Tüm elektrolitik kapasitörleri seramik olanlarla değiştirebilir miyim?


57

Güç kaynağı devresini, birkaç kaynağa ihtiyaç duyan bir sistem için tasarlıyorum, sorum şu:

  • Tüm elektrolitik kapakların (çoğunlukla 100uF) seramik olanlarla değiştirilmesi mümkün müdür? Seramik kısıtlamaları nelerdir?

  • Elektrolitik olarak yapıldığı için seramiklerde 2x voltaj değeri kullanmalı mıyım?

  • Akım dalgalanması ne durumda? Elektrolitik olarak seramik seçiminde önemli bir faktör mü?

1/9/2014 tarihinde eklendi: Seramik sınırlamaları hakkında daha fazlası

Dave'in EEVBlog'da gönderdiği bu mükemmel videoyu , farklı seramik kapak tiplerinin sınırlarını ve uygulanan voltajdan ve ön gerilimden nasıl etkilendiklerini gösteren buldum. İzlemeye değer!


5
100 uF seramik kapaklar bulabilir misiniz?
Standart Sandun


digikey üzerinde @sandundhammika 680 uF kadar var ama overpriced. 100 uF civarında 2 $ mevcuttur. Voltaj değeri de fiyatı etkiler.
Abdella

5
@geometrikal: Paranızı atmak istemiyorsanız?
Endolit

2
@Abdella, düzenlemenizi yeniden yapın, İlk olarak, tantalum bir elektrolitik türüdür. İkincisi, eğer tantallar ticari ürünlerde kullanılmasaydı, kimse onları üretmekten rahatsız olmazdı.
Foton

Yanıtlar:


73

100 µF gerçekten seramik kapaklar için limiti zorluyor. Gerilimleriniz düşükse, 10 volt veya belki 20 volt olarak birkaç volt olarak, o zaman çoklu seramikleri paralelleştirmek makul olabilir.

Yüksek kapasiteli seramik kapakların kendi avantajları ve dezavantajları vardır. Avantajları, çok daha düşük eşdeğer seri direnç ve bu nedenle çok daha yüksek dalgalanma akımı kapasitesi, daha yüksek frekanslar için kullanışlılık, daha az ısı hassasiyeti, daha iyi kullanım ömrü ve çoğu durumda daha iyi mekanik sağlamlıktır. Onların da kendi sorunları var. Kapasitans voltajla önemli ölçüde düşebilir ve daha yoğun (hacim başına daha fazla enerji depolama) seramikler genellikle "mikrofonik" olarak adlandırılan piezo etkileri gösterir. Sadece yanlış koşullarda, bu salınmaya neden olabilir, ancak bu nadirdir.

Güç kaynağı uygulamalarının değiştirilmesi için, seramikler çok fazla kapasitansa ihtiyaç duymadığınız sürece elektrolitlerden daha iyi bir tradeoff olur. Bunun nedeni, daha fazla dalgalanma akımı alabilmeleri ve daha iyi ısı yapabilmeleridir. Elektrolitlerin ömrü, çoğu zaman güç kaynaklarında sorun olan ısı ile ciddi şekilde bozulur.

Seramikleri elektrolitler kadar düşürmek zorunda değilsiniz çünkü seramiklerin ömrü çok daha büyük, başlangıçta uygulanan voltajın bir fonksiyonu. Seramiklerle ilgili dikkat edilmesi gereken şey, yoğun olanların, voltaj aralığının yüksek uçlarında düşük kapasitans olarak görülen, doğrusal olmayan bir malzemeden yapılmış olmasıdır.

Mikrofonik hakkında eklendi:

Bazı dielektrikler uygulanan elektrik alanın bir fonksiyonu olarak fiziksel olarak boyutu değiştirir. Çoğu için, etki o kadar küçüktür ki farketmezsiniz ve göz ardı edilebilir. Bununla birlikte, bazı seramikler sonuçta ortaya çıkan titreşimleri duyabileceğiniz kadar güçlü bir etki gösterir. Genellikle bir kapasitörün kendisini duyamazsınız, ancak bunlar bir panele oldukça sert bir şekilde lehimlendiğinden, kapasitörün küçük titreşimleri, özellikle panonun rezonans frekansında, daha büyük levhanın da titreşmesine neden olabilir. Sonuç oldukça duyulabilir olabilir.

Elbette, bunun tersi de işe yarıyor, çünkü fiziksel özellikler genellikle her iki yönde de işe yarıyor ve bu istisna değil. Uygulanan voltaj kapasitörün ebatlarını değiştirebildiği için, ebat uygulayarak ebatlarını değiştirmek açık devre voltajını değiştirebilir. Aslında, kapasitör bir mikrofon gibi davranır. Tahtanın maruz kaldığı mekanik titreşimleri alabilir ve bunlar tahtanın üzerindeki elektrik sinyallerine girebilir. Bu sebeple yüksek hassasiyetli ses devrelerinde bu tip kapasitörlerden kaçınılır.

