warta

Kapasitor minangka salah sawijining komponen sing paling umum digunakake ing papan sirkuit. Nalika jumlah piranti elektronik (saka ponsel nganti mobil) terus saya tambah, kabutuhan kapasitor uga saya tambah. Pandemi Covid 19 wis ngganggu rantai pasokan komponen global saka semikonduktor dadi komponen pasif, lan kapasitor wis kekurangan pasokan1.
Diskusi babagan topik kapasitor bisa gampang diowahi dadi buku utawa kamus. Kaping pisanan, ana macem-macem jinis kapasitor, kayata kapasitor elektrolitik, kapasitor film, kapasitor keramik lan liya-liyane. Banjur, ing jinis sing padha, ana bahan dielektrik sing beda. Ana uga macem-macem kelas. Kanggo struktur fisik, ana jinis kapasitor loro-terminal lan telung-terminal. Ana uga kapasitor jinis X2Y, sing ateges pasangan kapasitor Y sing dibungkus dadi siji. Apa bab supercapacitors? Kasunyatane, yen sampeyan njagong lan miwiti maca pandhuan pilihan kapasitor saka manufaktur utama, sampeyan bisa kanthi gampang nglampahi dina!
Wiwit artikel iki babagan dhasar, aku bakal nggunakake cara sing beda kaya biasane. Kaya kasebut sadurunge, Panuntun pilihan kapasitor bisa gampang ditemokaké ing situs supplier 3 lan 4, lan engineers lapangan biasane bisa njawab pitakonan paling bab kapasitor. Ing artikel iki, aku ora bakal mbaleni apa sing bisa ditemokake ing Internet, nanging bakal nduduhake carane milih lan nggunakake kapasitor liwat conto praktis. Sawetara aspek pilihan kapasitor sing kurang dikenal, kayata degradasi kapasitansi, uga bakal dibahas. Sawise maca artikel iki, sampeyan kudu ngerti babagan panggunaan kapasitor.
Taun kepungkur, nalika aku kerja ing perusahaan sing nggawe peralatan elektronik, kita duwe pitakonan wawancara kanggo insinyur elektronika daya. Ing diagram skematis produk sing ana, kita bakal takon calon potensial "Apa fungsi kapasitor elektrolitik link DC?" lan "Apa fungsi kapasitor keramik dumunung ing jejere chip?" Muga-muga jawaban sing bener yaiku kapasitor bis DC Digunakake kanggo panyimpenan energi, kapasitor keramik digunakake kanggo nyaring.
Jawaban "bener" sing kita goleki bener-bener nuduhake yen kabeh wong ing tim desain katon ing kapasitor saka perspektif sirkuit sing prasaja, ora saka perspektif teori lapangan. Sudut pandang teori sirkuit ora salah. Ing frekuensi kurang (saka sawetara kHz kanggo sawetara MHz), teori sirkuit biasane bisa nerangake masalah uga. Iki amarga ing frekuensi sing luwih murah, sinyal kasebut utamane ing mode diferensial. Nggunakake teori sirkuit, kita bisa ndeleng kapasitor ditampilake ing Figure 1, ngendi resistance seri padha (ESR) lan induktansi seri padha (ESL) nggawe impedansi saka owah-owahan kapasitor karo frekuensi.
Model iki kanthi lengkap nerangake kinerja sirkuit nalika sirkuit diuripake alon. Nanging, nalika frekuensi mundhak, iku dadi luwih rumit. Ing sawetara titik, komponen wiwit nuduhake non-linearity. Nalika frekuensi mundhak, model LCR prasaja duwe watesan.
Dina iki, yen aku dijaluk pitakonan wawancara sing padha, aku bakal nganggo kacamata pengamatan teori lapangan lan ujar manawa loro jinis kapasitor minangka piranti panyimpenan energi. Bentenane yaiku kapasitor elektrolitik bisa nyimpen energi luwih akeh tinimbang kapasitor keramik. Nanging babagan transmisi energi, kapasitor keramik bisa ngirim energi luwih cepet. Iki nerangake apa kapasitor Keramik kudu diselehake ing jejere chip, amarga chip nduweni frekuensi ngoper luwih dhuwur lan kacepetan ngoper dibandhingake karo sirkuit daya utama.
