newyddion

Mae cynwysyddion yn un o'r cydrannau a ddefnyddir amlaf ar fyrddau cylched. Wrth i nifer y dyfeisiau electronig (o ffonau symudol i geir) barhau i gynyddu, felly hefyd y galw am gynwysyddion. Mae pandemig Covid 19 wedi tarfu ar y gadwyn gyflenwi cydrannau byd-eang o led-ddargludyddion i gydrannau goddefol, ac mae cynwysorau wedi bod yn brin1.
Mae'n hawdd troi trafodaethau ar bwnc cynwysyddion yn llyfr neu'n eiriadur. Yn gyntaf, mae yna wahanol fathau o gynwysorau, megis cynwysyddion electrolytig, cynwysorau ffilm, cynwysorau ceramig ac yn y blaen. Yna, yn yr un math, mae gwahanol ddeunyddiau dielectrig. Mae yna hefyd ddosbarthiadau gwahanol. O ran y strwythur ffisegol, mae yna fathau o gynhwysydd dau derfynell a thri-derfynell. Mae yna hefyd gynhwysydd math X2Y, sydd yn ei hanfod yn bâr o gynwysorau Y wedi'u hamgáu mewn un. Beth am supercapacitors? Y ffaith yw, os byddwch chi'n eistedd i lawr ac yn dechrau darllen canllawiau dewis cynhwysydd gan weithgynhyrchwyr mawr, gallwch chi dreulio'r diwrnod yn hawdd!
Gan fod yr erthygl hon yn ymwneud â'r pethau sylfaenol, byddaf yn defnyddio dull gwahanol fel arfer. Fel y soniwyd yn gynharach, gellir dod o hyd i ganllawiau dewis cynhwysydd yn hawdd ar wefannau cyflenwyr 3 a 4, a gall peirianwyr maes ateb y rhan fwyaf o gwestiynau am gynwysorau fel arfer. Yn yr erthygl hon, ni fyddaf yn ailadrodd yr hyn y gallwch chi ddod o hyd iddo ar y Rhyngrwyd, ond byddaf yn dangos sut i ddewis a defnyddio cynwysyddion trwy enghreifftiau ymarferol. Bydd rhai agweddau llai adnabyddus ar ddewis cynhwysydd, megis diraddio cynhwysedd, hefyd yn cael eu cynnwys. Ar ôl darllen yr erthygl hon, dylai fod gennych ddealltwriaeth dda o'r defnydd o gynwysorau.
Flynyddoedd yn ôl, pan oeddwn yn gweithio mewn cwmni a oedd yn gwneud offer electronig, cawsom gwestiwn cyfweliad ar gyfer peiriannydd electroneg pŵer. Ar y diagram sgematig o'r cynnyrch presennol, byddwn yn gofyn i ddarpar ymgeiswyr "Beth yw swyddogaeth cynhwysydd electrolytig cyswllt DC?" a “Beth yw swyddogaeth y cynhwysydd ceramig sydd wedi'i leoli wrth ymyl y sglodyn?” Gobeithiwn mai'r ateb cywir yw'r cynhwysydd bws DC Defnyddir ar gyfer storio ynni, cynwysorau ceramig yn cael eu defnyddio ar gyfer hidlo.
Mae'r ateb “cywir” a geisiwn mewn gwirionedd yn dangos bod pawb ar y tîm dylunio yn edrych ar gynwysyddion o safbwynt cylched syml, nid o safbwynt theori maes. Nid yw safbwynt theori cylched yn anghywir. Ar amleddau isel (o ychydig kHz i ychydig MHz), gall theori cylched fel arfer esbonio'r broblem yn dda. Mae hyn oherwydd ar amleddau is, mae'r signal yn bennaf yn y modd gwahaniaethol. Gan ddefnyddio theori cylched, gallwn weld y cynhwysydd a ddangosir yn Ffigur 1, lle mae'r gwrthiant cyfres gyfatebol (ESR) ac anwythiad cyfres gyfatebol (ESL) yn gwneud rhwystriant y cynhwysydd yn newid gydag amlder.
