انتخاب مولفه
نمودار اندازه خازن: شش تصمیم در پس هر انتخاب قابل اعتماد
راهنمای میدانی خازن، ولتاژ، جریان موج دار، ESR، دما، و ضریب شکل - و ترتیبی که باید در مورد آنها نگران بود.
یک خازن حجیم 400 ولتی که با ولتاژ 385 ولت DC با جریان موج دار 15 درصد بالاتر از رتبه بندی صفحه داده خود کار می کند، سال ها سریعتر از آنچه در نظر گرفته شده بود پیر می شود. هیچ نمودار اندازه ای این را پیش بینی نمی کند، زیرا نمودار یک عدد را ارائه می دهد در حالی که مدار همه چیزهای دیگر را تامین می کند. این راهنما توضیح میدهد که نمودار اندازه خازن چه چیزی را پوشش میدهد، چه چیزی را پنهان میکند و چگونه خازنهای الکترولیتی آلومینیومی را انتخاب کنید که از تجهیزاتی که وارد میشوند زنده بمانند.
آنچه که نمودار اندازه خازن می تواند و نمی تواند به شما بگوید
نمودار اندازه خازن به دو خانواده تقسیم می شود. نمودارهای موتور یک محدوده میکروفاراد را به رتبه قدرت موتور برای طرح های تک فاز متداول اختصاص می دهند. نمودارهای سطح مدار، ظرفیت خازنی را به عنوان پاسخ به یک محاسبه بیان می کنند - زمان نگه داشتن، ریپل خروجی، یا امپدانس جداسازی.
هر دو رویکرد یک نقطه کور مشترک دارند: آنها قبل از تعریف شرایط عملیاتی که قابلیت اطمینان را تعیین می کند، مقدار ظرفیت خازنی را ارائه می دهند. جدول زیر نشان میدهد که هر نوع نمودار چه چیزی را پوشش میدهد و چه چیزی را برای مهندس میگذارد.
| نوع نمودار | آنچه را فراهم می کند | مبنای معمولی | چیزی که از قلم می اندازد |
|---|---|---|---|
| راه اندازی / راه اندازی موتور | محدوده μF برای یک قدرت موتور معین | مقادیر شروع از مقادیر اجرا بیشتر است. هر دو از مدل موتور پیروی می کنند | چرخه وظیفه، طراحی سیم پیچ، محیط حرارتی |
| DC-link / نگه داشتن فله | ظرفیت برای زمان سواری | C = 2Pt / (V1² − V2²) | جریان ریپل، ESR، گذرا ولتاژ باس |
| خروجی سوئیچینگ-رگولاتور | ظرفیت برای ولتاژ ریپل | C ≈ ΔI / (8 × f × ΔV) | ESR در فرکانس سوئیچینگ، خود گرمایشی |
نمودار اندازه شما را به مقدار مناسب می رساند. شما را به قسمت درست نمی رساند.
ظرفیت: ارزشی که نمودار ابتدا به شما دست می دهد
ظرفیت ظرفیت تعیین می کند که یک جزء چقدر انرژی می تواند ذخیره کند: E = 0.5 × C × V². از آنجایی که انرژی با مجذور ولتاژ افزایش مییابد، یک خازن با دو برابر ولتاژ، چهار برابر انرژی ذخیره میکند - یکی از دلایلی که رتبهبندی ولتاژ اغلب به اولین محدودیت در الکترونیک قدرت تبدیل میشود.
مقدار میکروفاراد در نمودار یک هدف است، نه یک مشخصات دقیق. خازن های الکترولیتی آلومینیومی معمولاً تحمل 20± درصد دارند و سری های استارت موتور اغلب بین 10- تا 30 درصد رتبه بندی می شوند. بنابراین، یک قطعه اسمی 470 µF می تواند از حدود 376 µF تا 564 µF اندازه گیری کند. این گسترش در مخزن فله بی ضرر است. این می تواند در یک مدار زمان بندی، یک رمپ شروع نرم، یا یک فیلتر صوتی که در آن خازن به طور مستقیم در مسیر سیگنال شرکت می کند، کشنده باشد.
وقتی مدار به مقدار خازن بستگی دارد، ابتدا ستون تلرانس را بررسی کنید. اگر محاسبه شما 500 µF را تولید کرد، یک قسمت ± 20 درصد، بدترین مقدار را در 400 µF باقی میگذارد - تصمیم بگیرید که آیا طرح همچنان با آن عدد کار میکند یا خیر. برای پنجره های تنگ، خازن های آلومینیومی پلیمری پوشش عملکردی محدودتری را ارائه می دهند.
اطلاعات طراحی بر اساس ظرفیت خازنی در بدترین حالت، نه مقدار اسمی. اگر محاسبه 500 µF را نشان داد و سری ± 20 درصد را نشان داد، تأیید کنید که طراحی همچنان در 400 µF کار می کند.
رتبه بندی ولتاژ: آستانه ای که هرگز از آن عبور نمی کنید
قانون تعویض اول هرگز تغییر نمی کند: درجه ولتاژ قطعه جدید باید برابر یا بیشتر از اصلی باشد. یک خازن موتور 370 ولت می تواند توسط یک قطعه 370 ولت یا 440 ولت دنبال شود. معکوس هرگز مجاز نیست. همین منطق برای خازن های DC-link و فیلتر خروجی نیز صدق می کند.