Saka perspektif iki, kita mung bisa nemtokake rong standar kinerja kanggo kapasitor. Salah sijine yaiku jumlah energi sing bisa disimpen ing kapasitor, lan liyane yaiku sepira cepet energi iki bisa ditransfer. Loro-lorone gumantung saka cara manufaktur kapasitor, bahan dielektrik, sambungan karo kapasitor, lan liya-liyane.
Nalika ngalih ing sirkuit ditutup (ndeleng Figure 2), nuduhake yen beban mbutuhake energi saka sumber daya. Kacepetan nalika ngalih iki nutup nemtokake urgensi panjaluk energi. Wiwit energi lelungan kanthi kacepetan cahya (setengah kacepetan cahya ing bahan FR4), butuh wektu kanggo mindhah energi. Kajaba iku, ana mismatch impedansi antarane sumber lan baris transmisi lan mbukak. Iki tegese energi ora bakal ditransfer ing siji trip, nanging ing macem-macem trips5, pramila nalika ngalih cepet diuripake, kita bakal weruh telat lan muni ing gelombang ngoper.
Gambar 2: Butuh wektu kanggo energi kanggo nyebar ing papan; impedansi mismatch nimbulaké kaping round trip transfer energi.
Kasunyatan manawa pangiriman energi mbutuhake wektu lan pirang-pirang perjalanan babak ngandhani yen kita kudu mindhah energi kanthi cedhak karo beban, lan kita kudu golek cara kanggo ngirim kanthi cepet. Pisanan biasane ngrambah dening ngurangi jarak fisik antarane mbukak, ngalih lan kapasitor. Sing terakhir digayuh kanthi ngumpulake klompok kapasitor kanthi impedansi paling cilik.
Teori lapangan uga nerangake apa sing nyebabake gangguan mode umum. Cekakipun, gangguan mode umum kui nalika panjaluk energi saka mbukak ora ketemu sak ngoper. Mulane, energi sing disimpen ing spasi ing antarane beban lan konduktor sing cedhak bakal diwenehake kanggo ndhukung panjaluk langkah. Spasi ing antarane beban lan konduktor sing cedhak yaiku apa sing diarani kapasitansi parasit / mutual (pirsani Gambar 2).
Kita nggunakake conto ing ngisor iki kanggo nduduhake carane nggunakake kapasitor elektrolitik, kapasitor keramik multilayer (MLCC), lan kapasitor film. Teori sirkuit lan lapangan digunakake kanggo nerangake kinerja kapasitor sing dipilih.
Kapasitor elektrolitik utamane digunakake ing link DC minangka sumber energi utama. Pilihan saka kapasitor elektrolitik asring gumantung ing:
Kanggo kinerja EMC, karakteristik kapasitor sing paling penting yaiku karakteristik impedansi lan frekuensi. Emisi sing ditindakake kanthi frekuensi rendah tansah gumantung marang kinerja kapasitor link DC.
Impedansi link DC gumantung ora mung ing ESR lan ESL saka kapasitor, nanging uga ing area daur ulang termal, kaya sing dituduhake ing Gambar 3. Area daur ulang termal sing luwih gedhe tegese transfer energi luwih suwe, saengga kinerja bakal kena pengaruh.
Konverter DC-DC langkah-mudhun dibangun kanggo mbuktekake iki. Persiyapan tes EMC pra-kepatuhan sing ditampilake ing Gambar 4 nindakake scan emisi sing ditindakake antarane 150kHz lan 108MHz.
Penting kanggo mesthekake yen kapasitor sing digunakake ing studi kasus iki kabeh saka pabrikan sing padha supaya ora beda karo karakteristik impedansi. Nalika soldering kapasitor ing PCB, priksa manawa ora ana ndadékaké dawa, amarga iki bakal nambah ESL saka kapasitor. Figure 5 nuduhake telung konfigurasi.
