происходит выброс напряжения:
… где
…
где Undc – номинальное постоянное напряжение; L – индуктивность фильтра; С – емкость фильтра; R – сопротивление фильтра.
Худшие условия возникают тогда, когда изменение напряжения DV равно напряжению контактного провода, поскольку при этом выброс напряжения в два раза превышает номинальное напряжение. Как было указано ранее, пленочные конденсаторы выдерживают такие перегрузки.
А что происходит при использовании электролитического конденсатора? Как уже указывалось, максимальная перегрузка, выдерживаемая электролитическим конденсатором, составляет 1,2 значения номинального напряжения. При номинальном напряжении 1000 В минимальный выброс напряжения, который должен выдержать электролитический конденсатор, будет равен 2·1000/1,2 В = 1670 В. Чтобы выдержать такой выброс напряжения, необходимо последовательно включить четыре конденсатора на напряжение 450 В.

Срок службы
Срок службы пленочных конденсаторов достаточно продолжителен и зависит от рабочего напряжения и температуры горячих точек (рис.7). Температура горячей точки в зависимости от области применения и технологии конденсатора лежит в пределах от 85 до 105°С. Продолжительность срока службы определяется периодом, в течение которого значение емкости уменьшается на 2%. Правда, это теоретическое значение срока службы, поскольку в тех случаях, когда допускается 5%-ное изменение емкости, конденсатор может применяться значительно дольше.

Пленочные конденсаторы компании AVX
Как уже указывалось, компания AVX успешно проводит программу разработки и производства пленочных конденсаторов. В конце 2005 года компания сообщила о расширении рабочих параметров пленочных конденсаторов средней мощности. Конденсаторы семейства FFVE с диэлектриком из не импрегнированного металлизированного полипропилена или полиэфира предназначены для применения в преобразователях топливных элементов, источниках бесперебойного электропитания, драйверах двигателей и источниках питания промышленных систем. Емкость конденсаторов семейства FFVE составляет 12–400 мкФ±10%, номинальное напряжение – 300–1900 В, напряжение, подаваемое при испытаниях на стойкость к выбросам напряжения, равно 1,5 Vndc в течение 10 c, диапазон рабочих температур – -40…105°С. Отличительный параметр конденсаторов семейства – малая паразитная индуктивность – 18–40 нГ.

Новинки
С развитием полупроводниковых приборов повышаются требования к уменьшению индуктивности рассеяния фильтров постоянного тока, с тем чтобы ограничить выбросы напряжения при соединении с полупроводниковыми приборами. И здесь вновь пленочная технология облегчает решение проблемы.
Специалистами компании AVX разработан конденсатор, который может непосредственно монтироваться на IGBT-модуль (рис.8). При разработке конденсатора учитывалось важное требование защиты от воздействия окружающей среды. Поскольку конденсатор предназначен для систем подачи энергии транспортным средствам, его срок службы при номинальных значениях параметров и условиях окружающей среды должен составлять 100 тыс. ч. Чтобы обеспечить такой срок службы, конденсатор монтируется в пластмассовый или алюминиевый корпус, герметически запаянный полиуретаном, обеспечивающим не только защиту от воздействия окружающей среды, но и выполнение требований стандартов огнеупорности подвижных железнодорожных составов NFF 16-101NFF и 16-102. К тому же герметизация полипропиленом позволяет использовать различные типы выводов, например, в виде медной пластины, отделенной от корпуса изолирующей прокладкой.
По пленочной технологии созданы и конденсаторы с менее длительными сроками службы, но большими значениями градиента напряжения, что позволяет увеличить плотность энергии. Специалистами компании определены законы старения конденсаторов и разработаны программные средства, позволяющие ответить на любой специальный запрос заказчика.
Кроме того, благодаря использованию специальной технологии значение паразитной индуктивности новых конденсаторов не превышает 10 нГ даже у конденсаторов большой емкости. В результате при подключении к IGBT-модулю уже не нужно применять развязывающий конденсатор, что удешевляет стоимость конструкции.

Таким образом, если применение требует небольших эффективных значений тока, большие емкости, отсутствие выбросов напряжения и подачи обратного напряжения, пленочные конденсаторы, по-видимому, не смогут конкурировать с электролитическими. Но если необходимы большие напряжения, высокий эффективный ток, стойкость к выбросам напряжения, высокий пиковый ток, пленочные конденсаторы, безусловно, лучший выбор.

III Специализированная выставка нанотехнологий и наноматериалов «NTМЕХ-2006»

За последние десятилетия в материаловедении сформировалось новое направление, связанное с получением и использованием веществ в наносостоянии (когда размер конденсированной фазы хотя бы в одном направлении уменьшается до сотен и единиц нанометров). Переход практически всех веществ в наносостояние существенным образом изменяет его характеристики: электрические, магнитные, оптические, механические, термические, биологические и др., что позволяет создавать принципиально новые функциональные материалы с уникальными потребительскими свойствами.
Научные исследования и прикладные разработки в области наноматериалов и технологий (частицы, материалы, устройства) могут стать в XXI веке ключевыми для всего научно-технического прогресса. Во всех промышленно развитых странах это направление в последние годы стало приоритетным, особенно в связи с развитием наноэлектроники и миниатюризации промышленных и бытовых приборов и устройств.
На сегодняшний день научные коллективы России обладают высоким потенциалом, позволяющим создать наукоемкие производства XXI века. Значительная часть разработок на уровне интеллектуального продукта может быть реализована в промышленности и обладает перспективами выхода на международный финансовый рынок.
Специализированная выставка нано- технологий и материалов «NТМЕХ» – единственная на сегодня выставка, охватывающая все аспекты нано- технологий и материалов – от постановки задач до технического воплощения и промышленного внедрения. Двухлетний опыт проведения мероприятия показал целесообразность проведения проблемно-ориентированных выставок, семинаров и конференций с участием ведущих ученых и специалистов органов государственной власти и промышленных предприятий города Москвы с целью выявления рыночной инвестиционной перспективности инновационных проектов по направлению «нанотехнологии и наноматериалы».

II Специализированная выставка нано- технологий и материалов «NTМЕХ-2005», которая в декабре прошлого года прошла в современном выставочном зале здания Правительства Москвы, занимала выставочную площадь 800 квадратных метров и насчитывала более 60 участников, среди которых академические научно-исследовательские и высшие учебные заведения и известные всему миру промышленные предприятия: Физико-технологический институт РАН, Институт проблем технологий микроэлектроники и особочистых материалов РАН, Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Институт физической химии РАН, Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена, ГНЦ РФ ГИРЕДМЕТ, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, ФГУП ЭЗАН, ГНЦ РФ – физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского и ГУ НИИ Биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича РАМН, Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева РАМН, МГУ им. М.В. Ломоносова и РХТУ им. Д.И. Менделеева, Московский энергетический институт (ТУ), Московский государственный институт стали и сплавов (ТУ), Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума «НИЦПВ», ЗАО «Нанотехнология МДТ», РНЦ «Курчатовский институт» и многие другие. Выставка вызвала широкий интерес не только у российских, но и у зарубежных специалистов. За время ее работы выставку посетило около 2500 специалистов, в том числе представители посольств Великобритании и Чили, представители научных кругов Китая, Северной Кореи, Чехии, Голландии, Америки, Италии.
С 5 по 7 декабря 2006 года в Универсальном выставочном зале здания Правительства Москвы (Новый Арбат, 36/9) пройдет III Специализированная выставка нанотехнологий и наноматериалов «NТМЕХ-2006». Организаторами мероприятия являются Департамент науки и промышленной политики города Москвы, Московский комитет по науке и технологиям и Компания МКМ ПРОФ.
Основными целями специализированной выставки являются: демонстрация уникальных достижений предприятий и научных коллективов в области нанотехнологий и наноматериалов, содействие их продвижению на международный рынок, расширение выпуска высокотехнологичной продукции и принципиально новых функциональных материалов с уникальными потребительскими свойствами; содействие внедрению нанотехнологий в различные области науки, техники и производства; установление деловых контактов, привлечение отечественных и зарубежных инвестиций в данный сектор высоких технологий, содействие формированию и реализации национальных и региональных программ по нанотехнологиям и наноматериалам.

III Специализированная выставка нано- технологий и материалов «NТМЕХ-2006» включает следующие тематические разделы:
· наноматериалы и нанотехнологии;
· технология и оборудование для производства наноматериалов;
· модули и оригинальные компоненты на основе наноматериалов;
· услуги в области нанотехнологий;
· наноматериалы для компонентов и микросистем;
· применение нанотехнологий в областях городского хозяйства;
· готовая продукция с использованием нанотехнологий и наноматериалов.

В рамках насыщенной деловой программы выставки пройдут мероприятия (круглые столы, презентации) по вопросам применения нанотехнологий и наноматериалов в различных отраслях, обзор сегодняшнего состояния и перспектив в области и нанотехнологий, и наноматериалов, а также обзор современного состояния и перспектив развития отрасли в России и за рубежом.

Учитывая огромный интерес к новому перспективному направлению инновационной деятельности, основой которого являются нанотехнологии и наноматериалы в промышленно развитых странах, а также наличие высоких достижений в данной области ученых России, приглашаем принять участие в III Специализированной выставке нанотехнологий и наноматериалов «NTМЕХ-2006» и ждем Вас на выставке и мероприятиях деловой программы.

Дирекция выставки:
Телефон/факс: (095) 502-19-38, 502-19-37, 775-17-20
www.mkmexpo.ru , e-mail: [email protected]

Выбор пассивных компонентов для неизолированного импульсного источника питания

В статье приведен краткий обзор пленочных конденсаторов китайской фирмы BM, выпускаемых на основе полипропиленового диэлектрика. Особое внимание уделено индуктивным компонентам Pulse Electronics для импульсных источников питания, их разновидностям, видам потерь и методике оптимального подбора необходимого компонента.

Импульсный источник питания (Switch Mode Power Supply, SMPS) способен поддерживать постоянное заданное выходное напряжение(V_out) при изменяющемся входном напряжении (V_in), т. е. имеет регулируемый выход. Постоянное значение (V_out) задается при помощи корректировки частоты импульсов рабочего цикла. Дроссель и конденсатор в схеме SMPS поддерживают устойчивый выходной ток. Без использования дросселя ток в таких источниках будет изменяться до нулевых значений при сменах импульсов переключения схемы управления. Конденсатор в этой цепи является фильтром пульсаций тока и элементом накопления необходимой энергии для совместной работы с дросселем.

Конденсаторы

При выборе конденсаторов для импульсных преобразователей особое внимание уделяется показателям надежности, качеству и минимальным значениям паразитных потерь. При высоком постоянном напряжении основной причиной старения являются электрохимические процессы, возникающие в диэлектрике под действием постоянного поля и усиливающиеся с повышением температуры и влажности окружающей среды. При переменном напряжении и импульсных режимах основной причиной старения становятся ионизационные процессы, возникающие внутри диэлектрика или у краев обкладок, преимущественно в местах газовых включений. Напряжение электрического поля в диэлектрике конденсатора при его испытаниях выбирается с некоторым запасом.

Температура и влажность воздуха также являются важными факторами, влияющими на долговечность и сохранность конденсаторов. Длительное воздействие высокой температуры вызывает ускоренное старение диэлектрика, в результате чего характеристики конденсатора ухудшаются. Тепловое воздействие на конденсатор может быть периодически изменяющимся. Наряду с внешней температурой на пленочные конденсаторы в составе аппаратуры может дополнительно воздействовать теплота, выделяемая другими сильно нагревающимися при работе компонентами. В условиях повышенной влажности на электрические характеристики конденсаторов влияет как пленка воды, образующаяся на поверхности, так и внутреннее поглощение влаги диэлектриком. Проникновение влаги внутрь конденсатора снижает его сопротивление и электрическую прочность.

