fréttir

Þéttar eru einn af algengustu íhlutunum á rafrásum. Þar sem fjöldi rafeindatækja (frá farsímum til bíla) heldur áfram að aukast, eykst eftirspurn eftir þéttum einnig. Covid 19 heimsfaraldurinn hefur truflað alþjóðlega íhlutaframboðskeðju frá hálfleiðurum til óvirkra íhluta, og þétta hefur verið af skornum skammti1.
Auðvelt er að breyta umræðum um efni þétta í bók eða orðabók. Í fyrsta lagi eru mismunandi gerðir af þéttum, svo sem rafgreiningarþéttar, filmuþéttar, keramikþéttar og svo framvegis. Síðan, í sömu gerð, eru mismunandi rafmagnsefni. Það eru líka mismunandi flokkar. Hvað varðar líkamlega uppbyggingu, þá eru til tveggja og þriggja enda þétta gerðir. Það er líka til þétti af X2Y gerð, sem er í meginatriðum par af Y þéttum hjúpað í einum. Hvað með ofurþétta ?Staðreyndin er sú að ef þú sest niður og byrjar að lesa leiðbeiningar um val á þétta frá helstu framleiðendum geturðu auðveldlega eytt deginum!
Þar sem þessi grein fjallar um grunnatriðin mun ég nota aðra aðferð eins og venjulega. Eins og áður sagði er auðvelt að finna leiðbeiningar um val á þétta á vefsíðum birgja 3 og 4 og verkfræðingar á vettvangi geta venjulega svarað flestum spurningum um þétta. Í þessari grein, Ég mun ekki endurtaka það sem þú getur fundið á Netinu, en mun sýna hvernig á að velja og nota þétta með hagnýtum dæmum. Einnig verður farið yfir nokkra minna þekkta þætti í vali þétta, svo sem niðurbrot rýmds. Eftir að hafa lesið þessa grein, þú ætti að hafa góðan skilning á notkun þétta.
Fyrir mörgum árum, þegar ég var að vinna í fyrirtæki sem framleiddi rafeindabúnað, fengum við viðtalsspurningu fyrir rafeindatæknifræðing. Á skýringarmynd af núverandi vöru munum við spyrja mögulega umsækjendur „Hver ​​er hlutverk rafgreiningar rafgreiningarinnar þétti?” og "Hver er hlutverk keramikþéttans við hliðina á flísinni?" Við vonum að rétta svarið sé DC strætóþéttir Notaðir til orkugeymslu, keramikþéttar eru notaðir til síunar.
„Rétta“ svarið sem við leitum sýnir í raun og veru að allir í hönnunarteymi líta á þétta frá einföldu hringrásarsjónarhorni, ekki frá sjónarhóli sviðsfræðinnar. Sjónarmið rafrásafræðinnar er ekki rangt. Við lága tíðni (frá nokkrum kHz til nokkurra MHz), getur hringrásarkenningin venjulega útskýrt vandamálið vel. Þetta er vegna þess að við lægri tíðni er merkið aðallega í mismunadrifsham. Með því að nota hringrásarfræðina getum við séð þéttann sem sýndur er á mynd 1, þar sem samsvarandi röð viðnám ( ESR) og jafngild raðinductance (ESL) gera það að verkum að viðnám þéttans breytist með tíðni.
Þetta líkan útskýrir að fullu frammistöðu hringrásarinnar þegar skipt er hægt um hringrásina. Hins vegar, þegar tíðnin eykst, verða hlutirnir sífellt flóknari. Á einhverjum tímapunkti byrjar íhluturinn að sýna ólínuleika. Þegar tíðnin eykst verður einfalda LCR líkanið hefur sínar takmarkanir.