Mae'r model hwn yn esbonio perfformiad y gylched yn llawn pan fydd y gylched yn cael ei switsio'n araf. Fodd bynnag, wrth i'r amlder gynyddu, mae pethau'n dod yn fwy a mwy cymhleth. Ar ryw adeg, mae'r gydran yn dechrau dangos aflinoledd. Pan fydd yr amlder yn cynyddu, mae gan y model LCR syml ei gyfyngiadau.
Heddiw, pe bai'r un cwestiwn cyfweliad yn cael ei ofyn i mi, byddwn yn gwisgo fy sbectol arsylwi theori maes ac yn dweud bod y ddau fath o gynhwysydd yn ddyfeisiadau storio ynni. Y gwahaniaeth yw y gall cynwysyddion electrolytig storio mwy o egni na chynwysorau ceramig. Ond o ran trosglwyddo ynni, gall cynwysyddion ceramig drosglwyddo ynni yn gyflymach. Mae hyn yn esbonio pam mae angen gosod cynwysyddion ceramig wrth ymyl y sglodion, oherwydd bod gan y sglodion amlder newid uwch a chyflymder newid o'i gymharu â'r prif gylched pŵer.
O'r safbwynt hwn, gallwn ddiffinio dwy safon perfformiad ar gyfer cynwysyddion. Un yw faint o egni y gall y cynhwysydd ei storio, a'r llall yw pa mor gyflym y gellir trosglwyddo'r egni hwn. Mae'r ddau yn dibynnu ar ddull gweithgynhyrchu'r cynhwysydd, y deunydd dielectrig, y cysylltiad â'r cynhwysydd, ac ati.
Pan fydd y switsh yn y gylched ar gau (gweler Ffigur 2), mae'n nodi bod angen egni ar y llwyth o'r ffynhonnell pŵer. Mae'r cyflymder y mae'r switsh hwn yn cau yn pennu pa mor frys yw'r galw am ynni. Gan fod ynni'n teithio ar gyflymder golau (hanner cyflymder golau mewn deunyddiau FR4), mae'n cymryd amser i drosglwyddo egni. Yn ogystal, mae diffyg cyfatebiaeth rhwystriant rhwng y ffynhonnell a'r llinell drosglwyddo a'r llwyth. Mae hyn yn golygu na fydd egni byth yn cael ei drosglwyddo mewn un daith, ond mewn teithiau crwn lluosog5, a dyna pam pan fydd y switsh yn cael ei newid yn gyflym, byddwn yn gweld oedi a chanu yn y tonffurf newid.
Ffigur 2: Mae'n cymryd amser i egni ymledu yn y gofod; diffyg cyfatebiaeth rhwystriant yn achosi teithiau crwn lluosog o drosglwyddo ynni.
Mae’r ffaith bod cyflenwi ynni yn cymryd amser a theithiau crwn lluosog yn dweud wrthym fod angen inni symud yr ynni mor agos â phosibl at y llwyth, ac mae angen inni ddod o hyd i ffordd i’w gyflwyno’n gyflym. Cyflawnir y cyntaf fel arfer trwy leihau'r pellter corfforol rhwng y llwyth, y switsh a'r cynhwysydd. Cyflawnir yr olaf trwy gasglu grŵp o gynwysyddion gyda'r rhwystriant lleiaf.
Mae theori maes hefyd yn esbonio beth sy'n achosi sŵn modd cyffredin. Yn fyr, mae sŵn modd cyffredin yn cael ei gynhyrchu pan na fodlonir galw ynni'r llwyth wrth newid. Felly, bydd yr ynni a storir yn y gofod rhwng y llwyth a dargludyddion cyfagos yn cael ei ddarparu i gefnogi'r galw cam. Y gofod rhwng y llwyth a dargludyddion cyfagos yw'r hyn a alwn yn gynhwysedd parasitig / cydfuddiannol (gweler Ffigur 2).