Asil emisi sing ditindakake saka telung konfigurasi kasebut ditampilake ing Gambar 6. Bisa dideleng yen, dibandhingake karo kapasitor 680 µF siji, loro kapasitor 330 μF entuk kinerja pangurangan swara 6 dB sajrone rentang frekuensi sing luwih akeh.
Saka téori sirkuit, bisa diarani kanthi nyambungake rong kapasitor kanthi paralel, loro ESL lan ESR dipérang dadi setengah. Saka sudut pandang teori lapangan, ora mung siji sumber energi, nanging loro sumber energi diwenehake kanthi beban sing padha, kanthi efektif nyuda wektu transmisi energi sakabèhé. Nanging, ing frekuensi sing luwih dhuwur, beda antarane rong kapasitor 330 μF lan siji kapasitor 680 μF bakal nyusut. Iki amarga swara frekuensi dhuwur nuduhake respon energi langkah sing ora cukup. Nalika mindhah kapasitor 330 μF nyedhaki saklar, kita nyuda wektu transfer energi, sing kanthi efektif nambah respon langkah saka kapasitor.
Asil kasebut ngandhani pelajaran sing penting banget. Nambah kapasitansi saka kapasitor siji umume ora ndhukung panjaluk langkah kanggo energi liyane. Yen bisa, gunakake sawetara komponen kapasitif sing luwih cilik. Ana akeh alasan apik kanggo iki. Sing pertama yaiku biaya. Umumé, kanggo ukuran paket sing padha, biaya kapasitor mundhak sacara eksponensial kanthi nilai kapasitansi. Nggunakake kapasitor siji bisa uga luwih larang tinimbang nggunakake sawetara kapasitor cilik. Alasan kapindho yaiku ukuran. Faktor watesan ing desain produk biasane dhuwure komponen. Kanggo kapasitor kapasitas gedhe, dhuwure asring banget, sing ora cocok kanggo desain produk. Alesan katelu yaiku kinerja EMC sing kita deleng ing studi kasus.
Faktor liyane sing kudu ditimbang nalika nggunakake kapasitor elektrolitik yaiku nalika sampeyan nyambungake rong kapasitor kanthi seri kanggo nuduhake voltase, sampeyan butuh resistor balancing 6.
Kaya sing wis kasebut sadurunge, kapasitor keramik minangka piranti miniatur sing bisa nyedhiyakake energi kanthi cepet. Aku kerep takon pitakonan "Pinten kapasitor aku kudu?" Jawaban kanggo pitakonan iki yaiku kanggo kapasitor keramik, nilai kapasitansi kudu ora penting. Wawasan penting ing kene yaiku nemtokake frekuensi transfer energi sing cukup kanggo aplikasi sampeyan. Yen emisi sing ditindakake gagal ing 100 MHz, banjur kapasitor kanthi impedansi paling cilik ing 100 MHz bakal dadi pilihan sing apik.
Iki salah pangerten liyane saka MLCC. Aku wis weruh engineers nglampahi akèh energi milih kapasitor keramik karo ESR paling lan ESL sadurunge nyambungake kapasitor menyang titik referensi RF liwat ngambah dawa. Perlu dicathet yen ESL MLCC biasane luwih murah tinimbang induktansi sambungan ing papan kasebut. Induktansi sambungan isih dadi parameter paling penting sing mengaruhi impedansi frekuensi dhuwur saka kapasitor keramik7.
Gambar 7 nuduhake conto ala. Tilak dawa (dawa 0,5 inci) ngenalake paling ora induktansi 10nH. Asil simulasi nuduhake yen impedansi kapasitor dadi luwih dhuwur tinimbang samesthine ing titik frekuensi (50 MHz).
Salah siji masalah karo MLCCs iku padha kathah resonate karo struktur induktif ing Papan. Iki bisa dideleng ing conto sing ditampilake ing Gambar 8, ing ngendi panggunaan 10 µF MLCC ngenalake resonansi ing kira-kira 300 kHz.