Í dag, ef ég væri spurð sömu viðtalsspurningar, myndi ég nota sviðsfræðilega athugunargleraugu og segja að báðar þéttagerðirnar séu orkugeymslutæki. Munurinn er sá að rafgreiningarþéttar geta geymt meiri orku en keramikþéttar. En hvað varðar orkuflutning , keramikþéttar geta sent orku hraðar. Þetta útskýrir hvers vegna þarf að setja keramikþétta við hliðina á flísinni, vegna þess að flísin hefur hærri skiptitíðni og rofihraða miðað við aðalaflrásina.
Frá þessu sjónarhorni getum við einfaldlega skilgreint tvo frammistöðustaðla fyrir þétta. Önnur er hversu mikla orku þéttinn getur geymt og hinn er hversu hratt er hægt að flytja þessa orku. Báðir eru háðir framleiðsluaðferð þéttans, rafeindaefnisins, tengingin við þéttann og svo framvegis.
Þegar rofinn í hringrásinni er lokaður (sjá mynd 2), gefur það til kynna að álagið þarfnast orku frá aflgjafanum. Hraðinn sem rofinn lokar á ákvarðar hversu brýnt orkuþörf er. Þar sem orkan berst á ljóshraða (hálfur) ljóshraða í FR4 efnum), það tekur tíma að flytja orku. Auk þess er ósamræmi við viðnám milli uppsprettu og flutningslínu og álags. Þetta þýðir að orka verður aldrei flutt í einni ferð, heldur í mörgum fram og til baka5, þess vegna sjáum við tafir og hringingu í skiptibylgjuforminu þegar rofinn skiptir hratt.
Mynd 2: Það tekur tíma fyrir orku að breiðast út í geimnum; Ósamræmi við viðnám veldur mörgum orkuflutningum fram og til baka.
Sú staðreynd að orkuflutningur tekur tíma og margar ferðir fram og til baka segir okkur að við þurfum að staðsetja orkugjafann eins nálægt hleðslunni og mögulegt er og við þurfum að finna leið til að flytja orku fljótt. Sú fyrsta er venjulega náð með því að draga úr líkamlegu efninu. fjarlægð milli álags, rofa og þétta. Hið síðarnefnda er náð með því að safna saman hópi þétta með minnstu viðnám.
Vettvangsfræðin útskýrir einnig hvað veldur venjulegri hávaða. Í stuttu máli, venjulegur hávaði myndast þegar orkuþörf hleðslunnar er ekki fullnægt við skiptingu. Þess vegna verður orkan sem er geymd í bilinu milli hleðslunnar og nærliggjandi leiðara veitt til að styðja við þrepaþörfin.Rýmið milli álagsins og nærliggjandi leiðara er það sem við köllum sníkju-/gagnkvæm rýmd (sjá mynd 2).
Við notum eftirfarandi dæmi til að sýna fram á hvernig á að nota rafgreiningarþétta, fjöllaga keramikþétta (MLCC) og filmuþétta. Bæði hringrásar- og sviðskenningin eru notuð til að útskýra frammistöðu valinna þétta.
Rafgreiningarþéttar eru aðallega notaðir í DC tengilinn sem aðalorkugjafi. Val á rafgreiningarþétta fer oft eftir:
Fyrir EMC frammistöðu eru mikilvægustu eiginleikar þétta viðnám og tíðnieiginleikar. Lágtíðni leidd losun fer alltaf eftir frammistöðu DC tengiþéttisins.
Viðnám DC tengisins fer ekki aðeins eftir ESR og ESL þéttans, heldur einnig af flatarmáli varmalykkjunnar, eins og sýnt er á mynd 3. Stærra varmalykkjusvæði þýðir að orkuflutningur tekur lengri tíma, þannig að frammistaða verða fyrir áhrifum.
Hækkaður DC-DC breytir var smíðaður til að sanna þetta. EMC prófunaruppsetningin sem sýnd er á mynd 4, sem sýnd er á mynd 4, framkvæmir losunarskönnun á milli 150kHz og 108MHz.
