Какой конденсатор: типы и принципы работы — Техника на vc.ru

типы и принципы работы — Техника на vc.ru

Конденсаторы — это пассивные элементы обвязки полупроводниковых компонентов в электронных схемах. Их большое разнообразие обусловлено набором качественных характеристик по отношению к габаритам, условиям эксплуатации и стоимости.

1386 просмотров

В зависимости от назначения и требуемых характеристик используют определенный тип конденсаторов. Вместе с «ЗУМ-СМД» рассмотрим свойства некоторых типов.

Свойства конденсаторов

Для каждого типа конденсатора свойственны определенные наборы параметров:

• Габариты и удельный вес — влияют на компактность устройства.
• Ёмкость измеряется в фаррадах.
• Максимальное напряжение — предельная величина разности потенциала на обкладках конденсатора (указывается с запасом).
• Ток утечки — величина тока саморазряда конденсатора (имеет ощутимые значения только у некоторых типах конденсаторов.
• Тангенс угла диэлектрических потерь — добротность конденсатора.
• Стоимость — в зависимости от требований, предъявленных к конденсатору, имеет смысл применения определенного класса изделия.

Ёмкость — это основная характеристика прибора. Она зависит от диэлектрической проницаемости изоляционного материала, расположенного между пластинами (обкладками) конденсатора. Также эта характеристика увеличивается с повышением площади совместного расположения пластин и уменьшением расстояния между ними.

Конденсаторы подразделяются по типу монтажа:

• С креплением в отверстия печатной платы — выводы могут быть с одной стороны корпуса или с обоих.
• С болтовым креплением — выводы с одной стороны.
• Для поверхностного крепления (SMD) — короткие выводы, расположенные на одной боковой плоскости.

Классификация конденсаторов

Конденсаторы классифицируются на электролитические, керамические и полимерные и отличаются материалом диэлектрика и пластин (обкладок), а также конструкцией устройства.

Для увеличения емкости электролитические конденсаторы используют электролит, который позволяет уменьшить расстояние между обкладками конденсатора. Они обладают поляризацией, на корпусе, возле одного из электродов указывается обозначение его полярности. Делятся электролитические конденсаторы:

• на жидкостные;
• сухие;
• оксидно-металлические;
• оксидно-полупроводниковые.

Алюминиевые электролитические конденсаторы являются наиболее дешевыми с относительно большой емкостью, но ограничены максимальным напряжением. Их диапазон составляет от 6,3 В до 500 В, могут иметь некоторый ток утечки, до 1 — 2 мА, у качественных моделей 0,05 — 0,1 мА. Внешней отличительной особенностью является крестовая насечка на поверхности противоположной выводам или кольцевой надрез на цилиндрическом корпусе устройства с выводами по обе стороны. Это предотвращает взрыв конденсатора при испарении электролита в случае пробоя диэлектрика.

Танталовые конденсаторы имеют электролит, находящийся в твердом или жидком состоянии. Отличаются от алюминиевых высокими частотными характеристиками и меньшим током утечки, но и естественно большей стоимостью. Некоторые модели очень схожи с вышеописанными, но не имеют насечек. Линейка номиналов до 1000 мкФ и до 100 В.

Из неэлектролитических конденсаторов можно выделить:

• керамические однослойные;
• керамические многослойные;
• высоковольтные керамические;
• полиэстеровые;
• полиэтилентерефталатовые;
• лавсановые;
• полиропиленовые и др.

Они отличаются меньшей удельной емкостью, незначительным током утечки и тангенсом угла диэлектрических потерь.

Компания «ЗУМ-СМД» имеет богатый опыт сотрудничества с производителями конденсаторов различной классификации. Бренды имеют высокое качество продукции, выпущенной на высокотехнологичном оборудовании.

Как выбрать конденсатор?

Во время работы над разделом о конденсаторах я подумал, что было бы полезно объяснить, почему один тип конденсаторов может быть заменен другим. Это важный вопрос, так как существует множество факторов (температурные характеристики, тип корпуса и так далее), которые делают тот или иной тип конденсаторов (электролитический, керамический и пр.) наиболее предпочтительным для вашего проекта.

