nûçe

Capacitors yek ji wan hêmanên ku herî gelemperî li ser panelên dor têne bikar anîn in. Her ku hejmara cîhazên elektronîkî (ji têlefonên desta bigire heya otomobîlan) her ku diçe zêde dibe, daxwaziya kondensatoran jî zêde dibe. Pandemiya Covid 19 zincîra peydakirina hêmanên gerdûnî ji nîvconduktoran berbi pêkhateyên pasîf qut kiriye, û kapasitor kêm peyda bûne1.
Nîqaşên li ser mijara kapasîtoran bi hêsanî dikare bibe pirtûk an ferhengek. Yekem, cûreyên cûda yên kondensatoran hene, wekî kondensatorên elektrolîtîkî, kondensatorên fîlimê, kondensatorên seramîk û hwd. Dûv re, di heman celebê de, materyalên dîelektrîkî yên cûda hene. Dersên cuda jî hene. Ji bo avahiya fîzîkî, celebên kondensatorên du-termînal û sê-termînal hene. Di heman demê de kondensatorek celebek X2Y jî heye, ku di bingeh de cotek kondensatorên Y-yê ye ku di yek de vegirtî ye. Çi li ser supercapacitors? Rastî ev e, heke hûn rûnin û dest bi xwendina rêberên bijartina kapasîtorê ji hilberînerên mezin bikin, hûn dikarin rojê bi hêsanî derbas bikin!
Ji ber ku ev gotar di derbarê bingehîn de ye, ez ê wekî gelemperî rêbazek cûda bikar bînim. Wekî ku berê hate behs kirin, rêberên bijartina kondensatorê bi hêsanî li ser malperên dabînkerê 3 û 4 têne dîtin, û endezyarên zeviyê bi gelemperî dikarin bersiva pir pirsan di derheqê kapasîteyê de bidin. Di vê gotarê de, ez ê tiştên ku hûn dikarin li ser Înternetê bibînin dubare nekin, lê ez ê destnîşan bikim ka meriv çawa kapasatoran bi nimûneyên pratîkî hilbijêrin û bikar bînin. Hin aliyên kêm-naskirî yên bijartina kapasîteyê, wekî hilweşandina kapasîteyê, dê jî werin vegirtin. Piştî xwendina vê gotarê, divê hûn têgihîştinek baş a karanîna kondensatoran hebe.
Sal berê, dema ku ez di pargîdaniyek ku amûrên elektronîkî çêdike de dixebitim, me pirsek hevpeyvînek ji endezyarek elektronîkî ya hêzê re hebû. Li ser nexşeya şematîkî ya hilbera heyî, em ê ji berendamên potansiyel bipirsin "Fonksiyona kapasîteya elektrolîtîk a girêdana DC çi ye?" û "Fonksiyona kondensatorê seramîk ku li kêleka çîpê ye çi ye?" Em hêvî dikin ku bersiva rast kondensatorê otobusê DC ye ku ji bo hilanîna enerjiyê tê bikar anîn, kapasîteyên seramîk ji bo fîlterkirinê têne bikar anîn.
Bersiva "rast" ya ku em lê digerin bi rastî destnîşan dike ku her kesê tîmê sêwiranê ji perspektîfek dorhêla hêsan li kapacitoran dinêre, ne ji perspektîfek teoriya zeviyê. Nêrîna teoriya dewreyê ne xelet e. Di frekansên nizm de (ji çend kHz heya çend MHz), teoriya dewreyê bi gelemperî dikare pirsgirêkê baş rave bike. Ev e ji ber ku di frekansên jêrîn de, îşaret bi piranî di moda cûda de ye. Bi karanîna teoriya dorhêlê, em dikarin kapasîtorê ku di xêza 1-ê de tê xuyang kirin bibînin, ku li wir berxwedana rêzê ya hevwate (ESR) û înduktoriya rêzê ya hevwate (ESL) impedansê ya kondensatorê bi frekansê re diguhezîne.