Sampeyan bisa nyuda résonansi kanthi milih komponen kanthi ESR sing luwih gedhe utawa mung nglebokake resistor nilai cilik (kayata 1 ohm) kanthi seri karo kapasitor. Cara jinis iki nggunakake komponen lossy kanggo nyuda sistem. Cara liya yaiku nggunakake nilai kapasitansi liyane kanggo mindhah resonansi menyang titik resonansi sing luwih murah utawa luwih dhuwur.
Kapasitor film digunakake ing akeh aplikasi. Iki minangka kapasitor pilihan kanggo konverter DC-DC daya dhuwur lan digunakake minangka saringan supresi EMI ing garis listrik (AC lan DC) lan konfigurasi nyaring mode umum. We njupuk kapasitor X minangka conto kanggo ilustrasi sawetara saka TCTerms utama nggunakake kapasitor film.
Yen kedadeyan mundhak, mbantu mbatesi tekanan voltase puncak ing saluran kasebut, mula biasane digunakake karo penekan voltase transien (TVS) utawa varistor oksida logam (MOV).
Sampeyan bisa uga wis ngerti kabeh iki, nanging apa sampeyan ngerti yen nilai kapasitansi saka kapasitor X bisa suda Ngartekno karo taun nggunakake? Iki utamané bener yen kapasitor digunakake ing lingkungan lembab. Aku wis weruh ing Nilai kapasitansi saka kapasitor X mung nyelehake kanggo sawetara persen saka Nilai dirating ing utawa rong taun, supaya sistem Originally dirancang karo kapasitor X bener ilang kabeh pangayoman sing kapasitor ngarep-mburi bisa duwe.
Dadi, apa sing kedadeyan? Kelembapan hawa bisa bocor menyang kapasitor, munggah kabel lan ing antarane kothak lan senyawa potting epoxy. Metalisasi aluminium banjur bisa dioksidasi. Alumina minangka insulator listrik sing apik, saéngga nyuda kapasitansi. Iki minangka masalah sing bakal ditemoni kabeh kapasitor film. Masalah sing dakkandhakake yaiku ketebalan film. merek kapasitor biso dipercoyo nggunakake film luwih kenthel, asil ing kapasitor luwih gedhe tinimbang merek liyane. Film sing luwih tipis ndadekake kapasitor kurang kuat kanggo kakehan (voltase, arus, utawa suhu), lan ora bisa waras dhewe.
Yen kapasitor X ora disambungake kanthi permanen menyang sumber daya, sampeyan ora perlu kuwatir. Contone, kanggo produk sing nduweni switch hard antarane sumber daya lan kapasitor, ukuran bisa dadi luwih penting saka urip, banjur sampeyan bisa milih kapasitor tipis.
Nanging, yen kapasitor disambungake permanen menyang sumber daya, iku kudu Highly dipercaya. Oksidasi kapasitor ora bisa dihindari. Yen bahan epoksi kapasitor saka kualitas apik lan kapasitor ora asring kapapar Suhu nemen, gulung ing Nilai kudu minimal.
Ing artikel iki, pisanan ngenalaken tampilan teori lapangan saka kapasitor. Conto praktis lan asil simulasi nuduhake carane milih lan nggunakake jinis kapasitor paling umum. Muga-muga informasi iki bisa mbantu sampeyan ngerti peran kapasitor ing desain elektronik lan EMC kanthi luwih lengkap.
Dr. Min Zhang minangka pangadeg lan pangareping konsultan EMC saka Mach One Design Ltd, perusahaan teknik basis Inggris sing spesialisasine ing konsultasi EMC, ngatasi masalah lan latihan. Kawruh sing jero babagan elektronika daya, elektronik digital, motor lan desain produk wis entuk manfaat kanggo perusahaan ing saindenging jagad.
In Compliance minangka sumber utama warta, informasi, pendidikan lan inspirasi kanggo profesional teknik listrik lan elektronik.
Aerospace Otomotif Komunikasi Elektronik Konsumen Pendidikan Energi lan Tenaga Industri Teknologi Informasi Militer Kedokteran lan Pertahanan Nasional