Rydym yn defnyddio'r enghreifftiau canlynol i ddangos sut i ddefnyddio cynwysyddion electrolytig, cynwysyddion cerameg amlhaenog (MLCC), a chynwysorau ffilm. Defnyddir theori cylched a maes i egluro perfformiad cynwysorau dethol.
Defnyddir cynwysyddion electrolytig yn bennaf yn y cyswllt DC fel y brif ffynhonnell ynni. Mae'r dewis o gynhwysydd electrolytig yn aml yn dibynnu ar:
Ar gyfer perfformiad EMC, nodweddion pwysicaf cynwysyddion yw nodweddion rhwystriant ac amlder. Mae allyriadau dargludedig amledd isel bob amser yn dibynnu ar berfformiad y cynhwysydd cyswllt DC.
Mae rhwystriant y cyswllt DC yn dibynnu nid yn unig ar ESR ac ESL y cynhwysydd, ond hefyd ar arwynebedd y ddolen thermol, fel y dangosir yn Ffigur 3. Mae ardal dolen thermol fwy yn golygu bod trosglwyddo ynni yn cymryd mwy o amser, felly mae perfformiad bydd yn cael ei effeithio.
Adeiladwyd trawsnewidydd DC-DC cam-i-lawr i brofi hyn. Mae'r gosodiad prawf EMC cyn cydymffurfio a ddangosir yn Ffigur 4 yn perfformio sgan allyriadau wedi'i gynnal rhwng 150kHz a 108MHz.
Mae'n bwysig sicrhau bod y cynwysyddion a ddefnyddir yn yr astudiaeth achos hon i gyd gan yr un gwneuthurwr er mwyn osgoi gwahaniaethau mewn nodweddion rhwystriant. Wrth sodro'r cynhwysydd ar y PCB, gwnewch yn siŵr nad oes gwifrau hir, gan y bydd hyn yn cynyddu ESL y cynhwysydd. Mae Ffigur 5 yn dangos y tri chyfluniad.
Dangosir canlyniadau allyriadau dargludedig y tri chyfluniad hyn yn Ffigur 6. Gellir gweld, o gymharu ag un cynhwysydd 680 µF, bod y ddau gynhwysydd 330 µF yn cyflawni perfformiad lleihau sŵn o 6 dB dros ystod amledd ehangach.
O'r ddamcaniaeth cylched, gellir dweud, trwy gysylltu dau gynhwysydd yn gyfochrog, bod ESL ac ESR yn cael eu haneru. O safbwynt theori maes, nid oes dim ond un ffynhonnell ynni, ond mae dwy ffynhonnell ynni yn cael eu cyflenwi i'r un llwyth, gan leihau'r amser trosglwyddo ynni cyffredinol yn effeithiol. Fodd bynnag, ar amleddau uwch, bydd y gwahaniaeth rhwng dau gynhwysydd 330 µF ac un cynhwysydd 680 µF yn crebachu. Mae hyn oherwydd bod sŵn amledd uchel yn dynodi ymateb ynni cam annigonol. Wrth symud cynhwysydd 330 µF yn agosach at y switsh, rydym yn lleihau'r amser trosglwyddo ynni, sy'n cynyddu ymateb cam y cynhwysydd yn effeithiol.
Mae'r canlyniad yn dweud gwers bwysig iawn wrthym. Yn gyffredinol, ni fydd cynyddu cynhwysedd un cynhwysydd yn cefnogi'r galw mawr am fwy o ynni. Os yn bosibl, defnyddiwch rai cydrannau capacitive llai. Mae yna lawer o resymau da am hyn. Y cyntaf yw cost. Yn gyffredinol, ar gyfer yr un maint pecyn, mae cost cynhwysydd yn cynyddu'n esbonyddol gyda'r gwerth cynhwysedd. Gall defnyddio cynhwysydd sengl fod yn ddrutach na defnyddio sawl cynhwysydd llai. Yr ail reswm yw maint. Y ffactor cyfyngu mewn dylunio cynnyrch fel arfer yw uchder y cydrannau. Ar gyfer cynwysyddion gallu mawr, mae'r uchder yn aml yn rhy fawr, nad yw'n addas ar gyfer dylunio cynnyrch. Y trydydd rheswm yw perfformiad yr EMC a welsom yn yr astudiaeth achos.