Dema ku çerx hêdî hêdî tê guheztin ev model performansa dorpêçê bi tevahî rave dike. Lêbelê, her ku frekansa zêde dibe, tişt her ku diçe tevlihevtir dibin. Di hin xalan de, hêman dest pê dike ku ne-xêzikî nîşan bide. Dema ku frekansa zêde dibe, modela LCR ya hêsan sînorên wê hene.
Îro, ger heman pirsa hevpeyvînê ji min were pirsîn, ez ê şûşeyên çavdêriya teoriya zeviyê li xwe bikim û bibêjim ku her du celebên kondensator amûrên hilanîna enerjiyê ne. Cûdahî ev e ku kondensatorên elektrolîtîk dikarin ji kondensatorên seramîk bêtir enerjiyê hilînin. Lê di warê veguheztina enerjiyê de, kondensatorên seramîk dikarin enerjiyê zûtir veguhezînin. Ev rave dike ka çima pêdivî ye ku kondensatorên seramîk li tenişta çîpê bêne danîn, ji ber ku çîp li gorî çerxa hêza sereke xwedî frekansa veguheztinê û leza veguheztinê ye.
Ji vê perspektîfê, em dikarin bi tenê du standardên performansê ji bo kapasatoran diyar bikin. Yek ew e ku kapasitor çiqas enerjiyê dikare hilîne, ya din jî ev enerjî çiqas zû dikare were veguheztin. Her du jî bi rêbaza çêkirina kondensatorê, materyalê dielektrîkê, girêdana bi kapasîtor û hwd ve girêdayî ne.
Dema ku guhêrbar di çerçoveyê de girtî ye (binihêre Figure 2), ew destnîşan dike ku bar ji çavkaniya hêzê re enerjiyê hewce dike. Leza ku bi vê veguheztinê re tê girtin, lezgîniya daxwaza enerjiyê diyar dike. Ji ber ku enerjî bi leza ronahiyê dimeşe (nîv leza ronahiyê di materyalên FR4 de), ji bo veguheztina enerjiyê wext lazim e. Digel vê yekê, di navbera çavkanî û xeta veguheztinê û barkirinê de nerazîbûnek impedansê heye. Ev tê vê wateyê ku enerjî dê çu carî di yek rêwîtiyê de neyê veguheztin, lê di pir rêwîtiyên dor de5 de, ji ber vê yekê gava ku guheztin zû were guheztin, em ê di forma pêla veguheztinê de dereng û zengilê bibînin.
Wêne 2: Ji bo belavbûna enerjiyê li fezayê dem lazim e; nehevhatina impedansê dibe sedema gelek gerîdeyên veguheztina enerjiyê.
Rastiya ku radestkirina enerjiyê dem digire û rêwîtiyên pirzimanî ji me re vedibêje ku pêdivî ye ku em enerjiyê bi qasî ku gengaz nêzî barkirinê bikin, û pêdivî ye ku em rêyek bibînin ku wê zû radest bikin. Ya yekem bi gelemperî bi kêmkirina dûrahiya laşî ya di navbera barkirin, guheztin û kondensatorê de tê bidestxistin. Ya paşîn bi komkirina komek kondensatorên bi impedansa herî piçûk ve tê bidestxistin.
Teoriya zeviyê jî rave dike ka çi dibe sedema dengê moda hevpar. Bi kurtasî, dengê moda hevpar dema ku hewcedariya enerjiyê ya bargiraniyê di dema veguheztinê de pêk neyê tê hilberandin. Ji ber vê yekê, enerjiya ku li cîhê di navbera bar û rêgirên nêzîk de hatî hilanîn dê ji bo piştgirîkirina daxwaza gavê were peyda kirin. Cihê di navbera bar û rêgirên nêzîk de ew e ku em jê re dibêjin kapasîteya parazît / hevdu (binihêre Figure 2).