Пленочные конденсаторы как альтернатива электролитам

Пленочные конденсаторы имеют много преимуществ перед электролитами в промышленных преобразователях мощности, в электротранспорте и производственном оборудовании, хотя они и не являются их полной альтернативой ввиду различия по размерам. Среди этих преимуществ:

возможность выдерживать высокий среднеквадратичный ток до 1 Arms/мкФ;
возможность держать удвоенное избыточное номинальное прямое и обратное напряжение;
стойкость к высоким пиковым токам;
отсутствие кислотного загрязнения при утилизации;
продолжительное время хранения и эксплуатации (до 100 000 ч).

Основа металлизации — покрытие диэлектрической пленки очень тонкими металлическими слоями. В случае пробоя диэлектрика покрытие может улетучиваться и изолировать дефект. Это явление называется самовосстановлением или способностью самоблокировки внутренних дефектов. Современные диэлектрические пленки BM, используемые для конденсаторов постоянного тока, покрыты очень тонким металлическим слоем. В случае любого дефекта металл испаряется и изолирует его, эффективно восстанавливая конденсатор. После пробоя номинальная емкость пленочного конденсатора немного уменьшается (в пределах погрешности, указываемой производителем), но полного отказаи короткого замыкания нет. Эта особенность может значительно снизить текущие затраты на обслуживание и обеспечить более высокуюэффективность использования SMPS.

Рассмотрим далее различные схемы неизолированных импульсных преобразователейтока.

Повышающий преобразователь напряжения

Повышающий преобразователь (рис. 1) позволяет увеличивать напряжение (при понижении тока) от входа до выхода. Основное применение — преобразователи для электротранспорта, где напряжения одной батареи бывает недостаточно для поддержания 500 В на входемотора. Данный преобразователь позволяетиспользовать меньшее количество батарей,увеличивая доступное постоянное напряжение до требуемого уровня. В качестве элементафильтра в таком преобразователе можно применить пленочный конденсатор DC-LINK.

Конденсатор в данной цепи будет предотвращать пульсации, поступающие обратноот электродвигателя к источнику тока (аккумуляторной батарее), и сглаживать скачки напряжения шины. Для защиты полупроводников (тиристоров и IGBT-модулей) в повышающих преобразователях также могут использоваться демпферные версии пленочных конденсаторов.

Конденсаторы DC-LINK (рис. 2 и 3) имеют хорошие электрические характеристики, малые потери в диэлектрике, высокое значение сопротивления изоляции, низкую диэлектрическую абсорбцию и высокую диэлектрическую прочность (табл. 1). Они практически нечувствительны к повышенной влажности и имеют стабильность параметров при длительных сроках эксплуатации. Следует отметить также, что они имеют отрицательный температурный коэффициент (–200 ppm/°C). Минимальная требуемая емкость конденсатора вычисляется по формуле:

C = I_rms/U_r × 2π × ƒ.

Согласно данному выражению, соотношение расчетной емкости пленочного конденсатора и электролитического составляет 1:25 мкФ.

**Таблица 1.** Технические характеристики конденсаторов DC-LINK от BM
	DKMJ-P	DKMJ-C
Рабочее напряжение, В	450–1200	500–4000
Диапазон емкости, мкФ	1–120	20–5600
Отклонения емкости, %	±5, ±10, ±20	±5, ±10
Рабочая температура, °C	+85
Максимальная температура, °C	+105
Срок службы, ч	100 000
Показатель отказов	50 FIT

Понижающий преобразователь

Понижающий преобразователь (рис. 4) является одним из наиболее распространенных. Он используется в цепях, где выходное напряжение постоянного тока (на нагрузке) должно быть ниже входного напряжения постоянного тока. Вход постоянного тока может быть выведен от выпрямленного переменного тока или из любого источника постоянного тока. Простейший преобразователь состоит из диода, переключателя (обычно MOSFET) и одного индуктора для применения в однофазных цепях. Чтобы уменьшить пульсацию напряжения, в источник добавляется фильтр на основе конденсатора(фильтр на стороне нагрузки). В качестве фильтра нагрузки можно применить как электролитические, так и пленочные конденсаторы, в зависимости от предназначения преобразователя. Поскольку данные преобразователи часто являются источниками высокочастотных импульсных помех для общей сети 110–250 В, то на вход выпрямителя Vs таких источников устанавливают конденсаторы X2.

Для подавления импульсных помех BM разработана модель B43. Она является самой новой в серии конденсаторов X2 и призвана объединить в себе все достоинства конденсаторов данного типа, изготовленных с применением полипропиленового диэлектрика.

Серия B43 (рис. 5) соответствует требованиям стандарта IEC 60384-14 для конденсаторов X2. Диапазон емкости — 0,1–25 мкФ с интервалом рабочих напряжений 310–350 Vac. По результатам европейских тестов, конденсаторы BM имеют увеличенное значение начального напряжения частичного разряда (PDIV/ Corona) по сравнению с конденсаторами без внутреннего последовательного соединения. Основные характеристики устройств указаны в таблице 2. Металлизация электродов в активной зоне выполнена без использования цинка. В качестве наполнителя применяется новая высококачественная эпоксидная смола. После испытаний на устойчивость к влажности (при +85 °C) с относительной влажностью 85% со смещенным напряжением в течение 1000 ч, среднее значение ΔC/C составляет менее 5%.

**Таблица 2.** Технические характеристики конденсаторов серии B43 от BM
Рабочее напряжение	310 В AC 50/60 Гц	350 В AC 50/60 Гц
Постоянное напряжение, В DC	560	630
Емкость, мкФ	0,1–25	0,1–20
Отклонение емкости, %	±5, ±10, ±20
Рабочая температура, °C	–40…+110

Для производства конденсаторов X2 применяют два типа диэлектриков: полипропиленовую (PP) и полиэфирную пленку (PET). Их сравнительные характеристики приведены в таблице 3. PET обладает высокой диэлектрической прочностью, хорошими свойствами самовосстановления и температурной стабильностью. У PET положительный температурный коэффициент материала. PP обладает превосходными электрическими характеристиками, имеет очень низкие диэлектрические потери на высоких частотах, высокое сопротивление изоляции, низкое диэлектрическое поглощение и высокую диэлектрическую прочность. Кроме того, PP имеет отличную влагостойкость и очень хорошую долговременную стабильность параметров. Температурный коэффициент материала — отрицательный.

**Таблица 3.** Сравнительная таблица свойств материалов PP и PET для производства конденсаторов класса X2
	PET	PP
Диэлектрическая постоянная (при +25 °C/50 Гц)	3,2	2,2
DF при 1 кГц, tan δ, в %	0,5	0,02
Сопротивление изоляции, MОм×мкФ	25 000	100 000
Диэлектрическое поглощение, %	0,2	0,05
Дрейф емкости ΔC/C, %	1,5	0,5
Уровень поглощения влаги, %	0,4	0,01
Максимальная рабочая температура, °C	+125	+100
Температурный коэффициент, ppm/°C	+400, ±200	±200, ±100

Металлизированные пленочные конденсаторы BM соответствуют стандартам IEC61071.Это означает, что они могут обрабатывать несколько скачков напряжения в два раза выше номинального напряжения без значительного сокращения срока службы изделия. Следовательно, разработчику требуется только учет номинальных требований к напряжению при настройке схемы.

Универсальный преобразователь

Универсальный преобразователь (рис. 6) — это тип SMPS, который сочетает в себе принципы понижающего и повышающего преобразователей в одной схеме. В таких схемах величина выходного напряжения может быть больше или меньше входного напряжения. Выходное напряжение имеет противоположную полярность на входе. Один из возможныхнедостатков этого преобразователя, который усложняет схему возбуждения дросселя, заключается в том, что импульсный переключатель не имеет клеммы на землю.

Дроссели для импульсных преобразователей

Дроссель состоит из катушки проволоки, намотанной на ферромагнитный сердечник. Данная комбинация дает индуктивность (L), которая создает сопротивление, поэтому ток, протекающий через индуктор, не может мгновенно измениться. Скорость изменения тока через индуктор (dI/dT) определяется индуктивностью и напряжением, воздействующим на индуктор:

V = L×dI/dT.

Ферромагнитный материал сердечника позволяет сохранять энергию в дросселе. Когда напряжение падает и ток увеличивается, то эта накопленная энергия возвращается в цепь. Когда переключатель S закрыт, ток, текущий к нагрузке, увеличивается, а энергия сохраняется и накапливается в индукторе. Когда переключатель S разомкнут и выход отключен от входа, стабильный выходной ток поддерживается путем вытягивания энергии из катушки индуктивности. Поскольку индуктивность влияет на соотношение dI/dT, ее значение выбирается максимально близким для достижения желаемых пределов тока пульсации (I_ripple), обеспечивая постоянный выходной ток. Индуктор может удерживать только определенное количество энергии. После того как ферромагнитный ripple материал будет насыщен, индуктивность уменьшится, а пульсация тока возрастет. Пиковый ток для схемы (I_pk ) рассчитывается по следующей формуле:

I_pk = I_out + I_ripple/ 2,

При выборе индуктивности важно проверить, чтобы у применяемого компонента ток насыщения сердечника (I_sat) был больше, чем расчетный пиковый ток (I_pk).

Потери в дросселях

Потери в медной обмотке дросселя обусловлены эффективным током (I_rms), которому создается сопротивление (Rdc):

P_cu = R_dc × I_rms2.

В спецификациях на компонент обычно указывается заданный ток повышения температуры (Temperature Rise Current), эквивалентный значению постоянного тока, приводящего к повышению температуры на 40 °C от стандартных значений. Номинальный ток индуктора (Rated Current) — это ток, при котором температура компонента не будет расти более чем на 40 °C от стандартных значений.

Механизм потери тока в сердечнике — довольно сложный процесс. Изменяющийся ток в силовом индукторе создает изменяющуюся плотность потока (B AC), и сопротивление основного материала (феррита) имеет свойство противостоять этому потоку (B AC). Потери в сердечниках зависят от типа материала сердечника, размера, B AC и частоты переключения импульсной схемы (F).

Чем подробнее спецификация на выбираемый компонент (силовой дроссель), тем проще рассчитать рабочие характеристики материала и размеры сердечника. В техническом описании также может указываться ток повышения температуры, поэтому при превышении данного значения нужно будет помнить о том, что потери в сердечнике будут высоки, и индуктор достигнет указанного лимита температуры при более низком среднеквадратичном токе из-за дополнительного воздействия потерь мощности и повышения температуры обмотки.

Рассмотрим выбор дросселей Pulse для импульсного источника питания.

Для обеспечения требований к соотношению индуктивности и тока в преобразователяхсуществуют различные виды корпусов и типыобмоток дросселей (рис. 7).

Индуктивности на ферритовом сердечнике

Индуктивности серии PA (рис. 8) состоят из специальной медной проволоки, намотанной на ферритовый сердечник, при этом сердечник может быть как магнитно-экранирован, так и не экранирован. Неэкранированная версия может поддерживать относительно высокие пиковые токи перед насыщением. Из-за открытой траектории потока открытый сердечник ограничен рабочей частотой и создает электромагнитные помехи на компоненты схемы. Если это условие подходит для применения, то данный тип является оптимальным решением для преобразователя, так как это самый недорогой вид дросселя. Экранированная версия немного дороже и подходит для высокочастотных и чувствительных к шуму схем. Он имеет очень широкий диапазон индуктивности, но ограничен токопроводящей способностью. Применяется в низковольтных преобразователях.

Дроссель с тороидальным ферритовым сердечником

В дросселях серии PE (рис. 9) используется толстая обмотка. Компонент является относительно громоздким и имеет сравнительно большие потери на сердечнике на высоких частотах. Основными ограничениями тороида являются размер и производительность. Тороид может быть хорошим решением, когда текущие требования превышают характеристики индукторов с сердечником барабанного типа. Экранированные тороидальные индукторы с ферритовым сердечником также доступны в корпусе для поверхностного (SMT) монтажа на печатную плату. Данные дроссели служат универсальными многоцелевыми платформами и помогают минимизировать поток утечек, чтобы защитить соседние компоненты от чрезмерных электромагнитных помех (EMI).