Ffactor arall i'w ystyried wrth ddefnyddio cynhwysydd electrolytig yw pan fyddwch chi'n cysylltu dau gynhwysydd mewn cyfres i rannu'r foltedd, bydd angen gwrthydd cydbwyso 6 arnoch chi.
Fel y soniwyd yn gynharach, mae cynwysyddion ceramig yn ddyfeisiadau bach a all ddarparu ynni'n gyflym. Yn aml gofynnir y cwestiwn i mi “Faint o gynhwysydd sydd ei angen arnaf?” Yr ateb i'r cwestiwn hwn yw na ddylai'r gwerth cynhwysedd fod mor bwysig ar gyfer cynwysyddion ceramig. Yr ystyriaeth bwysig yma yw penderfynu ar ba amlder y mae'r cyflymder trosglwyddo ynni yn ddigon ar gyfer eich cais. Os bydd yr allyriadau dargludol yn methu ar 100 MHz, yna bydd y cynhwysydd gyda'r rhwystriant lleiaf ar 100 MHz yn ddewis da.
Mae hyn yn gamddealltwriaeth arall o MLCC. Rwyf wedi gweld peirianwyr yn treulio llawer o egni yn dewis cynwysyddion ceramig gyda'r ESR ac ESL isaf cyn cysylltu'r cynwysyddion â'r pwynt cyfeirio RF trwy olion hir. Mae'n werth nodi bod ESL MLCC fel arfer yn llawer is na'r anwythiad cysylltiad ar y bwrdd. Anwythiad cysylltiad yw'r paramedr pwysicaf o hyd sy'n effeithio ar rwystriant amledd uchel cynwysorau ceramig7.
Mae Ffigur 7 yn dangos enghraifft wael. Mae olion hir (0.5 modfedd o hyd) yn cyflwyno o leiaf 10nH anwythiad. Mae canlyniad yr efelychiad yn dangos bod rhwystriant y cynhwysydd yn dod yn llawer uwch na'r disgwyl ar y pwynt amlder (50 MHz).
Un o'r problemau gyda MLCCs yw eu bod yn tueddu i atseinio gyda'r strwythur anwythol ar y bwrdd. Gellir gweld hyn yn yr enghraifft a ddangosir yn Ffigur 8, lle mae defnyddio MLCC 10 µF yn cyflwyno cyseiniant o tua 300 kHz.
Gallwch leihau cyseiniant trwy ddewis cydran gyda ESR mwy neu roi gwrthydd gwerth bach (fel 1 ohm) mewn cyfres gyda chynhwysydd. Mae'r math hwn o ddull yn defnyddio cydrannau coll i atal y system. Dull arall yw defnyddio gwerth cynhwysedd arall i symud y cyseiniant i bwynt cyseiniant is neu uwch.
Defnyddir cynwysyddion ffilm mewn llawer o gymwysiadau. Nhw yw'r cynwysyddion o ddewis ar gyfer trawsnewidwyr DC-DC pŵer uchel ac fe'u defnyddir fel hidlwyr atal EMI ar draws llinellau pŵer (AC a DC) a chyfluniadau hidlo modd cyffredin. Rydym yn cymryd cynhwysydd X fel enghraifft i ddangos rhai o'r prif bwyntiau o ddefnyddio cynwysorau ffilm.