Em mînakên jêrîn bikar tînin da ku destnîşan bikin ka meriv çawa kapasîteyên elektrolîtîk, kapasîteyên seramîk ên pirreng (MLCC) û kapasîteyên fîlimê bikar tîne. Ji bo ravekirina performansa kondensatorên hilbijartî hem teoriya dorhêl û hem jî teoriya zeviyê têne bikar anîn.
Kapasîtorên elektrolîtîk bi gelemperî di girêdana DC de wekî çavkaniya sereke ya enerjiyê têne bikar anîn. Hilbijartina kondensatorê elektrolîtîk bi gelemperî bi van ve girêdayî ye:
Ji bo performansa EMC, taybetmendiyên herî girîng ên kapasîtoran taybetmendiyên impedance û frekansê ne. Emîsyonên ku bi frekansa kêm têne kirin her gav bi performansa kondensatorê girêdana DC ve girêdayî ye.
Impedance ya girêdana DC ne tenê bi ESR û ESL-ya kondensatorê ve girêdayî ye, lê di heman demê de bi qada lûpa germî ve jî girêdayî ye, wekî ku di Figure 3 de tê xuyang kirin. Qadek germî ya mezintir tê vê wateyê ku veguheztina enerjiyê dirêjtir digire, ji ber vê yekê performans dê bandor bibe.
Ji bo îsbatkirina vê yekê veguherînerek DC-DC ya gav-down hate çêkirin. Sazkirina ceribandina EMC-ya pêş-lihevkirinê ya ku di Figure 4 de hatî xuyang kirin di navbera 150kHz û 108MHz de şanek emeliyatê pêk tîne.
Girîng e ku meriv pê ewle bibe ku kapasîteyên ku di vê lêkolîna dozê de têne bikar anîn hemî ji heman hilberîner in da ku ji cûdahiyên di taybetmendiyên impedance de dûr nekevin. Dema ku kondensatorê li ser PCB-ê tê rijandin, pê ewle bin ku rêyên dirêj tune ne, ji ber ku ev ê ESL-ya kondensatorê zêde bike. Xiflteya 5 sê veavakirinan nîşan dide.
Encamên belavbûna van her sê veavakirinan di Xiflteya 6-ê de têne xuyang kirin. Dikare were dîtin ku, li gorî yek kondensatorek 680 µF, du kondensatorên 330 µF performansa kêmkirina dengî ya 6 dB di navberek frekansa firehtir de bi dest dixin.
Ji teoriya çerxê, mirov dikare bibêje ku bi girêdana du kondensatoran bi paralel, hem ESL û hem jî ESR nîvî dibin. Ji xala teoriya zeviyê, ne tenê çavkaniyek enerjiyê heye, lê du çavkaniyên enerjiyê ji heman barkirinê re têne peyda kirin, ku bi bandor dema veguhestina enerjiyê ya giştî kêm dike. Lêbelê, di frekansên bilind de, ferqa di navbera du kondensatorên 330 µF û yek kondensatorek 680 µF de dê kêm bibe. Ev e ji ber ku dengê frekansa bilind bersiva enerjiya gavê ya têrê nake. Dema ku kapasîtorek 330 μF nêzikî guheztinê dibe, em wextê veguheztina enerjiyê kêm dikin, ku bi bandor bersiva gavê ya kondensatorê zêde dike.
Encam dersek pir girîng ji me re vedibêje. Zêdekirina kapasîteya yek kapasîtorek bi gelemperî dê piştgirî nede daxwaziya gavê ji bo bêtir enerjiyê. Ger gengaz be, hin hêmanên kapasîteyê yên piçûktir bikar bînin. Ji bo vê gelek sedemên baş hene. Ya yekem lêçûn e. Bi gelemperî, ji bo heman mezinahiya pakêtê, lêçûna kapasîtorek bi nirxa kapasîteyê re qat bi qat zêde dibe. Dibe ku karanîna yek kondensatorek ji karanîna çend kondensatorên piçûktir bihatir be. Sedema duyemîn mezinahî ye. Di sêwirana hilberê de faktora sînordar bi gelemperî bilindahiya pêkhateyan e. Ji bo kapasîteyên mezin, bilindahî bi gelemperî pir mezin e, ku ji bo sêwirana hilberê ne maqûl e. Sedema sêyemîn performansa EMC ye ku me di lêkolîna dozê de dît.