Bunun arkasındaki fizik hakkında daha fazla bilgi için, baryum titanatın özelliklerine bir örnek olarak bakın. Bu, bazı seramik kapaklar için yaygın bir dielektriktir çünkü istenen elektriksel özelliklere, özellikle seramik aralığına göre oldukça iyi enerji yoğunluğuna sahiptir. Bunu iki enerji durumu arasında geçiş yapan titanyum atomuyla başarır. Bununla birlikte, atomun efektif büyüklüğü iki enerji durumu arasında farklılık gösterir, dolayısıyla kafesin büyüklüğü değişir ve uygulanan voltajın bir fonksiyonu olarak fiziksel deformasyon elde ederiz.

anekdot:Geçenlerde bu konuda kafa kafaya çarptım. Model trenler tarafından kullanılan DCC (Dijital Komuta ve Kontrol) gücüne bağlanan bir gizmo tasarladım. DCC, gücü değil aynı zamanda raylardaki belirli "haddeleme stoğuna" bilgileri iletmenin bir yoludur. 22 V'a kadar olan bir diferansiyel güç sinyalidir. Bilgi kutupsallığın belirli bir zamanlamayla çevrilmesiyle taşınır. Çevirme oranı kabaca 5-10 kHz'dir. Güç elde etmek için, cihazlar tam dalga bunu düzeltiyor. Cihazım DCC bilgilerinin kodunu çözmeye çalışmıyor, sadece biraz güç alıyordu. Tek bir diyottan yarıya dalga kullandım, DCC'yi 10 ceramicF seramik bir kapağa doğrultun. Yarım devir sırasında bu kapaktaki düşüş sadece 3 V'du, ama 3 Vpp'nin şarkı söylemesi için yeterliydi. Devre mükemmel çalıştı, ancak bütün tahta oldukça can sıkıcı bir sızıntı yaydı. Bir üründe kabul edilemezdi, bu yüzden üretim versiyonu için bu, 20 µF'lik bir elektrolitik başlığa değiştirildi. Aslında seramikle gittim çünkü daha ucuz, daha küçük ve daha uzun ömürlü olmalıydı. Neyse ki, bu cihazın yüksek sıcaklıklarda kullanılması muhtemel değildir, bu nedenle elektrolitik başlığın ömrü en kötü durum sınıfından çok daha iyi olmalıdır.

Yorumlardan anladığım kadarıyla neden güç kaynağını değiştirmenin bazen sızlandığına dair bir tartışma var. Bunların bir kısmı seramik kapaklardan kaynaklanıyor olabilir, ancak indüktörler gibi manyetik bileşenler de iki nedenden dolayı titreşebilir. İlk olarak, indükleyicideki telin her bir ucuna, içinden geçen akımın karesine orantılı olarak kuvvet uygulanır. Bu kuvvet telin yanlarına doğru uzanır ve yerinde tutulmazsa bobinin titremesini sağlar. İkincisi, elektrostatik piezo etkisine benzer, manyetostriksiyon adı verilen manyetik bir özellik vardır. İndüktör göbek malzemesi, uygulanan manyetik alanın bir işlevi olarak boyutu biraz değiştirebilir. Ferritler bu etkiyi çok güçlü bir şekilde sergilemezler, ancak her zaman birazcık vardır ve manyetik alanda başka malzemeler de olabilir. Bir keresinde manyetostriktif etkiyi manyetik pikap olarak kullanan bir ürün üzerinde çalıştım. Ve evet,


2
Mikrofonik yüksek kademeli şaraplar mıdır, zaman zaman insanların bazı GPU kartlarında sorun olduğunu bildiren insanlar mıdır?
Dan Neely

@DanNeely Bence Olin, seramik kapasitörlerin kapasitanslarının fiziksel olarak titreştikçe değişebileceği gerçeğinden bahsediyor. Ses kapasitansın değişmesine neden olabilir. Dolayısıyla, kapasitans üretilen bir sesi etkiliyorsa ve ses kapasitansı etkilerse, istenmeyen etkileri olacak bir geri besleme döngüsü elde edersiniz.
Stephen Collings,

En azından, etkilerin istenmeyen olacağını varsayıyorum. Seramik bir kapağın mikrofonik etkisini tasarlıyorsanız, muhtemelen yanlış bir şey yapıyorsunuzdur.
Stephen Collings,

1
@DanNeely - Yüksek tiftikli şarap, cihazın indüktörlerindeki manyetostriksiyondan kaynaklanır . Bir kondansatörün gürültü yaptığını sanmıyorum (felaketle başarısız oldukları durumlar hariç).
Connor Wolf,

@Remiel - Yüksek performanslı seste ortak bir husustur ve ses yolunda seramik kapak kullanmamalarının birçok nedeninden biri.
Connor Wolf,

18

Birkaç sebep vardır değil henüz söz edilmemiştir seramik elektrolitik yöntemle bir tasarıma geçmek için:

  • Bazı lineer regülatör tasarımları, kararlılığı sağlamak için çıkış kapasitörlerinde elektrolitik ESR'nin daha yüksek olmasını gerektirir.