Дроссели с плоским сердечником

Низкопрофильная серия PG (рис. 10) обладает самой высокой токовой емкостью (60 А) в корпусе высотой 3,2 мм. Это достигается благодаря специальному плоскому проводнику с большим сечением, который намотан в спиральную катушку. Основной материал сердечника — порошкообразное железо с соответствующей мягкой насыщенностью и низким уровнем излучаемых помех. Поскольку падение напряжения в нем обычно невелико, то потери на сердечнике не являются чрезмерными даже на высоких частотах. Плоская катушка индуктивности имеет относительно малое количество витков провода, поэтому данный тип дросселей ограничен низкой индуктивностью и обладает более высокой стоимостью.

Дроссели со стандартной катушкой

Дроссели серии PG (рис. 11) (Round Wire Coil, RWC) обычно разрабатываются для устройств, где не требуется низкий профиль. Они используются в качестве устройств хранения энергии и фильтров в регуляторах точки нагрузки (POL) и в качестве дросселей выходного каскада для преобразователя постоянного тока. Индукторы RWC используют материал ферритового сердечника, который дает на 90% снижение потерь в сердечнике и увеличение максимальной рабочей температуры на 30% по сравнению со стандартным материалом из порошка железа, используемого в индукторах с плоской катушкой. Поскольку ферритовый материал невосприимчив к термическому старению, эти индукторы более надежны и лучше работают при более высоких температурах и частотах, чем индукторы с не ферритовым сердечником. Использование круглого провода вместо плоской катушки приводит к снижению стоимости на 25%.

Экранированные дроссели в ферритовом корпусе

Особенность закрытых порошковых индукторов серии PA (рис. 12) в том, что они имеют железный порошковый материал корпуса, который непосредственно залит на медный провод. Это оптимальное решение для схем, требующих высоких частот и высокого тока с низким сопротивлением постоянному току. Эти индукторы обладают высокими характеристиками по поглощению собственных электромагнитных помех. Экран ограничивает поток помех, устраняет шум и удерживает магнитный поток внутри индуктора. Формованная серия индукторов отлично подходит для высоковольтных, неизолированных DC/DCпреобразователей и регуляторов напряжения. Добавление квалификации AEC-Q200 позволяет использовать эти компоненты и в автомобильной промышленности. Pulse предлагает эти индукторы с расширенным диапазоном рабочих температур (–55…+155 °C).

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности серии PA (рис. 13) обладают очень низкой индуктивностью при высоких токах. Они предназначены для низковольтных преобразователей с высокими значениями тока, работающих на высоких частотах переключения. Pulse предлагает экранированные катушки индуктивности для SMT-монтажа, которые объединены в комбинированные и интегрированные типы конструкций. Связанные силовые катушки индуктивности соединяют два (или более) компонента в одну пару с единой магнитной связью между ними, уменьшая общую площадь и обеспечивая более низкий ток пульсаций фазы.

Планарные дроссели и трансформаторы

В планарных трансформаторах серии PA(рис. 14) используется небольшое количество витков. Выполненные с использованием штампованных медных пластин или винтовой обмотки катушки, они обеспечивают низкую индуктивность с очень высокой несущей способностью. Ультранизкий DCR этого трансформатора делает его самым эффективным решением, доступным на рынке сегодня. Pulse имеет экранированные версии плоских катушек с ферритовым сердечником, предназначенные для источников питания с высоким выходным током и низким напряжением. Эта серия имеет дополнительную монтажную площадку для лучшей фиксации на печатной плате.

Заключение

После того, как определены параметры конденсатора и оптимальный вариант дросселя, конечным шагом является выбор типоразмера дросселя, который будет обеспечивать правильные характеристики преобразователя, а также его геометрию, подходящую для конкретного устройства.

Автор: Андрей Ковригин — Макро Групп, Product-менеджер направлений «Электромеханические компоненты», «Батарейки», «Пассивные компоненты», [email protected]

Как правильно выбрать алюминиевый электролитический конденсатор

Благодаря высокой емкости на единицу объема и возможности их использования практически в любой электронной системе алюминиевые электролитические конденсаторы занимают особое положение среди различных типов конденсаторов. Их можно использовать во многих приложениях, включая накопление энергии и фильтрацию нежелательных частот переменного тока. Благодаря высоким значениям емкости и низким значениям импеданса они часто используются в источниках питания, инверторах и преобразователях постоянного тока в постоянный.

Технология алюминиевых электролитических конденсаторов развивается в результате новых материалов и усовершенствований процессов, которые повышают их надежность и прочность, что позволяет эксплуатировать их до 20 лет. При правильном выборе они являются важной частью большинства электрических конструкций. Но что такое алюминиевый электролитический конденсатор и как его правильно выбрать для своих проектов?

Что такое алюминиевый электролитический конденсатор?

Конденсаторы состоят из двух слоев электропроводящего материала (электродов), разделенных диэлектрическим материалом (или изолятором).Конденсаторы накапливают энергию в электрическом поле, создаваемом этим устройством, когда подается ток для зарядки конденсатора. В алюминиевом электролитическом конденсаторе электроды изготовлены из алюминиевой фольги. Между двумя алюминиевыми электродами находится токопроводящая жидкость, называемая электролитом. В результате электрохимической реакции оксидный слой (\ [Al_2O_3 \]) создается на одном из электродов (аноде), который служит диэлектриком в алюминиевом электролитическом конденсаторе.

Рисунок 1. Конструкция алюминиевого электролитического конденсатора. Изображение любезно предоставлено TDK.

Рисунок 2. Другой вид конструкции алюминиевого электролитического конденсатора. Изображение предоставлено TDK (PDF).

Электрические характеристики

Конструкция и материалы алюминиевых электролитических конденсаторов придают им уникальные электрические характеристики, что делает их идеальными для многих применений.

Характеристики	Описание
Большая емкость	Алюминиевые электролитические конденсаторы обладают большой емкостью на единицу объема при заданном номинальном напряжении.
Номинальное высокое напряжение	Алюминиевые электролитические конденсаторы могут использоваться в самых разных областях.
Накопитель энергии	Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют большую емкость и высокое напряжение, что означает возможность аккумулирования большой энергии.

Преимущества алюминиевых электролитических конденсаторов

Самым большим преимуществом алюминиевых электролитических конденсаторов является то, что электролитические элементы обладают высокой объемной эффективностью, то есть более высокой емкостью на единицу объема, чем любой обычно доступный конденсатор. Алюминиевые электролиты часто являются единственно возможным решением для определенных применений. При правильном выборе и проектировании в схему это преимущество может быть максимизировано.

Еще одним преимуществом алюминиевых электролитических конденсаторов является наличие высокого номинального напряжения.2 \]

Уравнение 1. Энергия, запасенная в конденсаторе (U = джоули, C = емкость, V = напряжение)

Энергия, запасенная в конденсаторе, увеличивается линейно с увеличением емкости и экспоненциально с увеличением напряжения.

Выбор конденсатора для силовых приложений

Понимание основ алюминиевых электролитов — первый шаг к выбору правильного электролита для силовой электроники. Вот ключевые особенности дизайна:

Номинальное напряжение / снижение

Номинальное напряжение конденсатора обеспечивает безопасный рабочий диапазон конденсатора.Работа в этих пределах предотвращает их повреждение и продлевает срок их службы. Алюминиевые электролитические конденсаторы обычно обеспечивают объемную емкость для шин напряжения питания.

Рисунок 3. Пример схемы преобразователя частоты. Изображение любезно предоставлено TDK.

Поскольку алюминиевые электролитические конденсаторы поляризованы, они используются только в приложениях с постоянным напряжением — после выпрямления постоянного тока в схеме примера.Конденсатор следует выбирать с учетом условий нагрузки приложения, т. Е. Рабочего напряжения, импульсных и переходных напряжений, тока пульсаций, температуры окружающей среды, условий охлаждения и ожидаемого срока службы. Не рекомендуется выбирать номинальное напряжение намного выше, чем требуется, поскольку более высокие значения напряжения обычно совпадают с более высоким ESR. В приложениях с высоким пульсационным током, подобных этому, более высокое ESR вызовет серьезные проблемы.

Сопротивление эквивалентной серии

Инженеры узнают об идеальных конденсаторах на раннем этапе своего образования, но реальные конденсаторы не идеальны.Реальные конденсаторы можно смоделировать как идеальный конденсатор с несколькими паразитными элементами вокруг него.

Рисунок 4. Эквивалентная схема реального конденсатора. Изображение любезно предоставлено TDK.

На этом изображении \ [C_S \] является идеальным емкостным компонентом эквивалентной последовательной схемы. Измеренная емкость будет зависеть как от температуры, так и от частоты сигнала, используемого для измерения. ESR — резистивный компонент эквивалентной последовательной цепи.ESR зависит как от частоты, так и от температуры и связан с коэффициентом рассеяния следующим уравнением: \ [ESR = tan \ delta / \ omega * C_S \], где tan δ — коэффициент рассеяния, а ω — применяемая частота. Наконец, ESL является индуктивным компонентом эквивалентной схемы и является результатом внутренней конструкции конденсатора и конфигурации его выводов или выводов.

Для источника питания наибольшее беспокойство вызывает эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Часть переменного тока тока, воспринимаемого конденсатором, или пульсирующий ток, вызывает рассеивание мощности за счет ESR в конденсаторе.Этот эффект зависит от частоты пульсаций тока. Чем выше ESR, тем больше мощности рассеивается внутри конденсатора, что означает повышенное тепловыделение и сокращение срока службы конденсатора. При указании конденсатора для конструкции источника питания не обязательно выбирать минимально возможное значение ESR, но рекомендуется выбирать номинальное значение ESR, которое работает с током пульсаций в конструкции.

Пульсация тока

Термин «пульсирующий ток» используется для обозначения среднеквадратичного значения переменного тока, протекающего через устройство в результате любого пульсирующего или пульсирующего напряжения.Потери мощности, возникающие из-за пульсаций тока, вызывают самонагревание конденсатора. Максимально допустимое значение пульсирующего тока зависит от температуры окружающей среды, ESR на частоте сигнала переменного тока, теплового сопротивления, которое в основном определяется площадью поверхности конденсатора (т. Е. Площадь рассеивания тепла), и применяемого охлаждения. . Кроме того, он ограничен возможностью пульсации контактных элементов по току.

Рисунок 5. Выпрямленное напряжение, сглаженное емкостью. Изображение любезно предоставлено Spinningspark [CC BY-SA 3.0].

Номинальный ток пульсаций (\ [I_ {AC, R} \]) обычно указывается для температуры верхней категории и опорной частоты.

Поскольку термическое напряжение имеет решающее влияние на ожидаемый срок службы конденсатора, тепло, выделяемое током пульсаций, является важным фактором, влияющим на срок службы. Эти тепловые соображения подразумевают, что при определенных обстоятельствах может потребоваться выбрать конденсатор с более высоким напряжением или номинальной емкостью, чем обычно требуется для соответствующего приложения.

Скачки, переходные процессы и обратные напряжения

Конденсаторы

чувствительны к переходным процессам, перенапряжениям и обратным напряжениям. Типичные алюминиевые электролитические конденсаторы могут выдерживать скачки напряжения на 10% выше их номинальных значений в течение коротких периодов времени. Некоторые типы конденсаторов могут выдерживать импульсы напряжения, превышающие импульсное напряжение. Поскольку требования в значительной степени различаются в зависимости от конкретного приложения, рекомендуется выбирать конструкцию конденсатора в соответствии со спецификациями приложения.Всегда рекомендуется, чтобы инженеры понимали возможные переходные процессы и перенапряжения в конденсаторах в их конструкциях.

Алюминиевые электролиты — это поляризованные конденсаторы, которые могут получить катастрофические повреждения из-за обратных напряжений. При необходимости следует предотвратить появление напряжений противоположной полярности, подключив диод. Обратное напряжение ≤1,5 В допустимо в течение менее одной секунды, что делает защиту диодов жизнеспособной. Алюминиевые электролиты не выдерживают обратного напряжения даже на уровне ≤1.5 В, непрерывная или повторяющаяся работа.