Faktorek din a ku meriv di dema karanîna kondensatorek elektrolîtîkî de bihesibîne ev e ku gava ku hûn du kondensatoran bi rêzê ve girêdidin da ku voltajê parve bikin, hûn ê hewceyê berxwedanek hevseng 6 bikin.
Wekî ku berê hate behs kirin, kapasîteyên seramîk amûrên piçûk in ku dikarin zû enerjiyê peyda bikin. Pir caran ji min pirsa "Çiqas kapasîtor ji min re lazim e?" Bersiva vê pirsê ev e ku ji bo kondensatorên seramîk, divê nirxa kapasîteyê ne ew çend girîng be. Li vir nihêrîna girîng ev e ku hûn diyar bikin ka li kîjan frekansê leza veguheztina enerjiyê ji bo serlêdana we bes e. Ger emîsyona pêkve di 100 MHz de têk biçe, wê hingê kondensatorê ku di 100 MHz de impedanceya herî piçûk heye dê hilbijartinek baş be.
Ev têgihîştina din a MLCC ye. Min dît ku endezyaran gelek enerjiyê xerc dikin ku kapasîteyên seramîk ên bi ESR û ESL-ya herî hindik hilbijêrin berî ku bi şopên dirêj ve kondensatoran bi xala referansa RF ve girêbidin. Hêjayî gotinê ye ku ESL ya MLCC bi gelemperî ji înduktoriya girêdanê ya li ser panelê pir kêmtir e. Induktansa girêdanê hîn jî parametera herî girîng e ku bandorê li ser impedance ya frekansa bilind a kapasîteyên seramîk7 dike.
Xiflteya 7 mînakeke xerab nîşan dide. Şopên dirêj (0,5 înç dirêj) herî kêm 10nH induktans destnîşan dikin. Encama simulasyonê nîşan dide ku impedansê kondensatorê li xala frekansê (50 MHz) ji ya ku tê hêvî kirin pir zêde dibe.
Yek ji pirsgirêkên MLCC-yan ev e ku ew meyl dikin ku bi strukturên induktor ên li ser panelê re hevrû bibin. Ev dikare di mînaka ku di xêza 8-ê de hatî xuyang kirin de were dîtin, ku tê de karanîna MLCC-ya 10 µF rezonansê bi qasî 300 kHz destnîşan dike.
Hûn dikarin bi hilbijartina pêkhateyek bi ESR-ya mezintir an jî bi tenê danasîna nirxek piçûk (wek 1 ohm) di rêzê de bi kondensatorek rezonansê kêm bikin. Ev celeb rêbaz pêkhateyên winda bikar tîne da ku pergalê tepeser bike. Rêbazek din ev e ku meriv nirxek din a kapasîteyê bikar bîne da ku rezonansê berbi xalek rezonansê ya jêrîn an bilindtir vegerîne.
Capacitors Film di gelek sepanan de têne bikar anîn. Ew ji bo veguherkerên DC-DC-a-hêza bilind kapasîteyên bijartî ne û wekî fîlterên tepeserkirina EMI li seranserê xetên elektrîkê (AC û DC) û konfigurasyonên fîlterkirina moda hevpar têne bikar anîn. Em kondensatorek X-ê wekî mînak digirin da ku hin xalên sereke yên karanîna kondensatorên fîlimê ronî bikin.