В статье будут рассмотрены популярные типы конденсаторов, их достоинства и особенности, а также области применения. В каждом разделе помещены ссылки на результаты поисковых запросов для некоторых серий наиболее популярных конденсаторов из каталога компании Терраэлектроника.

Например, результат поиска для DIP конденсаторов  c рабочим напряжением 450 В серии HP3 производства компании Hitachi с емкостью 56…680 мкФ приведен на Рис.1.

Рис. 1. Результат поискового запроса для  имеющихся на складе конденсаторов серии HP3 с рабочим напряжением 450 В от Hitachi  с емкостью в диапазоне  56…560 мкФ

Конденсаторы (Рис. 2) представляют собой двухвыводные компоненты, используемые для фильтрации, хранения энергии, подавления импульсов напряжения и других задач. В самом простом случае они состоят из двух параллельных пластин, разделенных изоляционным материалом, называемым диэлектриком.

Рис. 2. Конденсаторы различных типов

Конденсаторы хранят электрический заряд. Единицей емкости является Фарад (Ф). Это название было дано в честь Майкла Фарадея, который в свое время стал пионером в области практического использования конденсаторов.

Конденсаторы могут быть полярными и неполярными. К полярным относятся почти все электролитические и танталовые конденсаторы. Они должны подключаться с учетом полярности напряжения. Если перепутать выводы «-» и «+», то это приведет к короткому замыканию. К неполярным относятся керамические, слюдяные и пленочные конденсаторы. Они могут работать при любой полярности приложенного напряжения, что делает их подходящими для применения в цепях переменного тока.

Несмотря на широкое распространение конденсаторов, выбор конкретной модели бывает достаточно сложным. Вы можете знать емкость и рабочее напряжение, которые требуются в вашем проекте, но у конденсаторов есть и множество других характеристик, таких как полярность, температурный коэффициент, стабильность, последовательное эквивалентное сопротивление (ESR) и так далее. Это делает каждый конкретный тип конденсаторов пригодным для конкретного приложения. Ниже перечислены наиболее популярные типы конденсаторов с кратким описанием их достоинств и особенностей.

Типы конденсаторов

Существует несколько типов конденсаторов, которые отличаются электрическими характеристиками и стоимостью. Ниже приведено описание наиболее популярных типов конденсаторов: алюминиевых электролитических, керамических, танталовых, пленочных, слюдяных и полимерных (твердотельных). Кроме того, для каждого типа представлены наиболее подходящие приложения, а также информация о корпусных исполнениях и примеры конкретных серий.

Рис. 3. Алюминиевый электролитический конденсатор

Описание: алюминиевые электролитические конденсаторы (Рис. 3) являются полярными, поэтому их нельзя использовать в цепях переменного напряжения. Они могут иметь высокую номинальную емкость, но отклонение от номинала обычно составляет до 20%.

Приложения: алюминиевые электролитические конденсаторы оптимальны для приложений, которые не требуют высокой точности и работы с переменными напряжениями. Чаще всего они применяются в качестве развязывающих конденсаторов в источниках питания, то есть для уменьшения пульсаций напряжения. Они также широко используются в импульсных DC/DC-преобразователях напряжения.

Корпусное исполнение: как для монтажа в отверстия, так и для поверхностного монтажа.

Примеры:

Для монтажа в отверстия:

• 25 В серия TKR производства Jamicon с диапазоном доступных емкостей 10…5000 мкФ.
• 50 В серия ECA-1HM  от Panasonic с диапазоном доступных емкостей 4.7…3300 мкФ.
• 450 В серия HP32 от Hitachi AIC с диапазоном доступных емкостей 56…1000 мкФ.

Для поверхностного монтажа:

• 16 В серия EEE-FK от Panasonic с диапазоном доступных емкостей 10…4700 мкФ.
• 50 В серия CA050 от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,22…220 мкФ.

Рис.4. Керамические конденсаторы

Описание

: существует два основных типа керамических конденсаторов (Рис. 4): многослойные чип-конденсаторы (MLCC) и керамические дисковые. MLCC пользуются большой популярностью и широко применяются в электронных устройствах, поскольку обладают высокой стабильностью и малым уровнем потерь. Они отличаются низким последовательным сопротивлением (ESR) и минимальной погрешностью номинала по сравнению с электролитическими или танталовыми конденсаторами. Вместе с тем их максимальная емкость невелика и достигает всего нескольких десятков мкФ. Из-за высокой удельной емкости MLCC имеют очень малые габариты и отлично подходят для размещения на печатных платах.