برای خازن های الکترولیتی آلومینیومی، ولتاژ نامی دعوتی برای زندگی در آنجا نیست. طول عمر و رفتار نشتی زمانی که ولتاژ اعمال شده از حدود 80 درصد امتیاز بیشتر شود، کاهش می یابد. یک خازن 450 ولت در 360 ولت DC یا کمتر راحت تر است. یک قطعه 63 ولت، در 50 ولت یا کمتر.
الکترونیک قدرت صنعتی یک لایه دیگر اضافه می کند: گذرا. درایوهای موتور، اینورترها، جوشکارها و تجهیزات شارژ، ولتاژهایی را ایجاد میکنند که محاسبات حالت پایدار هرگز نمیبیند. سریهای Snap-in که برای سرویسهای ولتاژ بالا ساخته شدهاند، مانند سری CD297 با ولتاژ کم نشتی، ولتاژ نامی بالا را با جریان نشتی کم ترکیب میکنند تا این شرایط را جذب کنند.
هشدار. هرگز یک خازن با ولتاژ پایین تر از قطعه ای که جایگزین می کند نصب نکنید - حتی برای تست رومیزی. گذرا که برای آن بودجه ای در نظر نگرفته اید همان پیوند ضعیف را پیدا می کند.
جریان ریپل و ESR: جایی که گرما متولد می شود
جریان موج دار شایع ترین دلیلی است که یک خازن الکترولیتی آلومینیومی در حین کار از بین می رود. هر خازن دارای مقاومت داخلی است - مقاومت سری معادل یا ESR - و جریان موج دار که از آن عبور می کند گرما ایجاد می کند: P = I² × ESR. از آنجایی که عمر خازن به صورت حرارتی هدایت می شود، جریان پایدار بالاتر از درجه بندی، جزء را از داخل می پزد.
برگههای داده، رتبهبندی ریپل را در فرکانس و دمای محیط مشخص نشان میدهند - معمولاً 105 درجه سانتیگراد در 100/120 هرتز برای قطعات فرکانس خط یا 100 کیلوهرتز برای قطعات فرکانس سوئیچینگ. یک خازن در گذرگاه DC یک اینورتر امواج فرکانس خط را می بیند. همان بخش فیزیکی در خروجی حالت سوئیچ، موجی را در فرکانس سوئیچینگ مبدل می بیند. این رتبهبندیهای متفاوتی هستند، و در نظر گرفتن آنها بهعنوان قابل تعویض، نحوه شروع شکستهای میدانی است.
ESR نیز با دما و فرکانس تغییر می کند. نگاهی دقیق تر به مقاومت سری معادل چگونه رفتار می کند در خازنهای الکترولیتی آلومینیومی توضیح میدهد که چرا دو قطعه با مقدار میکروفاراد یکسان میتوانند در یک مدار بسیار متفاوت عمل کنند.
برای موقعیت های DC-link که ریپل بر بودجه حرارتی غالب است، یک سری ساخته شده برای این کار را انتخاب کنید. سری CD293 با موج بالا، گرما را در یک ناحیه الکترود بزرگتر پخش می کند، به همین دلیل است که در لوازم شمع شارژ و تجهیزات جوش ظاهر می شود.
دما و طول عمر: استقامت را به درستی بخوانید
خازن های الکترولیتی آلومینیومی با از دست دادن الکترولیت پیر می شوند و از دست دادن الکترولیت به دنبال دما است. قانون سرانگشتی استاندارد: طول عمر به ازای هر 10 درجه سانتیگراد تقریباً دو برابر می شود، هسته زیر دمای درجه بندی شده باقی می ماند و برای هر 10 درجه سانتیگراد بالاتر از آن به نصف می رسد. یک خازن 105 درجه سانتیگراد که در دمای 85 درجه سانتیگراد کار میکند، حدود چهار برابر بیشتر از زمانی که رتبهبندی استقامت نشان میدهد، عمر میکند.
دو منبع حرارتی آن دمای هسته را تغذیه میکنند: گرمای محیط داخل محفظه و خود گرمایش جریان موج دار. اندازهگیری دمای کیس در بدترین بار نشان میدهد که کدام یک بر آن غالب است و آیا طراحی حاشیه واقعی باقی گذاشته است - ارزانترین بهبود قابلیت اطمینان در کل فرآیند انتخاب.
در جایی که دسترسی به خدمات گران است - اینورترهای خورشیدی، مبدلهای بادی، ایستگاههای مخابراتی - سریهای با عمر طولانی هزینه آنها را توجیه میکنند. رتبهبندیهای 5000، 7000 یا بیشتر در خانوادههای شعاعی، گیرهدار و پایانههای پیچی رایج است.
موفقیت اندازه گیری دمای کیس در بدترین بار به همان اندازه که این زمینه ارائه می دهد به قابلیت اطمینان رایگان نزدیک است. اگر کیس 10 درجه سانتیگراد کمتر از حداکثر رتبه بندی شده باشد، طول عمر موثر تقریباً در مقایسه با رقم استقامت برگه داده دو برابر می شود.