Охлаждение

Значения срока службы, указанные в наших технических паспортах, применимы к алюминиевым электролитическим конденсаторам с естественным охлаждением (т. Е. Тепло, выделяемое в обмотке, рассеивается через корпус). Можно увеличить допустимую пульсацию тока и / или продлить срок службы с помощью дополнительных мер охлаждения (например, радиатора или принудительной вентиляции).

Поскольку через основание корпуса рассеивается большое количество тепла, радиатор, подключенный к основанию конденсатора, обеспечивает наиболее эффективное охлаждение.TDK предлагает специально разработанные версии высоковольтных конденсаторов с винтовыми или защелкивающимися клеммами, которые могут быть установлены на радиаторе для обеспечения оптимального отвода тепла от зоны тепловыделения через основание корпуса радиатора.

Рисунок 6. Алюминиевый электролитический конденсатор с радиатором. Изображение любезно предоставлено TDK.

Требуемый срок службы

Последним ключевым моментом при проектировании является требуемый срок службы конденсатора при проектировании.Инженеру необходимо понимать все факторы, которые уже обсуждались, а также требования к сроку службы, чтобы знать, что их конструкция прослужит долго.

Существует множество факторов и нюансов, но инженерам не нужно становиться глубокими специалистами по алюминиевым электролитическим конденсаторам, чтобы иметь возможность использовать их должным образом. TDK предоставляет на своем веб-сайте веб-приложение AlCap Useful Life Calculation Tool, которое помогает инженерам рассчитывать срок службы их конденсаторов в конкретных проектных условиях.

Рис. 7. Инструмент расчета срока службы AlCap TDK.

Собираем все вместе: пошаговое руководство по выбору с использованием AlCap Useful Life Calculation Tool

Шаг 1: Определите требуемую емкость.

Шаг 2: Определите ожидаемую рабочую температуру окружающей среды.

Шаг 3: Определите рабочее напряжение постоянного тока, подаваемое на конденсатор.

Шаг 4: Ограничьте пространство, доступное для конденсатора (если доступное пространство вызывает беспокойство).

Шаг 5: Рассчитайте ожидаемый ток пульсаций на конденсаторе в соответствии с конструкцией.

Шаг 6: Выберите несколько возможных конденсаторов. Выберите минимум, необходимый для номинальной емкости, температуры и напряжения (шаги 1, 2 и 3).

Шаг 7: Рассчитайте ток пульсации для лучших кандидатов. Рассчитайте, используя ожидаемый ток пульсаций и ESR возможных конденсаторов.

Шаг 8: Определите требуемый срок службы конденсатора в соответствии с проектным приложением.

Шаг 9: Рассчитайте срок полезного использования лучших кандидатов. Используйте удобный онлайн-калькулятор TDK, который позволяет ввести 15 условий нагрузки, которые предоставят точную информацию о сроке службы.

Шаг 10: Определите, требуется ли для конденсатора радиатор, принудительное воздушное или естественное охлаждение, используя инструмент AlCap Useful Life Calculation для моделирования выходной мощности.

Шаг 11: Выбираем лучшего кандидата на дизайн.

Отраслевые статьи — это форма контента, позволяющая отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits, что не подходит для редакционного контента. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предложить читателям полезные новости, технические знания или истории. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, принадлежат партнеру, а не обязательно All About Circuits или ее авторам.

Выбор номинального напряжения конденсаторов

В целом, номинальное напряжение конденсатора составляет максимум, он может выдерживать и при этом оставаться в пределах спецификаций. Неполяризованные колпачки, как и керамические, могут принимать любое напряжение + — номинальное значение напряжения. Поляризованные колпачки, такие как электролитические и танталовые, могут принимать любое напряжение от 0 до заданного значения напряжения.

Тем не менее, с разными типами крышек происходят разные вещи, когда их напряжение приближается к максимальному. У электролитов срок службы сокращается.Теоретически у уважаемого производителя номинальный срок службы указан при максимальном напряжении и температуре, если не указано иное. Таким образом, можно сказать, что срок службы увеличивается, если вы эксплуатируете колпачок ниже его номинального максимального напряжения. Двумя основными факторами напряжения электролитических крышек являются напряжение и температура. Сильный ток также может повредить им, но это связано с нагревом, поэтому на самом деле это проблема температуры.

Керамика имеет разные свойства. Напряжение не сильно влияет на срок службы многослойных SMD-конденсаторов, если, конечно, вы не превышаете спецификации.Однако некоторые керамические изделия не накапливают заряд линейно в зависимости от приложенного электрического поля. Они удерживают меньше дополнительного заряда при одинаковом приращении напряжения при высоком напряжении, чем при низком. Это означает, что кажущаяся емкость уменьшается с увеличением напряжения. Дешевая керамика, особенно та, в названии которой есть буква «Y», и некоторые другие изделия демонстрируют этот эффект сильнее, чем другие. Если вы просто игнорируете цифровой чип, это не имеет большого значения. Однако, если колпачок используется в аналоговом фильтре, это, вероятно, имеет значение, и вы обычно хотите придерживаться керамики с буквой «X» в их названии и внимательно просматривать таблицу.

Также есть проблемы со слишком низким напряжением, особенно с электролитами. Они работают на тонком оксидном слое алюминия. Это может ухудшиться, если на нем нет заряда.

Итак, чтобы наконец дать вам конкретный ответ, если вы собираетесь использовать электролитические колпачки, постарайтесь установить их на 3/4 или 2/3 их номинального напряжения. Вполне нормально иметь периодические всплески до максимума, но никогда не превышайте его. Для них тоже нормально быть выключенными, но лучше, чтобы они годами не разряжались полностью.

Как выбрать подходящий конденсатор для стабилизации входного напряжения

Почему я не мог просто использовать для этой цели регулятор?

В основном потому, что каждая микросхема не может быть рядом с регулятором. Чем дальше ваш чип от регулятора, который его питает, тем больше сопротивление и индуктивность в соединении от регулятора к выводу Vcc (и от вывода заземления на обратном пути).

Если ток, потребляемый вашей микросхемой, изменится, это сопротивление и индуктивность приведут к изменению напряжения на выводе Vcc.

Понятия не имею, как выбрать подходящее значение емкости.

На это можно посмотреть двумя способами.

Когда ваша микросхема изменяет свой потребляемый ток, это di / dt будет создавать падение напряжения на индуктивности обратно к источнику напряжения. Вам нужен конденсатор, который может подавать (или поглощать) дельту тока до тех пор, пока ток от источника не сможет отреагировать.
К сожалению, выбор конденсатора таким образом требует знания двух вещей, о которых вы часто не знаете: какова будет величина di / dt, сгенерированная микросхемой (в некоторых случаях вы, возможно, действительно знаете), и какова индуктивность соединения с источник (его можно смоделировать с помощью хорошего инструмента проверки целостности питания, но это дорого).
Вы можете спроектировать свои байпасные конденсаторы так, чтобы они обеспечивали низкоомное соединение с землей на всех частотах, которые вас интересуют.
Конденсатор с низким номиналом будет иметь высокий импеданс на низких частотах, потому что \ $ Z = \ dfrac {1} {j \ omega {} C} \ $.
Высококачественный конденсатор потребует большего размера и будет иметь высокий импеданс на высоких частотах из-за его эквивалентной последовательной индуктивности (ESL), для которой \ $ Z = j \ omega {} L \ $.
Решение состоит в том, чтобы подключить несколько конденсаторов параллельно, чтобы охватить все частоты.Хороший поставщик конденсаторов предоставит характеристики ESL и ESR, чтобы вы могли смоделировать свою комбинацию конденсаторов и найти комбинацию, которая работает.

Мои исследования показывают, что мне нужен электролитический конденсатор для этого приложения

Обычно используется керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ на выводе Vcc каждой микросхемы и несколько крупных электролитов, распределенных по плате (не обязательно по одному на кристалл). Подходит ли это для вашего дизайна, неясно из того, чем вы поделились.

Как правило, высокие значения (в больших корпусах и часто электролитические) не обязательно должны быть так же близки к микросхеме, как конденсаторы малой стоимости (в небольших корпусах), потому что они полезны на более низких частотах, где индуктивность, отделяющая их от нагрузки ( чип) имеет меньший эффект. Возможно, один конденсатор емкостью 10 мкФ можно использовать между 4 или более нагрузками. А еще несколько конденсаторов емкостью 47 или 100 мкФ можно насыпать вокруг платы.

Как выбрать конденсаторы — правильный путь

А конденсатор везде.В источниках питания, светодиодном освещении, в коммерческой электронике, при обработке сигналов и т. Д. Вам понадобится конденсатор. Какова его конкретная роль в основном? Конденсатор выполняет несколько функций. Это устранит проблемы с шумом в цепи, работая как фильтр. Это основная часть в фильтрах нижних и верхних частот, полосовых, полосовых и т. Д. Также очень важно при выпрямлении получить постоянное постоянное напряжение. В источниках питания конденсатор действует как накопитель энергии. Много приложений для этой простой электронной части.Я больше не буду обсуждать здесь, из чего состоит конденсатор, а просто сосредоточусь на том, как выбрать конденсаторы.

Как выбрать конденсатор — важные факторы

При выборе конденсатора для вашей схемы необходимо учитывать важные параметры. Либо вы хотите перейти на микросхему, либо на сквозную. Либо пленка, либо электролитическая и тд. Давайте обсудим здесь все соображения.

1. Как выбрать конденсатор

Емкость

Емкость — это электрическое свойство конденсатора.Таким образом, это вопрос номер один при выборе конденсатора. Какая емкость вам нужна? Что ж, это зависит от вашего приложения. Если вы собираетесь фильтровать выходное выпрямленное напряжение, то вам наверняка понадобится большая емкость. Однако, если конденсатор предназначен только для фильтрации шума сигнала в цепи небольшого сигнала, тогда подойдет малая емкость от пико до нанофарад. Итак, знайте свое приложение.

Предположим, что приложение действительно предназначено для фильтрации выпрямленного напряжения, тогда вам понадобится большая емкость в сотни микрофарад.Вы можете использовать метод проб и ошибок, пока пульсации напряжения не будут соответствовать требованиям. Или вы можете провести расчеты для начала.

Для моста и двухполупериодного выпрямителя требуемую емкость можно вычислить, как показано ниже.

Cmin = ток нагрузки / (пульсация напряжения X частота)

Где;

Cmin — минимально необходимая емкость

Ток нагрузки — это просто нагрузка выпрямителя

Пульсации напряжения — колебания напряжения от пика до пика при измерении на выходе выпрямителя

Частота — для мостового и двухполупериодного выпрямителей это удвоенная частота сети.

Пример:

Схема ниже представляет собой мостовой выпрямитель с входным напряжением 120 В среднеквадратического значения при 60 Гц, током нагрузки 2 А и требованием пульсации напряжения 43 В от пика к пику. Мы оценим, какой должна быть минимальная емкость, необходимая для C1.

Схема мостового выпрямителя

Cmin = ток нагрузки / (пульсация напряжения X частота)

Cmin = 2A / (43 В X 2 X 60 Гц) = 387 мкФ

На основе моделирования, приведенного ниже, напряжение пульсаций от пика до пика при использовании 387 мкФ составляет 35.5В. Это близко к 43В. Поскольку результатом вычислений является минимальная емкость, при выборе более высокого значения емкости пульсации напряжения будут еще больше уменьшаться.

2. Допуск

— также фактор при выборе конденсатора

Помимо емкости, еще одна вещь, которую следует учитывать при выборе конденсаторов, — это допуск. Если ваше приложение очень критично, учитывайте очень маленький допуск. Конденсаторы имеют несколько вариантов допуска, например 5%, 10% и 20%.Это ваш призыв. В большинстве случаев более высокий допуск дешевле, чем деталь с более низким допуском. Вы всегда можете использовать деталь с допуском 20% и просто добавить больше полей в свой дизайн.