Приложения: поскольку керамические конденсаторы являются неполярными, то их можно применять в цепях переменного тока. Они широко используются в качестве «универсальных» конденсаторов, например, для высокочастотной развязки, фильтрации, подстройки резонаторов и подавления электромагнитных помех. Как MLCC, так и керамические дисковые конденсаторы подразделяются на два класса:

Керамические конденсаторы I класса – точные (+/- 5%) и стабильные конденсаторы с минимальной зависимостью емкости от температуры. Конденсаторы NP0/C0G отличаются минимальным температурным коэффициентом 30 ppm/K. К сожалению, их максимальная емкость ограничена несколькими нанофарадами (нФ). Поскольку они очень стабильны и точны, то их чаще всего используют в системах с частотным регулированием, например, в резонансных схемах для радиочастотных приложений.

Керамические конденсаторы II класса менее точны, но обеспечивают более высокую удельную емкость (номинальные значения — до десятков мкФ) и, следовательно, подходят для фильтрации и развязки. Среди их недостатков можно отметить большой коэффициент напряжения. Например, даже при приложении напряжения, равного половине рабочего, обычно наблюдается снижение емкости на 50%.

• X5R может работать в диапазоне — 55…85°C с изменением емкости +/- 15%;
• X7R может работать в диапазоне — 55…125°C с изменением емкости +/- 15%;
• Y5V — в диапазоне от — 30…+ 85°C с изменением емкости -20/ +80%.

Корпусные исполнения: наиболее распространены корпуса для поверхностного монтажа 0201, 0402, 0603, 0805, 1206 и 1812. Цифры обозначают габаритные размеры в дюймовой системе. Например, 0402 составляет 0,04х0,02″, 0603 — 0,06х0,03″ и так далее.

Примеры:

Тип NP0/C0G:

• 0402 — серия CC0402JRNPO9 производства компании Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,01…1 нФ;
• 0603 — серия CC0603JRNPO9 от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,008…2,7 нФ.

Тип X7R:

• 0402 — серия CC0402KRX7R9BB от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,1…10 нФ;
• 0603 — серия CC0603KRX7R7BB от Yageo с диапазоном доступных емкостей 0,1…1 мкФ;
• 1206 — серия GRM31 от Murata с диапазоном доступных емкостей 470 пф…22 мкФ;
• 0805 — серия CL21 от Samsung с диапазоном доступных емкостей 150 пф…10 мкФ.

Для монтажа в отверстия:

• Серия C315C производства компании Kemet с диапазоном доступных емкостей 1 пФ …1 мкФ.

Танталовые конденсаторы

Рис. 5. Танталовые конденсаторы

Описание: танталовые конденсаторы (Рис. 5) – это подтип электролитических конденсаторов с высоким уровнем поляризации. При их использовании необходимо проявлять осторожность, поскольку они имеют склонность к катастрофическим отказам даже при воздействии импульсов напряжения с амплитудой, лишь немного превышающей номинальное рабочее напряжение. Танталовые конденсаторы могут иметь высокую номинальную емкость и отличаются высокой временной стабильностью. Они меньше по размеру, чем алюминиевые электролитические конденсаторы той же емкости. Но алюминиевые электролиты могут выдерживать более высокие максимальные напряжения.

Приложения: из-за малого тока утечки, стабильности и высокой емкости танталовые конденсаторы часто используются в схемах выборки-хранения, в которых требуется обеспечивать минимальный ток утечки для продолжительного хранения заряда. Также, благодаря малым размерам и долговременной стабильности, они применяются для фильтрации по цепям питания.

Корпусные исполнения: танталовые конденсаторы выпускаются как для монтажа в отверстия, так и для поверхностного монтажа (SMD). Тем не менее, чаще всего используются именно SMD-компоненты. В дюймовой системе типоразмер А соответствует размеру 1206 (0,12х0,06″), типоразмер В соответствует размеру 1210, типоразмер C соответствует размеру 2312, типоразмер D — размеру 2917.