Ger bûyerek hilkişînê çêbibe, ew dibe alîkar ku stresa voltaja lûtkeyê ya li ser xetê sînordar bike, ji ber vê yekê ew bi gelemperî bi dakêşkerek voltaja derbasbûyî (TVS) an varistora oksîdê metal (MOV) re tê bikar anîn.
Dibe ku hûn jixwe van hemîyan zanibin, lê we dizanibû ku nirxa kapasîteyê ya kondensatorek X dikare bi karanîna salan re pir kêm bibe? Ev bi taybetî rast e ku heke kondensator di hawîrdorek şil de were bikar anîn. Min dît ku nirxa kapasîteyê ya kondensatorê X di nav salek an du salan de tenê ji sedî çend ji nirxa wê ya binavkirî dadikeve, ji ber vê yekê pergala ku bi eslê xwe bi kondensatorê X hatî sêwirandin bi rastî hemî parastina ku dibe ku kapasîtorê paşîn hebe winda kir.
Ji ber vê yekê, çi bû? Dibe ku hewaya şil di nav kondensatorê de, li ser têlê û di navbera qutikê û pêkhateya epoksî de biherike. Dûv re metalîzasyona aluminium dikare were oksîd kirin. Alumina insulatorek elektrîkê ya baş e, bi vî rengî kapasîteyê kêm dike. Ev pirsgirêkek e ku hemî kapasîteyên fîlimê dê rûbirû bibin. Mijara ku ez behs dikim qalindahiya filmê ye. Marqeyên kondensatorê navdar fîlimên qalindtir bikar tînin, ku di encamê de ji markayên din kapasîtorên mezin çêdibin. Fîma ziravtir kapasitorê ji barkirina zêde (voltaj, niha, an germahî) kêmtir xurt dike, û ne mimkûn e ku ew xwe sax bike.
Ger kondensatorê X bi domdarî bi dabînkirina hêzê ve ne girêdayî ye, wê hingê hûn ne hewce ne ku xeman bikin. Mînakî, ji bo hilberek ku di navbera dabînkirina hêzê û kondensatorê de guhezek hişk heye, dibe ku mezinahî ji jiyanê girîngtir be, û wê hingê hûn dikarin kondensatorek zirav hilbijêrin.
Lêbelê, heke kapasîtor bi domdarî bi çavkaniya hêzê ve girêdayî be, divê ew pir pêbawer be. Oksîdasyona kondensatoran ne neçar e. Ger maddeya epoksî ya kondensatorê qalîteya baş be û kondensator bi gelemperî ji germahiyên giran re nayê rûxandin, pêdivî ye ku daketina nirxê hindik be.
Di vê gotarê de, yekem car nêrîna teoriya zeviyê ya kapasîtoran destnîşan kir. Nimûneyên pratîkî û encamên simulasyonê destnîşan dikin ka meriv çawa celebên kapasîteyên herî gelemperî hilbijêrin û bikar bînin. Hêvîdarim ku ev agahdarî dikare ji we re bibe alîkar ku hûn rola kapasîteyên di sêwirana elektronîkî û EMC de bi berfirehî fam bikin.
Dr. Min Zhang damezrîner û serekê şêwirmendê EMC ya Mach One Design Ltd, pargîdaniyek endezyariyê ya bingeh-UK-ê ye ku pisporê şêwirmendiya EMC, çareserkirina pirsgirêkan û perwerdehiyê ye. Zanîna wî ya kûr a di elektronîkî ya hêzê, elektronîkên dîjîtal, motor û sêwirana hilberê de sûd ji pargîdaniyên li çaraliyê cîhanê girtiye.
In Compliance ji bo pisporên endezyariya elektrîkê û elektronîkî çavkaniya sereke ya nûçe, agahdarî, perwerdehî û îlhamê ye.
Aerospace Otomotîf Ragihandin Xerîdar Elektronîk Perwerde Enerjî û Pîşesaziya Hêzê Teknolojiya Agahdariya Bijîşkî û Parastina Neteweyî