Það er mikilvægt að tryggja að þéttarnir sem notaðir eru í þessari tilviksrannsókn séu allir frá sama framleiðanda til að forðast mun á viðnámseiginleikum. Þegar þéttir eru lóðaðir á PCB skaltu ganga úr skugga um að það séu engar langar leiðir, þar sem það mun auka ESL um þéttinn. Mynd 5 sýnir stillingarnar þrjár.
Útblástursniðurstöður þessara þriggja stillinga eru sýndar á mynd 6. Það má sjá að samanborið við einn 680 µF þétta ná 330 µF þéttarnir tveir 6 dB hávaðaminnkun yfir breiðari tíðnisvið.
Frá hringrásarkenningunni má segja að með því að tengja tvo þétta samhliða helmingast bæði ESL og ESR. Frá sjónarhóli sviðsfræðinnar er ekki aðeins einn orkugjafi heldur eru tveir orkugjafar veittir fyrir sama álag. , sem dregur í raun úr heildarorkuflutningstímanum. Hins vegar, við hærri tíðni, mun munurinn á tveimur 330 µF þéttum og einum 680 µF þétta minnka. Þetta er vegna þess að hátíðnihljóð gefur til kynna ófullnægjandi þrepaorkusvörun. Þegar 330 µF þétti er fært nálægt þétti rofinn minnkum við orkuflutningstímann, sem eykur í raun skrefsvörun þéttans.
Niðurstaðan segir okkur mjög mikilvæga lexíu.Að auka rýmd eins þétts mun almennt ekki styðja skrefakröfuna um meiri orku. Ef mögulegt er, notaðu nokkra minni rafrýmd íhluti. Það eru margar góðar ástæður fyrir þessu. Sú fyrsta er kostnaður. Almennt talað, fyrir sömu pakkningastærð, eykst kostnaður við þétta veldisvísis með rýmdgildinu. Notkun eins þétta getur verið dýrari en að nota nokkra smærri þétta. Önnur ástæðan er stærð. Takmarkandi þáttur í vöruhönnun er venjulega hæðin af íhlutunum. Fyrir stóra þétta er hæðin oft of stór fyrir vöruhönnun. Þriðja ástæðan er EMC frammistaðan sem við sáum í tilviksrannsókninni.
Annar þáttur sem þarf að hafa í huga þegar þú notar rafgreiningarþétta er að þegar þú tengir tvo þétta í röð til að deila spennunni þarftu jafnvægisviðnám 6.
Eins og fyrr segir eru keramikþéttar smækkuð tæki sem geta fljótt veitt orku. Ég er oft spurður spurningarinnar "Hversu mikið þétta þarf ég?" Svarið við þessari spurningu er að fyrir keramikþétta ætti rýmdargildið ekki að vera svo mikilvægt. Mikilvæga umfjöllunin hér er að ákvarða á hvaða tíðni orkuflutningshraðinn er nægjanlegur fyrir umsókn þína. Ef útgeislunin bregst við 100 MHz, þá mun þéttinn með minnstu viðnám við 100 MHz vera góður kostur.
Þetta er annar misskilningur á MLCC. Ég hef séð verkfræðinga eyða mikilli orku í að velja keramikþétta með lægsta ESR og ESL áður en þéttarnir eru tengdir við RF viðmiðunarpunktinn í gegnum langar ummerki. Þess má geta að ESL MLCC er yfirleitt mikið lægri en tenginginductance á töflunni. Tengingsinductance er enn mikilvægasta færibreytan sem hefur áhrif á hátíðniviðnám keramikþétta7.
Mynd 7 sýnir slæmt dæmi. Löng ummerki (0,5 tommur að lengd) kynna að minnsta kosti 10nH inductance. Hermirniðurstaðan sýnir að viðnám þéttans verður mun hærra en búist var við á tíðnipunktinum (50 MHz).