Примеры:

• Типоразмер A: серия TAJA от AVX с диапазоном доступных емкостей 1…10 мкФ;
• Типоразмер B: серия TAJB от AVX с диапазоном доступных емкостей 10…47 мкФ;
• Типоразмер C: серия TAJC от AVX с диапазоном доступных емкостей 47…220 мкФ;
• Типоразмер D: серия TAJD от AVX с диапазоном доступных емкостей 220…680 мкФ;
• Типоразмер A-E: серия 293D компании Vishay с диапазоном доступных емкостей 0,1…1000 мкФ;
• Типоразмер A-X: серии T491 компании Vishay с диапазоном доступных емкостей 0,1…1000 мкФ.

Пленочные конденсаторы

Рис. 6. Пленочные конденсаторы

Описание: пленочные конденсаторы (Рис. 6) являются неполярными, что позволяет использовать их в цепях переменного напряжения. Они отличаются малыми значениями эквивалентного сопротивления (ESR) и последовательной индуктивности (ESL).

Приложения: пленочные конденсаторы часто применяются в схемах с аналого-цифровыми преобразователями. Кроме того, они способны работать с высоким пиковым током и, таким образом, могут применяться в снабберных цепочках для фильтрации индуктивных выбросов напряжения в DC/DC-преобразователях.

Примеры:

• серия B32021 производства компании EPCOS с диапазоном доступных емкостей 1 нФ…10 нФ и рабочим напряжением 300В AC.
• серия ECHU от Panasonic c диапазоном доступных емкостей 0,1 нФ…220 нФ и рабочим напряжением 16 В и 50 В DC.

Слюдяные конденсаторы

Рис. 7. Слюдяной конденсатор

Описание: слюдяные конденсаторы (Рис. 7) являются неполярными, отличаются малой величиной потерь, высокой стабильностью и обладают отличными характеристиками на высоких частотах.

Приложения: эффективны при работе в составе радиочастотных схем. Они могут стоить несколько долларов за штуку, поэтому в маломощных приложениях чаще используют керамические конденсаторы. Однако слюдяные конденсаторы благодаря высокому напряжению пробоя остаются практически незаменимыми для таких приложений, как  радиопередатчики высокой мощности.

Примеры:

• серия CD производства CDE с диапазоном доступных емкостей 0,001…47 нФ (монтаж в отверстия) рабочим напряжением до 500 В .

Полимерные (твердотельные) конденсаторы

Рис. 8. Полимерные (твердотельные) конденсаторы

Описание: твердотельные конденсаторы являются полярными, так же как и другие электролитические конденсаторы, но имеют ряд преимуществ, например, меньшие потери благодаря низкому последовательному сопротивлению ESR и длительный срок службы. Для обычных алюминиевых электролитов существует риск высыхания электролита при низких температурах, но твердотельные конденсаторы благодаря применению твердого полимерного диэлектрика обладают высокой надежностью даже при очень низких температурах.

Приложения: используются вместо электролитов в высококачественных материнских платах и DC/DC-преобразователях.

Примеры:

• серия OS-CON производства Panasonic с диапазоном доступных емкостей 3,3…2700 мкФ. 

• серия SP-Cap производства Panasonic с диапазоном доступных емкостей 10…560 мкФ в SMD исполнении. 

• серия ECAS производства компании Murata с диапазоном доступных емкостей 10…150 мкФ.

Конденсаторные сборки

Описание: конденсаторная сборка (capacitor array)  — это группа конденсаторов, конструктивно объединенных в одном корпусе, причем любой из конденсаторов может быть отдельно от остальных подключен к внешней цепи. Существует много различных типов сборок, которые отличаются количеством конденсаторов, типом диэлектрика, величиной отклонения емкости конденсатора от номинального значения, максимальным рабочим напряжением, типом корпуса и др.

Приложения: конденсаторные сборки широко применяются в мобильной и носимой аппаратуре, в материнских платах компьютеров и цифровых приставках, в радиочастотных модемах и усилителях, в автомобильных и медицинских приложениях и т.д.