3. Как выбрать конденсатор

Номинальное напряжение

Конденсатор будет поврежден из-за напряжения. Таким образом, необходимо учитывать напряжение при выборе конденсатора. Вам необходимо знать уровень напряжения, на котором будет установлен конденсатор. Конденсатор в большинстве случаев устанавливается параллельно цепи, устройству или подсхеме.Хотя случаев для последовательной установки конденсатора немного. В своих конструкциях я не допускаю напряжения более 75% . Это означает, что если фактическое напряжение цепи составляет 10 В, минимальное напряжение конденсатора, которое я выберу, составляет 13,33 В (10 В / 0,75). Однако такого напряжения нет. Итак, я перейду на следующий более высокий уровень, то есть на 16 В. Можете ли вы использовать 20 В, 25 В или даже выше? Ответ положительный. Это зависит от вашего бюджета, потому что чем выше напряжение, тем дороже конденсатор. Это также будет зависеть от требований к физическому размеру.Физический размер конденсатора в большинстве случаев прямо пропорционален номинальному напряжению.

Например, в приведенном выше примере схемы максимальный уровень напряжения на конденсаторе — это пиковый уровень 120 В среднеквадратичного значения, который составляет около 170 В (1,41 X 120 В). Таким образом, номинальное напряжение конденсатора должно быть 226,67 В (170 / 0,75). И я выберу стандартное значение рядом с этим.

4. Выбор конденсатора

Номинальный ток — знайте пульсирующий ток

Если вы не любитель электроники и не работаете в поле какое-то время, возможно, вы не знакомы с термином пульсирующий ток.Это термин, обозначающий ток, который проходит через конденсатор. В идеальном случае нет тока, который будет течь к конденсатору, когда он установлен на линии постоянного напряжения. Однако, если фактическое напряжение на конденсаторе не является чистым постоянным током, например, есть небольшие колебания напряжения, это приведет к пульсации тока. Для схемы с низким энергопотреблением и колебаниями напряжения очень незначительно, вам не следует беспокоиться об этом номинальном токе пульсаций.

Однако для конденсаторов, устанавливаемых для фильтрации пульсирующего постоянного тока от выпрямителя, ток пульсаций имеет решающее значение.Чем выше нагрузка, тем выше ток пульсации. Итак, как выбрать конденсаторы для этого приложения? Для выпрямления в большинстве случаев требуется большая емкость, чтобы получить напряжение, близкое к прямолинейному. Таким образом, первый вариант — рассмотреть электролитический конденсатор. В некоторых приложениях, где пульсации тока очень высоки, электролитический конденсатор больше не будет работать, так как его пульсирующий ток меньше. В этом случае выбираются пленочные конденсаторы, так как они имеют очень высокий номинальный ток пульсации.Однако недостатком является то, что емкость ограничена несколькими микрофарадами, поэтому требуется большее их количество параллельно. Рассматривая приведенную ниже схему выпрямителя, конденсатор фильтра 330 мкФ и нагрузку 2 А от источника переменного тока 120 В среднеквадратического значения при 60 Гц. Это то же самое, что и приведенная выше схема, но перерисовано и смоделировано в LTspice. LTspice — это бесплатный инструмент для моделирования схем от Linear Technology. Если вы хотите узнать, как выполнять моделирование на LTspice, прочтите статью «Учебники по моделированию цепи LTSpice для начинающих».

Смоделированный пульсирующий ток равен 3,4592 A .

Полноволновой выпрямитель

Если вы не разбираетесь в моделировании, вы можете оценить фактический ток пульсаций, используя уравнение ниже.

Iripple = C X dV X Частота

Где;

Iripple — это фактическая пульсация тока, протекающего через конденсатор

С — емкость в цепи

dV — это изменение входного напряжения от нуля до пика

Частота — это частота переменного напряжения (не частота выпрямленного сигнала).

Сделаем расчет по вышеперечисленным данным:

Iripple = C X dV X Частота

Iripple = 330 мкФ X (170 В-0 В) X 60 Гц = 3.366A

Вычисленное значение очень близко к результату моделирования. Затем я буду рассматривать здесь максимальное напряжение тока 75%. Таким образом, выбранный конденсатор должен иметь номинальный ток пульсации не менее 4,5 A (3,366 A / 0,75).

5.

Учитывайте рабочую температуру при выборе конденсаторов

Также необходимо учитывать факторы окружающей среды при выборе конденсаторов. Если ваш продукт будет подвергаться воздействию температуры окружающей среды 100 ° C, не используйте конденсатор, рассчитанный только на 85 ° C.Аналогичным образом, если минимальная температура окружающей среды составляет -30 ° C, не используйте конденсатор, который может выдерживать только температуру -20 ° C.

Эта спецификация кажется очень простой. Однако, если конденсатор подвергается воздействию очень сильного пульсирующего тока, произойдет внутренний нагрев, и это приведет к повышению температуры выше температуры окружающей среды. Значит, нужен больший запас на рабочую температуру. Например, максимальная температура окружающей среды, в которой будет установлен продукт, составляет 60 ° C.Не выбирайте конденсатор, рассчитанный только на 60 ° C. Выберите, возможно, номинальную температуру 105 ° C. Это даст достаточный запас за счет внутреннего нагрева.

6. Выбор диэлектрического материала конденсатора

В микросхеме резистора вы встретите эту опцию при просмотре онлайн-магазинов, таких как Mouser и Digikey. Что означает этот параметр? Это диэлектрический материал, из которого изготовлен конденсатор. Я не могу подробно останавливаться на физике конструкции конденсатора, но в своих проектах я всегда использую диэлектрик X7R, NP0 или C0G.У них обычно более высокий температурный диапазон. Ниже приведены несколько примеров X7R, NP0 или C0G по сравнению с X5R.

X7R, NP0 / C0G диэлектрический материал X5R диэлектрический материал

7. Как выбрать конденсатор

— ожидаемый срок службы

Срок службы или ожидаемый срок службы конденсатора — это время, в течение которого конденсатор будет оставаться исправным в соответствии с конструкцией. Это очень важно для электролитических конденсаторов. Для керамических конденсаторов это не проблема, и, вероятно, не стоит на нее обращать внимание при выборе конденсаторов для цепей малых сигналов.Для него все еще есть предел жизни, но его более чем достаточно, чтобы выдержать весь жизненный цикл продукта. В отличие от электролитических конденсаторов, если они не будут должным образом оценены, они выйдут из строя до окончания жизненного цикла продукта, и этого не должно происходить. Пульсации тока сократят срок службы конденсатора. Так что лучше управляй им. В таблицах данных или у поставщиков есть справочные расчеты срока службы конденсаторов. Это простые уравнения, которые можно использовать при выборе конденсатора с учетом ожидаемого срока службы.Некоторые также предоставляют график для облегчения понимания. Ниже пример расчета и графика взяты из таблицы KEMET. KEMET — один из ведущих производителей конденсаторов.

Расчет ожидаемого срока службы конденсатора

8.

Физические размеры и тип установки являются факторами при выборе конденсатора

Последнее, о чем следует подумать, — это физические размеры, а также способ монтажа. Иногда выбор конденсатора продиктован доступным пространством.Чип-конденсаторы имеют небольшие размеры, но имеют ограниченное значение емкости. С другой стороны, электролитические конденсаторы имеют большую емкость, но они громоздкие. Вы собираетесь использовать поверхностное крепление или деталь со сквозным отверстием? Что ж, решать вам. Оцените свои требования к пространству, прежде чем уходить далеко от других параметров.

Образец технических характеристик конденсатора

Ниже приведены характеристики конденсаторов, которые я взял со страницы электроники Mouser. Он имеет емкость, напряжение, допуск, ток пульсации, рабочую температуру, физические размеры, ориентацию при установке и срок службы.Но учтите, что указанный срок службы — это просто базовый срок службы или это срок службы при максимально допустимой рабочей температуре.

Технические характеристики конденсатора

Связанные

Выбор пленочных или электролитических конденсаторов для цепей преобразования энергии

Благодаря низкому эквивалентному последовательному сопротивлению (ESR), обеспечивающему хорошую обработку пульсаций тока, а также высоким номинальным импульсным напряжениям и самовосстановлению, пленочные конденсаторы являются сильными кандидатами. для многих задач по кондиционированию энергии в ключевых приложениях, таких как электромобили, возобновляемые источники энергии и промышленные приводы.Они особенно подходят для сценариев, в которых не требуется задержка (или прохождение), например, в случае сбоя или между пиками пульсаций линейной частоты, а также там, где есть необходимость в передаче или приеме больших высокочастотных сигналов. пульсации тока с высокой надежностью и низкими потерями.

Пленочные конденсаторы

также отлично подходят для приложений, работающих при высоком напряжении на шине постоянного тока, чтобы минимизировать омические потери. Поскольку алюминиевые электролитические конденсаторы доступны только с номиналами до 550 В, приложения, работающие с более высокими напряжениями, требуют последовательного подключения нескольких устройств.Затем становится необходимым предотвратить дисбаланс напряжений, либо выбирая конденсаторы с согласованными значениями, что дорого и требует много времени, либо добавляя резисторы для выравнивания напряжения, которые приводят к дополнительным потерям энергии и стоимости спецификации.

С другой стороны, алюминиевый электролит остается сильным выбором, когда первоочередной задачей является чистая плотность накопления энергии (джоуль / см ³). Одним из примеров являются обычные автономные источники питания, в которых требуется экономичное накопление большого количества энергии для поддержания выходного напряжения постоянного тока в случае отключения электроэнергии без резервного питания от батареи.Подходящее снижение характеристик может снизить срок службы и проблемы надежности, часто связанные с алюминиевыми электролитами.

Тем не менее, верно, что алюминиево-электролитические конденсаторы могут выдерживать перенапряжения только около 20% до того, как произойдет повреждение, тогда как пленочные конденсаторы могут выдерживать воздействие напряжений, примерно в два раза превышающих их номинальные, в течение коротких периодов. Самовосстановление обеспечивает более безопасную реакцию на периодические стрессы, которые обычно встречаются в реальных приложениях.

Кроме того, пленочные конденсаторы могут обеспечить более простые варианты подключения и монтажа, они неполяризованы и, следовательно, невосприимчивы к ошибкам обратного подключения.Их часто упаковывают в изолированные, эффективные по объему прямоугольные «коробчатые» корпуса. Доступны различные типы электрических соединений, такие как винтовые клеммы, наконечники, «фастоны» или шины.

В таблице 1 сравниваются характеристики широко используемых типов пленочных конденсаторов. Типы полиэфиров используются при низких напряжениях, в то время как полипропилен обычно демонстрирует самые низкие потери и самую высокую надежность при нагрузках благодаря низкому коэффициенту рассеяния (DF) и высокому диэлектрическому пробою на единицу толщины.Пеленгатор также относительно стабилен при изменении температуры и частоты. Также доступен сегментированный высококристаллический металлизированный полипропилен, обладающий плотностью энергии, сравнимой с плотностью алюминиевых электролитов.

Таблица 1. Характеристики распространенных типов пленочных конденсаторов. (Источник: Википедия: пленочный конденсатор)

Выбор подходящего конденсатора

Анализ некоторых распространенных схем преобразования мощности может показать, как выбор конденсаторной технологии существенно влияет на размер, вес и стоимость в зависимости от того, нужна ли емкость для хранения энергии или для обработки пульсаций или шума.

Например, сравнение электролитических и пленочных конденсаторов, используемых в качестве объемной емкости для автономного преобразователя мощностью 1 кВт, наглядно демонстрирует различия между свойствами этих двух типов. Преобразователь, как показано на рис. , рис. 1 , оснащен входным каскадом с коррекцией коэффициента мощности и имеет номинальное напряжение на шине постоянного тока (Vn) 400 В.

1. Емкость в качестве накопителя энергии на случай отключения электроэнергии.