  • Seramik bükülmeye maruz kaldığında seramikler elektrolitiklerden daha az dayanıklıdır. Özellikle 1206 ve üstü büyük boyutlarda, makul WV değerinde 10 - 20 uF değerlerine ihtiyaç duyacağınız gibi, tahtada herhangi bir esneklik varsa seramikler kolayca kırılabilir. Hasarlı esneklik sahada olabilir veya bazı panelleri üretildikleri panelden ayırma yöntemleriyle olabilir.


15

OP'nin zayıflama sorularını ve Olin'in iyi cevabını daha ileri götürdüğü için:

IPC-9592A (yüksek güvenilirlikteki güç dönüştürme cihazları için bir standart olan) aşağıdaki değer kaybı kurallarını belirtir:

Sabit seramik MLCC'ler:

  • DC voltajı <= üreticinin değerinin% 80'i
  • Sıcaklık: Üretici değerinin minimum 10 ° C altında
  • Boyut: 1210'dan büyük bedenler, çatlama potansiyeli nedeniyle tavsiye edilmez

Alüminyum elektrolitik kondansatörler:

  • DC voltajı <= üreticinin değerinin% 80'i (250V veya daha yüksek cihazlar için <=% 90)
  • Ömür / dayanıklılık:> = 40 ° C'de 10 yıl, Sınıf II cihazlar için% 80 yük (veri merkezi malzemeleri) veya Sınıf I cihazlar için 5 yıl (tüketici sınıfı)

Bir alüminyum elektrolitik kondansatörün ömrü / dayanıklılık değerlendirme gerilimi, dalgalı akım ve ortam sıcaklığı - bir bütün bu stresleri fonksiyonudur. Kapak iyi hava akışında ise, daha fazla dalgalanma alabilir ve uzun servis ömrünü koruyabilir. Sıcak bir şapka uzun ömürlü olmayacak.

Seramik kondansatörler için sıcaklıkla da ilgilidir. Ortam sıcaklığı ve dalgalanma akımı sıcaklık artışına neden olur. Bu, seramiklerin yaşlanmadığını söylemek değildir - bazı dielektrik materyaller ( X7R ve Y5V gibi Sınıf 2 materyaller ) zamanla kapasitansta bozulmaktadır - Sınıf 1 materyaller büyük oranda bağışıklık kazanmaktadır.

Ayrıca, Olin'in dediği gibi, bazı dielektrik materyaller, DC yanlılık voltajının bir fonksiyonu olarak önemli kapasitans roll-off'larından muzdariptir. Yine, Sınıf 2 materyalleri bundan muzdarip, Sınıf 1 materyalleri büyük ölçüde yok.

Temel olarak, eğer herhangi bir kapasitör tipi kullanıyorsanız, maksimum voltajı stresin% 80'inin altında tutun.

Seramik kondansatörlerin (elektroytik kapakların vs.) çok daha düşük ESR'si, geri besleme döngüsü stabilitesi anlamındadır. Dönüştürücünüzün bir anahtarlayıcı olacağını ve bir çıkış LC filtresine sahip olduğunu varsayarsak, dönüştürücüyü dengelemek için tip-3 dengeleme ağı gerekebilir.

Düşük ESR, açık döngü kazancının -40 dB / dekadda uzun bir süre boyunca kaymasına neden olur (ESR sıfırı ESR düşerken itilir), frekans geçişi için tazminat ağında + 20dB / on yıllık kazanç gerektirir -20dB / on (olması) (ki bu, güç tasarımcılarının, kazanç marjı ve faz marjı ile birlikte aradığı üç döngü stabilite kriterinden biridir).


2

Hatalı olabilirim, ancak seramik dökme kapaklara geçilmesi, dökme kapaklar ve daha küçük dekuplaj kapakları arasında bir rezonans yaratır. Dikkatli bir şekilde seçilmedikleri sürece, dökme kapakların endüktansı, dekupaj kapaklarının kapasitansı ile rezonansa girecektir. Bu, Tantal ve elektrolitik kapaklarla olmaz, çünkü bu cihazların ESR'si rezonansı azaltır. Bunu pratikte hiç denemediğim için yine yanlış olabilirim.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.