Корпусные исполнения: конденсаторные сборки выпускаются как в DIP корпусах, так и в SMD исполнении. Наиболее популярные типоразмеры сборок для поверхностного монтажа 0508, 0612, 0805 представлены в нашем каталоге.

Примеры:

• Серия CA конденсаторных сборок общего назначения от компании Yageo типоразмера 0612 с диапазоном доступных емкостей от 22 пФ до 100 нФ.

Подобрать необходимый конденсатор в каталоге Терраэлектроники можно двумя способами:

1. использовать параметрический поиск в соответствующем разделе каталога, для чего необходимо зайти в раздел конденсаторов, выбрать соответствующий задаче тип конденсатора, а далее заполнить ряд фильтров с параметрами. Фрагмент скриншота поиска MLCC конденсатора с параметрами: номиналом 1 нФ, точностью 10 %, диэлектриком X7R, напряжением  250 В и корпусом 0805 представлен на Рис. 9.
2. воспользоваться интеллектуальным поиском конденсатора по параметрам. Для этого достаточно скопировать строку из спецификации “Конденсатор 1 нФ, X7R, 10%, 250 В, 0805″ или ввести «1n X7R 10% 250V 0805» в строку поиска и получить тот же самый  список подходящих по указанным параметрам компонентов.

Рис. 9. Фрагмент скриншота сервиса поиска конденсатора

Заключение

В данном руководстве были рассмотрены некоторые наиболее популярные типы конденсаторов. Кроме них существуют суперконденсаторы, кремниевые конденсаторы, оксид-ниобиевые и подстрочные конденсаторы, которые обладают уникальными преимуществами по величине емкости, уровню надежности или возможности подстройки. Однако в большинстве электронных схем вы чаще всего увидите один из шести рассмотренных выше типов конденсаторов.
 

Автор: Санкет Гупта Перевод: Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)

Разделы: Конденсаторы керамические, Пленочные конденсаторы

Опубликовано: 15.03.2018

Как каждый раз выбирать правильные типы конденсаторов

You are here: Home / Конденсаторы / Как правильно выбирать типы конденсаторов

13 ноября 2012 г. Автор: Øyvind Nydal Dahl 30 комментариев

«Какие типы конденсаторов выбрать?»

Этот вопрос задают многие новички. Я дам вам простой ответ на этот вопрос, не вдаваясь во все детали. После прочтения этого, моя цель состоит в том, чтобы вы могли пойти и найти нужный вам конденсатор прямо сейчас.

Поляризация

Прежде всего, мы сводим это к двум типам конденсаторов:

• Поляризованный конденсатор
• Неполяризованный конденсатор

Разница между поляризованным конденсатором и неполяризованным конденсатором заключается в том, что поляризованный конденсатор имеет положительную и отрицательную стороны. Таким образом, он должен быть размещен с положительным контактом, где самое положительное напряжение. Вы можете разместить неполяризованный конденсатор как угодно.

Вам нужен поляризованный конденсатор? Или неполяризованный конденсатор? Чтобы понять это, посмотрите на свою схему. Какой символ конденсатора используется?

Это не поляризованные конденсаторы:

Это поляризованные конденсации:

777777779. нужно нечто, называемое «электролитическим» конденсатором. Существует два типа электролитических конденсаторов:

• Алюминий
• Тантал

Алюминий

Наиболее распространены алюминиевые конденсаторы. Он также является самым дешевым из двух. Алюминиевые колпачки обычно поставляются в виде сквозных компонентов. Но вы также можете найти некоторые версии для поверхностного монтажа. Выбирайте алюминиевые колпачки, если у вас нет особых требований.

Тантал

Если вам нужен меньший по размеру и более прочный конденсатор, вам следует выбрать танталовый тип.

Колпачки из тантала доступны в небольших упаковках для поверхностного монтажа. Они могут работать в широком диапазоне температур. Обратите внимание, что некоторые танталовые колпачки также поставляются в неполяризованных версиях.

Неполяризованные конденсаторы

Если вам нужен неполяризованный конденсатор, ищите либо керамический, либо пленочный конденсатор.

Керамические колпачки маленькие и дешевые. Это наиболее распространенный выбор для неполяризованных конденсаторов. Они часто используются в качестве развязывающих конденсаторов.