Предположим, что КПД составляет 90%, а напряжение отключения (Vd) 300 В, ниже которого регулирование выхода теряется.Если происходит сбой, конденсатор большой емкости C1 подает энергию для поддержания постоянной выходной мощности, когда напряжение на шине падает с 400 В до 300 В. Мы можем рассчитать значение C1, необходимое для прохождения 20 мсек до того, как напряжение упадет ниже 300 V:

Алюминиево-электролитический конденсатор емкостью 680 мкФ, 450 В из серии TDK-EPCOS B43508, в корпусе диаметром 35 мм × 55 мм, соответствует требованиям с общим объемом 53 см ³ (около трех кубических дюймов). Напротив, решение с использованием пленочных конденсаторов будет непрактично большим: может потребоваться параллельное подключение до 15 пленочных конденсаторов TDK-EPCOS B32678, в результате чего общий объем составит 1500 см ³ (91 кубический дюйм).

Выбор резко изменился бы, если бы конденсатор был нужен только для управления пульсациями напряжения в линии постоянного тока, например, в трансмиссии электромобилей. Напряжение на шине может быть 400 В, как и раньше, но питаться от аккумулятора, поэтому нет необходимости в прохождении через него. Было бы реалистично попытаться ограничить пульсации в пределах, скажем, 4 В (среднекв.), В то время как преобразователь, расположенный ниже по потоку, потребляет 80-А среднеквадратичного импульсного тока при частоте переключения 20 кГц. Требуемая емкость:

Электролитический конденсатор емкостью 180 мкФ, 450 В из серии TDK-EPCOS B43508 имеет номинальный ток пульсации около 3.5 А среднеквадратичное значение при 60 ° C, включая частотную коррекцию. Для обработки 80 А потребуется 23 конденсатора, подключенных параллельно, что дает ненужную большую емкость в 4140 мкФ и общий объем около 1200 см ³ (73 кубических дюйма). Это согласуется с эмпирическим правилом 20 мА / мкФ для номинальных значений пульсаций тока электролитических конденсаторов.

Используя пленочные конденсаторы серии TDK-EPCOS B32678, всего четыре параллельно подключенных устройства дают номинальный ток пульсации 132 А среднеквадратичного значения в объеме 402 см ³ (24,5 кубических дюйма).Более того, если ожидается, что температура окружающей среды останется ниже 70 ° C, можно выбрать конденсаторы в еще меньшем размере корпуса.

Есть и другие причины, по которым пленочные конденсаторы являются лучшим выбором. Чрезмерная емкость параллельных электролитов может вызвать такие проблемы, как управление энергией в пусковом токе. Кроме того, пленочные типы гораздо более устойчивы в случае переходных перенапряжений в цепи постоянного тока, которые часто встречаются в приложениях с малой тягой, таких как электромобили.

Аналогичный анализ может быть применим для таких приложений, как системы ИБП, кондиционирование энергии в ветровых или солнечных генераторах, инверторы, подключенные к общей сети, и сварочные аппараты.

Фильм как первый выбор

Относительная стоимость пленочных или электролитических конденсаторов может быть проанализирована с точки зрения накопления в больших объемах или с точки зрения устойчивости к колебаниям. Цифры, опубликованные в 2013 году, сравнивают типичные затраты на шину постоянного тока, питаемую от выпрямленного источника переменного тока 440 В (Таблица 2) .

Таблица 2.Сравнение стоимости пленочных и электролитических конденсаторов.

С учетом этого анализа пленочные конденсаторы являются отличным выбором для развязки, демпфирования переключателя и таких приложений фильтрации, как подавление электромагнитных помех или фильтрация на выходе инвертора.

Разделительный конденсатор, помещенный на шину постоянного тока инвертора или преобразователя, обеспечивает путь с низкой индуктивностью для циркуляции высокочастотных токов. Практическое правило — использовать около 1 мкФ на 100 А коммутируемого тока. Стоит отметить, что соединения с конденсатором должны быть как можно короче, чтобы избежать возникновения переходных напряжений.При большом токе и высокой частоте возможны изменения до 1000 А / мкс. Учитывая, что дорожки на печатной плате могут иметь индуктивность около 1 нГн / мм, каждый миллиметр может иметь переходное напряжение 1 В в соответствии с:

В схеме переключения-демпфирования конденсатор помещается последовательно с комбинацией резистор / диод и подключается к переключателю питания — обычно IGBT или MOSFET — для управления dV / dt (рис. 2) . Демпфер замедляет звон, контролирует электромагнитные помехи и предотвращает ложное включение / выключение.Демпферная емкость обычно выбирается примерно в два раза больше суммы выходной емкости переключателя и монтажной емкости. Затем выбирается значение сопротивления для критического гашения любого звона.

2. Переключатель демпфера IGBT или MOSFET.

Подавление электромагнитных помех

Пленочные конденсаторы

также идеально подходят в качестве конденсаторов X и Y для снижения дифференциального и синфазного шума, соответственно (рис. 3) , используя их возможности самовосстановления и переходных перенапряжений.Конденсаторы класса безопасности X1 (4 кВ) или X2 (2,5 кВ) подключаются к линиям электропередачи и обычно представляют собой полипропиленовые конденсаторы со значением емкости в микрофарадах, если это необходимо для соответствия применимым стандартам ЭМС.

3. Конденсаторы X и Y для подавления электромагнитных помех.

Конденсаторы

Y с низкой индуктивностью подключения подключаются в положениях «фаза-земля». На рис. 3 конденсаторы Y1 или Y2, рассчитанные на переходные процессы 8 кВ и 5 кВ, соответственно, подключены в положениях «линия-земля», как показано.Соображения, касающиеся тока утечки, ограничивают допустимую емкость. Хотя низкая индуктивность подключения пленочных конденсаторов помогает поддерживать высокий собственный резонанс, внешние подключения к системе заземления также должны быть короткими.

Фильтрация выхода инвертора

Неполяризованные пленочные конденсаторы в сочетании с последовательными катушками индуктивности, часто в одном модуле, создают фильтры нижних частот для ослабления высокочастотных гармоник на выходе переменного тока приводов и инверторов (рис.4) . Они все чаще используются для соответствия системным требованиям по ЭМС и снижения нагрузки на кабели и двигатели, связанной с dV / dt, особенно когда нагрузка находится далеко от приводного устройства.

4. Пленочные конденсаторы используются для фильтрации ЭМС моторных приводов.

Заключение

Знание относительной прочности электролитических и пленочных конденсаторов для приложений преобразования энергии может помочь разработчикам сделать правильный выбор для оптимального общего размера, веса и стоимости материалов.Их можно резюмировать следующим образом:

Конденсаторы электролитические:

Более высокая плотность накопленной энергии (джоуль / см ³)
Снижение затрат на объемную емкость для «прохода» напряжения на шине постоянного тока
Поддерживать номинальный ток пульсаций при более высоких температурах

Пленочные конденсаторы:

Более низкое СОЭ для превосходной обработки пульсаций
Более высокие значения импульсного напряжения
Самовосстановление повышает надежность и срок службы системы

Руди Рамос — менеджер проекта по маркетингу технического контента в Mouser Electronics.

Почему вам следует снизить стоимость конденсаторов — Новости

Почему номинальное напряжение на конденсаторах имеет значение и почему их следует снижать.

Добавлено в избранное Любимый 1

ReplaceMeOpen

ReplaceMeClose

Конденсаторы в изобилии

Конденсаторы — один из наиболее распространенных элементов в электронике, они бывают разных форм, размеров и значений.Есть также много разных методов изготовления конденсатора. В результате конденсаторы обладают широким спектром свойств, благодаря которым некоторые типы конденсаторов лучше подходят для конкретных ситуаций. Я хотел бы взять три наиболее распространенных конденсатора — керамический, электролитический и танталовый — и изучить их способность справляться с ситуациями обратного напряжения и перенапряжения. Примечание: при создании этого поста было повреждено несколько конденсаторов.

Конденсаторы керамические

Наиболее распространенным конденсатором является многослойный керамический конденсатор (MLCC).Они присутствуют почти в каждом элементе электроники, часто в небольших вариантах для поверхностного монтажа. Керамические конденсаторы производятся из чередующихся слоев металлической пасты и керамического порошка. Затем эти устройства обжигаются при температурах, превышающих 1200 ° C, в процессе, называемом спеканием, при котором керамический порошок плавится в твердое тело. Оба конца конденсаторов погружены в металл, чтобы соединить чередующиеся пластины и обеспечить поверхность для пайки.

Керамический конденсатор (Изображение адаптировано из: http: // en.wikipedia.org) Керамические конденсаторы

отлично подходят для широкого спектра применений, включая связь, развязку, фильтрацию, синхронизацию и т. Д. Поскольку они являются неполяризованными устройствами, их можно использовать в цепях переменного тока. Большинство керамических конденсаторов имеют довольно высокое номинальное напряжение. Если конденсатор испытывает напряжение между его выводами выше, чем его номинальное напряжение, диэлектрик может сломаться, и электроны потекут между тонкими металлическими слоями внутри конденсатора, создавая короткое замыкание. К счастью, большинство керамических конденсаторов построены с большим запасом прочности и не подвержены каким-либо катастрофическим сбоям (например, взрывам).Однако эмпирическое правило гласит, что вы должны снизить номинальные характеристики керамических конденсаторов на 50%, а это означает, что если вы ожидаете, что между выводами конденсатора будет максимум 5 В, тогда вам следует использовать конденсатор с номиналом 10 В или более.

Следует иметь в виду, что керамические конденсаторы теряют значение емкости, когда напряжение приближается к номинальному или превышает его. Вы можете увидеть, что конденсатор 10 мкФ, рассчитанный на 6,3 В, становится 2 мкФ, когда на клеммы подается 6 В!

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы также очень распространены и находятся в типичном корпусе «консервной банки».Эти конденсаторы состоят из пропитанного электролитом куска бумаги, зажатого между двумя кусками алюминиевой фольги. Один кусок фольги, анод, имеет покрытие из оксида алюминия. Это покрытие действует как диэлектрик между двумя электродами. Электролитическая бумага электропроводна, но обладает химическими свойствами, которые позволяют ей восстанавливать оксидный слой в случае его повреждения. Комбинация диэлектрика из оксида алюминия и электролитов обеспечивает очень высокие значения емкости в небольшом корпусе.Три слоя свернуты вместе и запечатаны в цилиндрическом алюминиевом корпусе.

Алюминиевый электролитический конденсатор (Изображение предоставлено http://en.wikipedia.org)

Слой оксида алюминия пропускает ток в одном направлении, что является проблемой для конденсаторов. В результате электролитические конденсаторы не могут использоваться для передачи сигналов переменного тока. Если конденсатор видит обратное напряжение или перенапряжение, слой оксида алюминия разрушается и между электродами возникает короткое замыкание.По мере прохождения тока через бумажную прокладку электролит нагревается, что часто приводит к утечке или взрыву конденсатора. Большинство современных электролитических конденсаторов имеют уплотнение на конце емкости, которое открывается для снятия давления в случае выхода из строя. Как только это произойдет, конденсатор больше не будет использоваться, но, как правило, он не откроется.

Конденсаторы танталовые

Танталовые конденсаторы — это особый тип электролитических конденсаторов. Чтобы сделать танталовый конденсатор, в процессе спекания порошкообразный тантал превращается в таблетку.Таблетку погружают в кислотный раствор и прикладывают постоянное напряжение, которое создает оксидный слой на всех частицах тантала. Этот оксидный слой в конечном итоге образует диэлектрик, разделяющий два электрода. Для твердотельных танталовых конденсаторов, используемых в демонстрации, на таблетку затем последовательно наносят покрытия из диоксида марганца, графита и серебра, чтобы сформировать катод конденсатора. Эта покрытая таблетка затем упаковывается в кожух с внешними выводами, прикрепленными к аноду и катоду.

Танталовый конденсатор (Изображение предоставлено: http://www.globalspec.com)

Подобно алюминиевым электролитическим конденсаторам, танталовые конденсаторы обладают огромной емкостью в очень маленьких корпусах. Однако они даже более восприимчивы к перенапряжению и обратному напряжению, чем их алюминиевые аналоги. При достаточном напряжении диэлектрик разрушается, и между анодом и катодом начинает течь ток. Ток может генерировать большое количество тепла, которое может запустить экзотермическую реакцию, в которой тантал и диоксид марганца действуют как термит.Да, этот конденсатор с достаточной энергией превращается в крошечную термитную гранату.