ضریب فرم و اندازه فیزیکی: محدودیت های عملی
ضریب فرم از سطح قدرت، فناوری مونتاژ و فضای برد پیروی می کند. خازن های شعاعی پیش فرض برای منابع تغذیه، درایورهای LED و مدارهای صوتی هستند. انواع Snap-in در موقعیتهای DC-link با ولتاژ بالا، جایی که ظرفیت خازنی و ریپل بیشتر از چیزی است که یک قطعه شعاعی میتواند به راحتی ارائه دهد، کار میکند. خازن های ترمینال پیچی اتصالات باس بار را امکان پذیر می کنند و آنها را استانداردی برای لینک های DC اینورتر و ذخیره سازی سرتاسری UPS می کند.
در خطوط خودکار، خازن های SMD، پردازش از طریق سوراخ را حذف می کنند و زمان مونتاژ را کوتاه می کنند. انواع SMD پلیمری مزیت ESR پایین را در فرکانس بالا اضافه می کنند که مناسب آداپتورهای فشرده و ماژول های مخابراتی است. سری HDE خازنهای پلیمری سطحی برای اندازههای کوچک با ESR کم و ریپل بالا در ولتاژ پایین ساخته شدهاند - در جاهایی که فضای برد تنگ است و فرکانسهای سوئیچینگ بالا هستند مفید است.
اندازه فیزیکی دروازه نهایی باقی می ماند. یک قطعه 400 ولتی 470 µF تقریباً هیچ اشتراکی با قطعه SMD 16 ولتی 470 µF ندارد به جز نماد میکروفاراد. نمودار اندازه ای که ابعاد کیس را نادیده می گیرد، دفتر را ترک نکرده است.
یک گردش کار اندازهگیری که در تولید پایدار است
ترتیب تصمیم گیری ها مهم است. اول ولتاژ، زیرا رتبه بندی ولتاژ اشتباه زودتر از بین می رود. ظرفیت دوم، زیرا عملکرد مدار را شکل می دهد. ریپل و ESR در مرحله بعد، زیرا آنها تصویر حرارتی را کنترل می کنند. دما و ضریب فرم دوام دارند، زیرا آنها تصمیم می گیرند که آیا قطعه با محیط و فرآیند تولید آن مطابقت دارد یا خیر.
- بدترین شرایط را تعریف کنید: حداکثر ولتاژ باس DC، محدوده دمای محیط، و شکل موج جریان موج دار در خازن.
- ولتاژ را به حدود 80 درصد کاهش دهید، سپس به کلاس استاندارد بعدی بروید - 35 ولت تا 450 ولت و بالاتر.
- ظرفیت خازنی مورد نیاز را از روی نیاز حاکم محاسبه کنید - زمان نگهداری، ولتاژ موج دار یا امپدانس جداسازی - و تلرانس را برای بدترین مقدار اعمال کنید.
- جریان ریپل مورد انتظار را با رتبه بندی سری در فرکانس و محیط خود مقایسه کنید. اگر حاشیه نازک است، اندازه کیس را به سمت بالا ببرید یا به یک سری با ریپل بالا بروید.
- ESR یا امپدانس را در فرکانس سوئیچینگ برای موقعیت های خروجی و جداسازی بررسی کنید.
- طول عمر را با قانون 10 درجه سانتیگراد تخمین بزنید. اگر نتیجه کمتر از عمر طراحی بود، کلاس ولتاژ را افزایش دهید، ریپل را کاهش دهید یا یک سری با عمر طولانی انتخاب کنید.
- اطمینان حاصل کنید که اندازه کیس، سبک ترمینال و روش نصب با برد و خط مونتاژ مطابقت دارد.
با استفاده مداوم، این گردش کار از خرابی مکرر الکترونیک صنعتی جلوگیری می کند: خازنی که از نظر الکتریکی درست است و از نظر حرارتی اشتباه است. خانواده های سریال در سایت سازنده بر اساس فاکتور شکل سازماندهی می شوند، روشی عملی برای مقایسه نامزدها پس از مشخص شدن محدودیت ها.
خطر. طرحی را که در آن جریان موج دار از درجه بندی سری در بدترین حالت بیشتر می شود، آزاد نکنید. خرابی متناوب، وابسته به دما و قابل مشاهده در سایت های مشتری به جای آزمایشگاه خواهد بود.
سایز بندی با قصد
نمودار اندازه خازن بنده خوب و استاد بیچاره ای است. یک مقدار میکروفاراد قابل قبول در اختیار شما قرار می دهد و از مهندس انتظار دارد که هر چیز دیگری را بیاورد: حاشیه ولتاژ، بودجه ریپل، ESR در فرکانس کاری، استقامت در دمای واقعی، و تناسب مکانیکی. وقتی این تصمیمات عمدی باشند، تفاوت بین خازنی که ظرف یک سال از کار میافتد و خازنای که برای یک دهه کار میکند، خوش شانس نیست و تبدیل به یک خازن میشود. تصمیم طراحی .