Если у вас есть какие-либо особые требования, такие как низкая устойчивость, высокая надежность или конденсатор, способный работать при высоких температурах, выберите пленочный конденсатор. Это намного лучше для этого.

Колпачки из пленки могут быть изготовлены из полистирола, поликарбоната или тефлона. У каждого из них есть свои свойства, но это выходит за рамки этой страницы.

Другие типы конденсаторов

Существует также несколько других типов конденсаторов, но вышеперечисленные являются наиболее распространенными. Вы используете другие типы, только если у вас есть особые требования. Например, если вам нужен конденсатор с очень большой емкостью, вам нужен суперконденсатор.

Дополнительные руководства по конденсаторам

Рубрики: Конденсаторы

Как правильно выбрать конденсаторы

Конденсатор есть везде. В источниках питания, светодиодном освещении, в коммерческой электронике, в обработке сигналов и т. д. вам нужен конденсатор. Какова его конкретная роль в принципе? Конденсатор выполняет несколько функций. Это устранит проблемы с шумом в цепи, работая как фильтр. Это основная часть низкочастотных, высокочастотных, полосовых, полосовых заградительных фильтров и так далее. Также очень важно при выпрямлении получить прямолинейное напряжение постоянного тока. В источниках питания конденсатор действует как устройство накопления энергии. Много приложений для этой простой электронной части. Я больше не буду обсуждать здесь, из чего состоят конденсаторы, а просто сосредоточусь на том, как выбирать конденсаторы.

Как выбрать конденсаторы – важные факторы

Существуют важные параметры, которые необходимо учитывать при выборе конденсатора для вашей схемы. Либо хочешь на чип, либо на сквозной. Либо пленочный, либо электролитический и так далее. Давайте обсудим все соображения здесь.

1. Как выбрать конденсатор

Емкость

Емкость – это электрическое свойство конденсатора. Таким образом, это соображение номер один при выборе конденсатора. Какая емкость вам нужна? Ну, это зависит от вашего приложения. Если вы собираетесь фильтровать на выходе выпрямленное напряжение, то вам наверняка понадобится большая емкость. Однако, если конденсатор предназначен только для фильтрации шума сигнала в слабой сигнальной цепи, тогда подойдет небольшая емкость от пико до нанофарад. Итак, знайте свое приложение.

Предположим, приложение действительно предназначено для фильтрации выпрямленного напряжения, тогда вам нужна большая емкость в сотни микрофарад. Вы можете делать пробы и ошибки, пока напряжение пульсаций не будет соответствовать требованиям. Или вы можете сделать расчеты для начала.

Для мостового и двухполупериодного выпрямителя требуемая емкость может быть рассчитана, как показано ниже.

Cmin = ток нагрузки / (напряжение пульсаций x частота)

Где;

Cmin – минимальная необходимая емкость

Ток нагрузки — это просто нагрузка выпрямителя

Напряжение пульсаций — это размах колебаний напряжения при измерении на выходе выпрямителя

Частота — для мостового и двухполупериодного выпрямителя это удвоенная частота сети.

Пример:

Схема ниже представляет собой мостовой выпрямитель с входным напряжением 120 В (среднеквадратичное значение) при частоте 60 Гц, током нагрузки 2 А и требуемым напряжением пульсаций 43 В от пика до пика. Мы оценим, какой должна быть минимальная емкость, необходимая для C1.

Цепь мостового выпрямителя

Cmin = ток нагрузки / (напряжение пульсаций X частота)

Cmin = 2A / (43 В x 2 x 60 Гц) = 387 мкФ

На основе приведенного ниже моделирования размах напряжения пульсаций при использовании 387 мкФ равен 35,5 В. Оно близко к 43В. Поскольку результатом расчета является минимальная емкость, при выборе емкости с более высоким значением напряжение пульсаций еще больше уменьшится.

2.

Допуск – также фактор при выборе конденсатора

Помимо емкости, при выборе конденсатора следует также учитывать допуск. Если ваше приложение очень критично, рассмотрите очень маленький допуск. Конденсаторы поставляются с несколькими вариантами допуска, такими как 5%, 10% и 20%. Это ваш звонок, что есть что. Более высокий допуск в большинстве случаев дешевле, чем деталь с более низким допуском. Вы всегда можете использовать часть с допуском 20% и просто добавить больше запаса в свой дизайн.