Пламени взрывающегося танталового конденсатора обычно достаточно, чтобы разрушить близлежащие схемы. Хуже всего то, что они часто терпят неудачу. Если вы используете танталовые конденсаторы для развязки источника питания и скачок напряжения вызывает танталовое «событие», тогда линии питания и заземления замыкаются вместе, что может привести к еще большему разрушению схемы. В большинстве публикаций рекомендуется снизить номинальные характеристики танталовых конденсаторов на 60–70%. Если вы должны их использовать, я бы предложил снизить рейтинг намного больше, например, на 33% (например.грамм. если вы подключаете танталовый конденсатор к линии 5 В, используйте один рассчитанный на 15 В или более). По моему скромному мнению, вам следует избегать использования танталовых конденсаторов.

Комплект конденсаторов SparkFun

В наличии КОМПЛЕКТ-13698

Это комплект, который предоставляет вам базовый ассортимент конденсаторов, чтобы начать или продолжить возиться с электроникой.Нет мес…

Практическое правило снижения рейтинга

Хотя люди могут спорить о том, что допустимо для снижения номинальных характеристик конденсаторов, я бы предложил использовать конденсаторы, номинальное напряжение которых как минимум в 2-3 раза выше ожидаемого напряжения . Например, если вы планируете развязать линию питания 5 В, используйте конденсатор с номинальным напряжением 10 В или выше.Я рекомендую более 3х для тантала (а еще лучше не использовать танталовые конденсаторы вообще). В общем, плохой день, если вы видите это:

Руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC | Руководство по решению

Руководства по решениям

Руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC Обзор

В электронных устройствах используются несколько конденсаторов. Алюминиевые и танталовые электролитические конденсаторы используются в приложениях, где требуется большая емкость, но миниатюризировать и уменьшить профиль этих продуктов сложно, и они имеют значительные проблемы с самонагревом из-за пульсаций токов.

Однако, благодаря достижениям в области большой емкости MLCC в последние годы, стало возможным заменить различные типы конденсаторов, используемые в цепях питания, на MLCC.

Переход на MLCC обеспечивает различные преимущества, такие как небольшой размер благодаря миниатюрному и низкопрофильному форм-фактору, контроль пульсации, повышенная надежность и длительный срок службы. Однако функция MLCC с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением) может иметь неблагоприятные последствия, которые могут привести к аномальным колебаниям и антирезонансу, поэтому требуется осторожность.

Руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC

Краткое руководство по замене электролитических конденсаторов на MLCC

Почему электролитические конденсаторы сейчас заменяются на MLCC?

Замена электролитического конденсатора возможна сегодня из-за большой емкости в MLCC

Рисунок 1: Полоса частот, используемая различными конденсаторами, и диапазон емкости

Наряду с растущей высокой степенью интеграции основных компонентов LSI и IC в электронных устройствах, наблюдается тенденция к низкому напряжению в источниках питания, которые питают эти компоненты.Кроме того, потребление энергии также увеличилось с развитием многофункциональности, и тенденция к использованию сильноточного тока сохраняется. Чтобы поддержать тенденцию к низкому напряжению и сильному току, источники питания электронных устройств перешли с преобразователей промежуточной шины на распределенные системы питания, в которых несколько миниатюрных преобразователей постоянного тока в постоянный (преобразователи POL) размещаются рядом с нагрузками LSI и IC.

В преобразователе POL несколько конденсаторов подключены снаружи.Раньше алюминиевые и танталовые конденсаторы использовались, в частности, из-за необходимости большой емкости выходных сглаживающих конденсаторов.
Однако, трудность миниатюризации этих электролитических конденсаторов является препятствием для уменьшения площади схемы. Кроме того, они обладают значительными проблемами с самонагревом из-за пульсаций тока.

MLCC, используемые во многих электронных устройствах, представляют собой конденсаторы с превосходными характеристиками, но их емкость сравнительно мала, и они используются в основном в фильтрах и высокочастотных цепях.Однако в с достижениями в технологии утонения и многослойности диэлектрических материалов MLCC в последние годы были разработаны MLCC с большой емкостью от нескольких десятков до более 100 мкФ, что позволяет заменять электролитические конденсаторы.

Меры предосторожности при использовании различных конденсаторов

Основные характеристики и меры предосторожности при использовании MLCC, алюминиевых электролитических конденсаторов и танталовых электролитических конденсаторов указаны ниже.Важно понимать эти меры предосторожности при использовании, а также достоинства и недостатки этих конденсаторов при их замене на MLCC.
Хотя MLCC большой емкости позволяют заменять электролитические конденсаторы, важно отметить их недостаток, который заключается в большой скорости изменения емкости из-за температуры и смещения постоянного тока. Кроме того, слишком низкое значение ESR имеет неблагоприятные последствия и может привести к аномальным колебаниям в цепях питания.
»Вопрос: почему возникают аномальные колебания, когда MLCC используется в качестве выходного конденсатора для преобразователя постоянного тока в постоянный?
»Вопрос: какая фазовая компенсация используется для предотвращения аномальных колебаний?

	MLCC	Конденсатор электролитический танталовый	Алюминиевый электролитический конденсатор
Основные характеристики	Миниатюрный, низкопрофильный Высокая надежность, длительный срок службы Low ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) Без полярности	Большая емкость Превосходные характеристики смещения постоянного тока	Большая емкость Недорого
Меры предосторожности при использовании	Большое изменение емкости из-за температуры и смещения постоянного тока (приложен постоянный ток) Низкое ESR является преимуществом, но также может вызывать аномальные колебания в цепях питания.	Сравнительно высокое ESR, значительное самонагревание из-за пульсаций тока Низкое номинальное напряжение	Большой форм-фактор Короткий срок службы в высокотемпературных средах Высокое ESR, значительное самонагревание из-за пульсаций тока

Электролитические конденсаторы большой емкости, которые имеют тенденцию к короткому сроку службы из-за значительного самонагрева

Рисунок 2: Сравнительный пример самонагрева конденсатора из-за пульсаций
токов (частота: 100 кГц)

ESR конденсатора изменяется в зависимости от частоты.
Если ESR конденсатора настроен на определенную частоту как «R», а ток пульсации установлен как «I», «RI ²» становится тепловыми потерями мощности, и конденсатор самонагревается.

В то время как большая емкость достигается с помощью электролитического конденсатора, из-за пульсаций тока и высокого ESR , что является слабым местом электролитических конденсаторов, выделяется значительное количество тепла.

Верхний предел тока пульсаций, который допускает конденсатор, называется «допустимым током пульсаций».Срок службы конденсатора уменьшится, когда использование превысит допустимый пульсирующий ток.

Примечание: ESR и токи пульсации

Рисунок 3: ESR (эквивалентное последовательное сопротивление)

Идеальный конденсатор должен обладать только емкостными свойствами, но на самом деле он также содержит компоненты резистора и индуктивности из-за электродов. Компонент резистора, не показанный в идеальном конденсаторе, называется «ESR (эквивалентное последовательное сопротивление)», а компонент индуктивности называется «ESL (эквивалентная последовательная индуктивность)».

Рисунок 4: Пульсации токов

DC (постоянный ток) — это когда ток течет в одном направлении, но в источниках питания постоянного тока в дополнение к постоянному току есть различные наложенные друг на друга компоненты переменного тока, которые добавляют к току пульсации. Например, постоянный ток, возникающий в результате выпрямления (двухполупериодного выпрямления) промышленного переменного тока, содержит пульсирующие токи пульсации с удвоенной продолжительностью цикла промышленного переменного тока.Кроме того, пульсирующий ток цикла переключения в импульсном преобразователе постоянного тока накладывается на напряжение постоянного тока. Это называется «пульсирующий ток».

Алюминиевые конденсаторы имеют срок службы 10 лет

Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются в электронных устройствах, поскольку они обладают высокой емкостью и недороги, но необходимо соблюдать осторожность из-за их ограниченного срока службы. Типичный срок службы алюминиевого электролитического конденсатора составляет десять лет. Это связано с тем, что емкость уменьшается по мере высыхания раствора электролита (потеря емкости).

Количество потерянного раствора электролита зависит от температуры и точно соответствует «уравнению Аррениуса» кинетики химической реакции. Если температура использования увеличится на 10 ° C, срок службы сократится вдвое. Если температура использования снизится на 10 ° C, то срок службы будет удвоен, поэтому это также называется правилом «10 ° C двойного». По этой причине срок службы сокращается еще больше при использовании в условиях значительного самонагрева из-за пульсаций тока.

Высыхание раствора электролита также увеличивает СОЭ. Следует отметить, что пиковое значение пульсационного напряжения не превышает номинальное напряжение (выдерживаемое напряжение), когда пульсирующее напряжение накладывается на напряжение постоянного тока. Конденсатор, используемый в цепи питания, имеет номинальное напряжение, в три раза превышающее входное напряжение.

Рисунок 5: Диапазон номинальных напряжений различных конденсаторов

Рисунок 6: Сравнение срока службы

Пример замены MLCC: понижающий преобразователь постоянного тока

Замена выходного конденсатора в понижающем преобразователе постоянного тока

Тепловыделение конденсатора из-за ESR и пульсаций тока является преобладающей проблемой в выходных конденсаторах цепей питания.
На рисунке 7 показана принципиальная схема миниатюрного понижающего преобразователя постоянного тока в постоянный, который используется в качестве преобразователя POL во многих электронных устройствах.

Выходной конденсатор этого типа является основной целью замены электролитических конденсаторов на MLCC в преобразователях постоянного тока в качестве решения проблемы самонагрева, уменьшения занимаемого пространства и повышения надежности.

Рисунок 7: Принципиальная схема преобразователя POL
(понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный)

Примечание: Принципиальная схема преобразователя POL (понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный)

На рисунке 8 показана принципиальная схема миниатюрного понижающего преобразователя постоянного тока в постоянный, который используется в качестве преобразователя POL во многих электронных устройствах.
Основная схема преобразователя выполнена в виде ИС, а конденсатор и катушка индуктивности прикреплены снаружи к печатной плате (также существуют изделия с внутренним присоединением).
Конденсатор, который идет перед ИС, называется «входным конденсатором (Cin)», а тот, который идет после, — «выходным конденсатором (Cout)». Помимо сбора электрического заряда и сглаживания выходного напряжения, выходной конденсатор в преобразователе постоянного тока играет роль заземления и устранения составляющей пульсаций переменного тока.

Сравнение характеристик выходного конденсатора понижающего преобразователя постоянного тока в постоянный

Выходные напряжения выходных конденсаторов понижающего преобразователя постоянного тока сравнивались с использованием оценочной платы следующего типа. Сравниваемые конденсаторы представляли собой типичный алюминиевый электролитический конденсатор, танталовый электролитический конденсатор, функциональный полимерный алюминиевый электролитический конденсатор и MLCC с емкостью 22 мкФ.

Рисунок 8: Сравнительная проверка выходного напряжения различных электролитических конденсаторов с MLCC (продукты 22 мкФ)

MLCC имеет небольшие токи пульсаций и небольшое самонагревание из-за низкого ESR

На основе ранее указанных условий было проведено сравнение выходного тока и выходного напряжения типичного алюминиевого электролитического конденсатора, танталового электролитического конденсатора, функционального полимерного алюминиевого электролитического конденсатора и MLCC с емкостью 22 мкФ.
ESR в порядке убывания размера: типичный алюминиевый электролитический конденсатор> танталовый электролитический конденсатор> функциональный полимерный алюминиевый электролитический конденсатор> MLCC. Пульсации напряжения, вызывающие самонагрев, следует по аналогичной схеме. Функциональный полимерный алюминиевый электролитический конденсатор использует проводящий полимер в качестве электролита и является типом, разработанным для низкого ESR. По сравнению с обычным алюминиевым электролитическим конденсатором пульсации напряжения значительно меньше, но форм-фактор немного больше, а цена высокая.