Os bydd digwyddiad ymchwydd yn digwydd, mae'n helpu i gyfyngu ar y straen foltedd brig ar y llinell, felly fe'i defnyddir fel arfer gydag atalydd foltedd dros dro (TVS) neu varistor metel ocsid (MOV).
Efallai eich bod eisoes yn gwybod hyn i gyd, ond a oeddech chi'n gwybod y gellir lleihau gwerth cynhwysedd cynhwysydd X yn sylweddol gyda blynyddoedd o ddefnydd? Mae hyn yn arbennig o wir os defnyddir y cynhwysydd mewn amgylchedd llaith. Rwyf wedi gweld gwerth cynhwysedd y cynhwysydd X yn gostwng i ychydig y cant o'i werth graddedig o fewn blwyddyn neu ddwy yn unig, felly collodd y system a ddyluniwyd yn wreiddiol gyda'r cynhwysydd X yr holl amddiffyniad a allai fod gan y cynhwysydd pen blaen.
Felly, beth ddigwyddodd? Gall aer lleithder ollwng i'r cynhwysydd, i fyny'r wifren a rhwng y blwch a'r cyfansawdd potio epocsi. Yna gellir ocsideiddio'r meteleiddio alwminiwm. Mae alwmina yn ynysydd trydanol da, a thrwy hynny leihau cynhwysedd. Mae hon yn broblem y bydd pob cynwysorau ffilm yn dod ar ei thraws. Y mater yr wyf yn sôn amdano yw trwch ffilm. Mae brandiau cynhwysydd ag enw da yn defnyddio ffilmiau mwy trwchus, gan arwain at gynwysorau mwy na brandiau eraill. Mae'r ffilm deneuach yn gwneud y cynhwysydd yn llai cadarn i orlwytho (foltedd, cerrynt, neu dymheredd), ac mae'n annhebygol o wella ei hun.
Os nad yw'r cynhwysydd X wedi'i gysylltu'n barhaol â'r cyflenwad pŵer, yna nid oes angen i chi boeni. Er enghraifft, ar gyfer cynnyrch sydd â switsh caled rhwng y cyflenwad pŵer a'r cynhwysydd, gall maint fod yn bwysicach na bywyd, ac yna gallwch ddewis cynhwysydd teneuach.
Fodd bynnag, os yw'r cynhwysydd wedi'i gysylltu'n barhaol â'r ffynhonnell pŵer, rhaid iddo fod yn ddibynadwy iawn. Nid yw ocsidiad cynwysorau yn anochel. Os yw'r deunydd epocsi cynhwysydd o ansawdd da ac nad yw'r cynhwysydd yn aml yn agored i dymheredd eithafol, dylai'r gostyngiad mewn gwerth fod yn fach iawn.
Yn yr erthygl hon, yn gyntaf cyflwynodd y maes theori barn cynwysorau. Mae enghreifftiau ymarferol a chanlyniadau efelychu yn dangos sut i ddewis a defnyddio'r mathau mwyaf cyffredin o gynhwysyddion. Gobeithio y gall y wybodaeth hon eich helpu i ddeall rôl cynwysorau mewn dylunio electronig ac EMC yn fwy cynhwysfawr.
Dr. Min Zhang yw sylfaenydd a phrif ymgynghorydd EMC Mach One Design Ltd, cwmni peirianneg yn y DU sy'n arbenigo mewn ymgynghori, datrys problemau a hyfforddi EMC. Mae ei wybodaeth fanwl mewn electroneg pŵer, electroneg ddigidol, moduron a dylunio cynnyrch wedi bod o fudd i gwmnïau ledled y byd.
In Compliance yw'r brif ffynhonnell newyddion, gwybodaeth, addysg ac ysbrydoliaeth ar gyfer gweithwyr proffesiynol peirianneg drydanol ac electronig.
Cyfathrebu Modurol Awyrofod Defnyddwyr Electroneg Addysg Diwydiant Ynni a Phŵer Technoleg Gwybodaeth Amddiffyn Meddygol Milwrol a Chenedlaethol