3. Как выбрать конденсаторы

Номинальное напряжение

Конденсатор повреждается при перенапряжении. Таким образом, при выборе конденсатора необходимо учитывать напряжение. Вам нужно знать уровень напряжения, где конденсатор должен быть установлен. Конденсатор в большинстве случаев устанавливается параллельно цепи, устройству или подсхеме. Хотя случаев последовательной установки конденсатора немного. В своих конструкциях я не допускаю перенапряжения более 75% . Это означает, что если фактическое напряжение цепи составляет 10 В, минимальное напряжение конденсатора, которое я выберу, равно 13,33 В (10 В/0,75). Однако такого напряжения нет. Итак, я перейду на следующий более высокий уровень, который составляет 16 В. Можно ли использовать 20В, 25В или даже выше? Ответ положительный. Это зависит от вашего бюджета, потому что чем выше напряжение, тем дороже конденсатор. Это также будет зависеть от требований к физическому размеру. Физический размер конденсатора в большинстве случаев прямо пропорционален номинальному напряжению.

Например, в приведенном выше образце схемы максимальный уровень напряжения на конденсаторе соответствует пиковому уровню 120 В (среднеквадратичное значение), которое составляет около 170 В (1,41 X 120 В). Итак, номинальное напряжение конденсатора должно быть 226,67 В (170/0,75). И я выберу стандартное значение, близкое к этому.

4. Выбор конденсатора

Номинальный ток – Знайте пульсирующий ток

Если вы не увлекаетесь электроникой или какое-то время не работаете в полевых условиях, возможно, вы не знакомы с термином пульсирующий ток. Это термин, обозначающий ток, который будет проходить через конденсатор. В идеальном случае на конденсатор не будет протекать ток, когда он установлен на линии постоянного напряжения. Однако, если фактическое напряжение на конденсаторе не является чистым постоянным током, например, есть небольшие колебания напряжения, это приведет к пульсациям тока. Для схемы малой мощности и изменения напряжения очень незначительны, вам не следует беспокоиться об этом номинальном токе пульсаций.

Однако для конденсаторов, установленных для фильтрации пульсирующего постоянного тока от выпрямителя, пульсирующий ток имеет решающее значение. Чем выше нагрузка, тем выше ток пульсаций. Итак, как выбрать конденсаторы для этого приложения? Для выпрямления в большинстве случаев требуется большая емкость, чтобы получить напряжение, близкое к прямолинейному. Таким образом, первым вариантом является рассмотрение электролитического конденсатора. В некоторых приложениях, где ток пульсаций очень высок, электролитический конденсатор больше не будет работать, так как его ток пульсаций меньше. В этом случае выбираются пленочные конденсаторы, так как они имеют очень высокий номинальный пульсирующий ток. Недостатком, однако, является то, что емкость ограничена несколькими микрофарадами, поэтому нужно больше их параллельно. Учитывая приведенную ниже схему выпрямителя, конденсатор фильтра 330 мкФ и нагрузку 2 А от источника переменного тока 120 В (среднеквадратичное значение) при частоте 60 Гц. Это то же самое, что и приведенная выше схема, но перерисованная и смоделированная в LTspice. LTspice — это бесплатный инструмент моделирования цепей от Linear Technology. Если вы хотите узнать, как выполнять моделирование в LTspice, прочитайте статью Учебники по моделированию цепей LTSpice для начинающих.

Смоделированный пульсирующий ток равен 3,4592A .

Двухполупериодный выпрямитель

Если вы не знакомы с моделированием, вы можете оценить фактические пульсации тока, используя приведенное ниже уравнение.