Рисунок 9: Результаты тестирования выходных характеристик (продукты 22 мкФ) различных типов электролитических конденсаторов с MLCC (характеристика B)

Частотно-импедансные характеристики и частотные характеристики ESR для каждого из них следующие.

Рисунок 10: Частотно-импедансные характеристики и частотные характеристики ESR для различных конденсаторов

По мере того, как ESR конденсатора становится ниже, пульсации напряжения можно поддерживать на меньшем уровне. Как показано на графике ниже, ESR MLCC составляет около нескольких ммОм, что очень мало.По этой причине MLCC демонстрирует оптимальную производительность в качестве замены электролитического конденсатора.

Рисунок 11: Зависимость между ESR и пульсациями напряжения (частота переключения 340 кГц)

Достоинства замены электролитического конденсатора в преобразователе постоянного тока в постоянный ток на MLCC

Замена электролитического конденсатора на MLCC дает различные преимущества, такие как контроль пульсаций, а также уменьшение площади печатной платы за счет миниатюрного и низкопрофильного форм-фактора, длительного срока службы и повышения надежности.

Контроль пульсации, высокая надежность, длительный срок службы

Самонагрев из-за токов пульсаций в конденсаторах с высоким ESR сокращает срок службы конденсатора.
ESR MLCC ниже, чем у электролитического конденсатора, на двузначные числа, а большой срок службы повышает надежность.

Рисунок 12: Контроль пульсации

Миниатюризация

Переход на миниатюрные низкопрофильные MLCC позволяет уменьшить пространство на печатной плате.

Рисунок 13: Переход с алюминиевого электролитического конденсатора на MLCC

Вопрос: можно ли контролировать пульсации напряжения, увеличивая емкость электролитического конденсатора?

ESR электролитического конденсатора немного уменьшается при увеличении емкости. Однако контролировать пульсации за счет увеличения емкости принципиально сложно. Это связано с тем, что постоянная времени увеличивается вместе с увеличением емкости.
Скорость реакции на переходное явление, такое как процесс зарядки и разрядки конденсатора, может быть выражена как индекс постоянной времени, называемый (T). В RC-цепи, состоящей из сопротивления (R) и конденсатора (C), постоянная времени становится T = RC (R выражается в омах [Ω], емкость C выражается в фарадах [F]). Время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора, невелико, когда постоянная времени мала, и становится больше, когда постоянная времени увеличивается.
Постоянная времени становится чрезвычайно большой при использовании электролитического конденсатора с чрезмерно большой емкостью. В преобразователе постоянного тока с многократным коротким переключением разряд не завершается в течение времени выключения, и в электролитическом конденсаторе остается заряд. В результате напряжение не снижается в достаточной степени, в форме сигнала напряжения возникают искажения, а выходной сигнал становится нестабильным, что не позволяет эффективно управлять пульсациями (рисунок 14).

Рисунок 14: Искажения формы волны алюминиевого электролитического конденсатора большой емкости

С другой стороны, у MLCC

нет такой проблемы из-за низкого ESR в широкой полосе частот, что позволяет лучше контролировать пульсации вместо электролитического конденсатора.

Рисунок 15: Импеданс и ESR электролитического конденсатора
и MLCC

Вопрос-замечание: Почему возникают аномальные колебания, когда MLCC используется в качестве выходного конденсатора в преобразователе постоянного тока в постоянный?

Низкое ESR является особенностью MLCC, но оно настолько ниже по сравнению с алюминиевым электролитическим конденсатором, что, наоборот, выходное напряжение преобразователя постоянного тока становится нестабильным и вызывает колебания.
Как показано на рисунке справа, преобразователь постоянного тока сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением, увеличивает величину ошибки с помощью усилителя ошибки (усилителя ошибки) и выполняет отрицательную обратную связь для достижения постоянного и стабильного напряжения постоянного тока. . Однако отставание фазы сигнала происходит из-за индуктивности (L) и конденсатора (C) схемы сглаживания. Когда фазовая задержка приближается к 180 °, создается состояние положительной обратной связи, в результате чего она становится нестабильной и колеблется.

Рисунок 16. Цепь отрицательной обратной связи в преобразователе постоянного тока

Вопрос: какая фазовая компенсация используется для предотвращения аномальных колебаний?

Существует схема платы, используемая в качестве диаграммы, чтобы определить, будет ли отрицательная обратная связь работать стабильно.Горизонтальная ось графика — частота, а вертикальная ось — усиление и фаза.
Когда фазовая задержка из-за индуктивности (L) и конденсатора (C) приближается к 180 °, возникает положительная обратная связь, и выход становится нестабильным. Однако установка усиления на 1 или меньше (0 дБ или меньше), даже когда фазовая задержка составляет 180 °, сводит сигнал и может предотвратить колебания.
Подключите конденсатор и резистор рядом с усилителем ошибки, чтобы уменьшить фазовое отставание, и отрегулируйте, чтобы устранить его. Это называется «фазовой компенсацией».Предыдущие разработки, в которых использовался алюминиевый электролитический конденсатор с высоким ESR в качестве выходного конденсатора, не имели этой проблемы. Однако у MLCC недостаточная компенсация, что вызывает аномальные колебания, поэтому при замене конденсаторов необходимо соблюдать осторожность.

Рисунок 17: Схема платы (усиление и фазо-частотные характеристики)

Рисунок 18: Схема фазовой компенсации

Пример замены MLCC: разделительный конденсатор (байпасный конденсатор)

Замена разделительного конденсатора (байпасного конденсатора)

Ранее электролитические конденсаторы и MLCC подключались параллельно для развязки в аналоговой цепи, но с производством MLCC большой емкости происходит замена электролитических конденсаторов на MLCC.

В частности, большая емкость требуется для уменьшения импеданса из-за большого ESR в алюминиевом электролитическом конденсаторе. Однако MLCC не требует такой же емкости, как алюминиевый электролитический конденсатор, потому что низкий ESR является особенностью MLCC. Миниатюризация и низкий профиль MLCC также позволяют сократить пространство на печатной плате, а длительный срок службы и превосходная надежность также являются преимуществами замены.

Рисунок 19: Преобразователь POL (понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный)
, основная цепь

Примечание: развязывающий конденсатор

Когда конденсатор подключен параллельно линии питания ИС, в линии питания возникает сопротивление, которое не показано на принципиальной схеме, что может изменить напряжение источника питания и вызвать неисправность или интерференцию между цепями. .

Конденсатор подключается параллельно для управления колебаниями напряжения при зарядке и разрядке. Кроме того, поскольку конденсатор пропускает переменный ток, он устраняет или направляет пульсирующий шум на землю. Это называется «развязывающим конденсатором» (также называемым «шунтирующим конденсатором»).

Рисунок 20. Роль развязывающего конденсатора

Для использования с развязкой идеальный конденсатор должен иметь низкий импеданс в широком диапазоне частот от низкого до высокого, но в действительности частотно-импедансные характеристики конденсатора имеют V-образную кривую.

Частота на впадине V-образной формы называется «саморезонирующей частотой» (SRF), и она действует как конденсатор в области ниже SRF. По этой причине конденсаторы с различными характеристиками обычно подключаются параллельно, чтобы перекрыть широкий диапазон частот в приложениях развязки.

Рисунок 21: Роль развязывающего конденсатора

Преимущества замены электролитического конденсатора на MLCC в преобразователе постоянного тока

Вопрос-замечание: Какое антирезонансное явление возникает, когда MLCC используется в качестве развязывающего конденсатора?

Низкое ESR — это особенность MLCC, но это может иметь неблагоприятные последствия даже в приложениях с развязкой.Например, несколько MLCC подключены параллельно для развязки в ИС, работающей с большим током и низким напряжением. Конденсатор функционирует как конденсатор ниже полосы частот SRF (саморезонирующая частота) и как индуктор над SRF.

По этой причине, когда SRF двух MLCC близки друг к другу, между SRF индуктором и конденсатором создается параллельный резонансный контур LC, и они легко колеблются. Это явление называется «антирезонансным».Антирезонанс создает интенсивные пики импеданса, которые ослабляют эффект удаления шума на этой частоте. Это может стать причиной нестабильности напряжения источника питания и неисправности цепи.

Рисунок 22: Параллельные соединения MLCC для развязки и антирезонансная проблема

Руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC

В этом разделе объясняется, как выбрать оптимальный MLCC для предполагаемого применения при замене электролитического конденсатора на MLCC.Пожалуйста, используйте его, чтобы повысить надежность ваших продуктов.

Меры предосторожности при выборе конденсаторов на основе характеристик

Внимание! Емкость материалов с высокой диэлектрической проницаемостью будет изменяться в зависимости от приложенного напряжения.

MLCC — лучший конденсатор, но у него есть и недостатки. Емкость MLCC изменяется в зависимости от приложенного напряжения. Это называется «характеристикой смещения постоянного тока» при приложении постоянного напряжения. Изменения емкости (зависящие от смещения постоянного тока) редко наблюдаются при MLCC с низкой диэлектрической проницаемостью (тип 1), но появляются при MLCC с высокой диэлектрической проницаемостью (тип 2).

Это вызвано внутренней поляризацией сегнетоэлектрика (BaTiO3 и т. Д.), Используемого в материале с высокой диэлектрической проницаемостью. По этой причине , пожалуйста, учитывайте диэлектрические характеристики, используемое напряжение и выдерживаемое напряжение при выборе, если он будет использоваться при подаче напряжения постоянного тока. Также существует тенденция к значительному уменьшению емкости в конденсаторах миниатюрных размеров. При выборе емкости необходимо также учитывать характеристики смещения постоянного тока.

Рисунок 23: Скорость изменения емкости
— Пример характеристики смещения постоянного тока (высокая диэлектрическая проницаемость)

Рисунок 24: Влияние характеристики смещения постоянного тока (сравнение эффективной емкости при подаче напряжения 3,3 В)

Оптимальная линейка MLCC для замены электролитических конденсаторов

Щелкнув по различным параметрам ниже существующего заменяющего конденсатора, вы увидите рекомендуемый продукт MLCC.
* Обратите внимание, что представленная здесь информация не гарантирует совместимость продукта.
* Пожалуйста, примите решение после тщательного тестирования совместимости продукта.

Как выбрать оптимальный MLCC для замены электролитического конденсатора (PDF)

Вы можете просмотреть рекомендованные продукты на замену, просто щелкнув.

TDK предлагает обширную линейку MLCC для достижения успеха в замене алюминиевых и танталовых электролитических конденсаторов. Пожалуйста, выберите правильный MLCC для вашего приложения, чтобы повысить надежность ваших продуктов.

Краткое руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC

В последние годы производство MLCC с высокой емкостью от нескольких десятков до более 100 мкФ сделало возможным замену танталовых и алюминиевых электролитических конденсаторов.
Переход на MLCC в широком диапазоне потребительских и промышленных устройств развивается благодаря их высокому номинальному напряжению, превосходному контролю пульсаций, длительному сроку службы и высокой надежности.

* Слабым местом MLCC с высокой диэлектрической проницаемостью является уменьшение емкости из-за температуры или приложения постоянного напряжения (температурная характеристика, характеристика смещения постоянного тока).Кроме того, функция чрезвычайно низкого ESR может вызвать аномальные колебания и возникновение антирезонанса, поэтому при замене конденсаторов необходимо соблюдать осторожность.

* Пожалуйста, выберите правильный MLCC для вашего приложения, чтобы повысить надежность ваших продуктов.

Поддержка продукта

Инструменты технической поддержки

TDK бесплатно предоставляет следующие инструменты поддержки дизайна на нашем веб-сайте. Пожалуйста, используйте их для проектирования схем и мер противодействия ЭМС.

■ TVCL: модели электронных компонентов для симуляторов схем

Это имитационные модели для воспроизведения характеристик электронных компонентов TDK в симуляторах. Предлагаются S-параметр, модель эквивалентной схемы, SPICE-модель, а также библиотеки для различных симуляторов. Мы рекомендуем модель смещения постоянного тока, которая учитывает частоту и характеристики смещения постоянного тока, для проектирования схемы источника питания.

Разное