Пульсация = C X dV X Частота

Где;

Iripple – это фактический пульсирующий ток, протекающий через конденсатор

C – емкость в цепи

dV – это изменение входного напряжения от нуля до максимума

Frequency – это частота переменного напряжения (не частота выпрямленного сигнала)

Выполним расчет приведенных выше данных:

Пульсация = C X dV X Частота

Пульсация = 330 мкФ X (170–0 В) X 60 Гц = 3,366 А

Значение очень близко к расчетному значению результат. Тогда я рассмотрю здесь максимальное текущее напряжение 75%. Итак, выбранный конденсатор должен иметь номинал пульсаций тока не менее 4,5А (3,366А/0,75).

5.

Учитывайте рабочую температуру при выборе конденсаторов

Факторы окружающей среды также необходимо учитывать при выборе конденсаторов. Если ваш продукт будет подвергаться воздействию температуры окружающей среды 100°C, не используйте конденсатор, рассчитанный только на 85°C. Аналогичным образом, если минимальная температура окружающей среды составляет -30°C, не используйте конденсатор, который может выдерживать температуру только -20°C.

Эта спецификация кажется очень простой. Однако, если конденсатор подвергается воздействию очень высокого пульсирующего тока, произойдет внутренний нагрев, что приведет к повышению температуры выше температуры окружающей среды. Значит, нужен больший запас по рабочей температуре. Например, максимальная температура окружающей среды, в которой будет устанавливаться изделие, составляет 60°C. Не просто выберите конденсатор, который может выдержать 60’C. Выберите, возможно, температурный рейтинг 105’C. Это даст достаточный запас за счет внутреннего нагрева.

6.

Как выбрать конденсаторы Материал диэлектрика

В чип-резисторах вы столкнетесь с этой опцией при просмотре онлайн-распространителей, таких как Mouser и Digikey. Что означает этот параметр? Это диэлектрический материал, используемый при изготовлении конденсатора. Я не могу подробно останавливаться на физике конструкции конденсатора, но в своих проектах я всегда рассматриваю диэлектрик X7R, NP0 или C0G. Обычно они имеют более высокий температурный диапазон. Ниже приведены несколько образцов X7R, NP0 или C0G в сравнении только с X5R.

X7R, NP0/C0G Диэлектрический материал X5R Диэлектрический материал

7. Как выбрать конденсаторы

с учетом срока службы Ожидаемый срок службы

Срок службы конденсатора или ожидаемый срок службы — это период времени, в течение которого конденсатор будет оставаться работоспособным в соответствии с проектом. Это критично для электролитических конденсаторов. Для керамических конденсаторов это не проблема, и, вероятно, не стоит обращать на это внимание при выборе конденсаторов для небольших сигнальных цепей. Для него все еще существует предел жизни, но его более чем достаточно, чтобы выдержать весь жизненный цикл продукта. В отличие от электролитических конденсаторов, если они не будут должным образом оценены, они выйдут из строя до окончания жизненного цикла продукта, а этого не должно происходить. Пульсации тока сокращают срок службы конденсатора. Так что лучше управляй. В таблицах данных или от поставщиков есть справочные расчеты срока службы конденсатора. Это простые уравнения, которые вы можете использовать при выборе конденсатора в отношении ожидаемого срока службы. Некоторые также дают график для облегчения понимания. Ниже образец расчета и графика взяты из таблицы данных KEMET. KEMET является одним из ведущих производителей конденсаторов.

Расчет ожидаемого срока службы конденсатора

8.

Физические размеры и способ монтажа — факторы, влияющие на выбор конденсатора

Последнее, но не менее важное, о чем следует подумать, — это физические размеры, а также способ монтажа. Иногда выбор конденсатора диктуется доступным пространством. Чип-конденсаторы имеют небольшие размеры, но с ограниченным значением емкости. С другой стороны, электролитические конденсаторы имеют большую емкость, но они громоздки. Вы собираетесь использовать поверхностный монтаж или деталь со сквозным отверстием? Ну, это зависит от вас. Оцените свои требования к пространству, прежде чем заходить далеко в других параметрах.

Пример технических характеристик конденсатора

Ниже приведены номинальные характеристики конденсатора, которые я взял со страницы электроники Mouser. Он имеет емкость, напряжение, допуск, пульсирующий ток, рабочую температуру, физические размеры, ориентацию монтажа и срок службы. Но обратите внимание, указанный срок службы — это только базовый срок службы или срок службы под нагрузкой при максимально допустимой рабочей температуре.

77