Eitt af vandamálunum við MLCC er að þeir hafa tilhneigingu til að hljóma með inductive uppbyggingu á borðinu. Þetta má sjá í dæminu sem sýnt er á mynd 8, þar sem notkun á 10 µF MLCC kynnir ómun við um það bil 300 kHz.
Þú getur dregið úr ómun með því að velja íhlut með stærra ESR eða einfaldlega setja lítið gildi viðnám (eins og 1 ohm) í röð við þétta. Þessi tegund af aðferð notar tapaða íhluti til að bæla niður kerfið. Önnur aðferð er að nota aðra rýmd gildi til að færa ómun í lægri eða hærri ómun.
Kvikmyndaþéttar eru notaðir í mörgum forritum. Þeir eru valdir þéttar fyrir aflmikla DC-DC breyta og eru notaðir sem EMI bælingarsíur yfir raflínur (AC og DC) og algengar síunarstillingar. Við tökum X þétta sem dæmi til að útskýra nokkur meginatriði þess að nota filmuþétta.
Ef bylgjuatburður á sér stað hjálpar það að takmarka háspennuálag á línuna, þannig að það er venjulega notað með skammvinnum spennubæli (TVS) eða málmoxíðvari (MOV).
Þú gætir nú þegar vitað allt þetta, en vissir þú að rýmd gildi X þétta getur minnkað verulega með margra ára notkun? Þetta á sérstaklega við ef þétturinn er notaður í röku umhverfi. Ég hef séð rýmd gildi X þétturinn lækkar aðeins í nokkur prósent af nafnverði sínu innan eins eða tveggja ára, þannig að kerfið sem upphaflega var hannað með X þéttanum missti í raun alla þá vernd sem framhliðarþéttinn gæti haft.
Svo, hvað gerðist?Rakaloft getur lekið inn í þéttann, upp vírinn og á milli kassans og epoxýblöndunarefnisins. Síðan er hægt að oxa álmálmgerðina.Súrál er góður rafmagns einangrunarefni og dregur þar með úr rýmdinni. Þetta er vandamál sem allir filmuþéttar munu lenda í. Vandamálið sem ég er að tala um er filmuþykkt. Viðurkennd þéttavörumerki nota þykkari filmur, sem leiðir til stærri þétta en aðrar tegundir. Þynnri filman gerir þéttann minna traustan við ofhleðslu (spennu, straumi eða hitastigi), og það er ólíklegt að það grói sjálft sig.
Ef X þétturinn er ekki varanlega tengdur við aflgjafann, þá þarftu ekki að hafa áhyggjur. Til dæmis, fyrir vöru sem er með harðan rofi á milli aflgjafa og þétta, gæti stærðin verið mikilvægari en lífið, og þá er hægt að velja þynnri þétta.
Hins vegar, ef þétturinn er varanlega tengdur við aflgjafann, verður hann að vera mjög áreiðanlegur. Oxun þétta er ekki óumflýjanleg. Ef þétta epoxýefnið er af góðum gæðum og þéttinn er ekki oft fyrir miklum hitastigi, minnkar í verðmæti ætti að vera í lágmarki.
Í þessari grein kynnti fyrst sviðsfræðiskoðun þétta. Hagnýt dæmi og uppgerð niðurstöður sýna hvernig á að velja og nota algengustu þéttagerðirnar. Vona að þessar upplýsingar geti hjálpað þér að skilja hlutverk þétta í rafrænni og EMC hönnun á ítarlegri hátt.
Dr. Min Zhang er stofnandi og yfirmaður EMC ráðgjafi Mach One Design Ltd, verkfræðifyrirtækis í Bretlandi sem sérhæfir sig í EMC ráðgjöf, bilanaleit og þjálfun. Djúp þekking hans á rafeindatækni, stafrænum rafeindatækni, mótorum og vöruhönnun hefur nýst fyrirtæki um allan heim.
In Compliance er helsta uppspretta frétta, upplýsinga, fræðslu og innblásturs fyrir fagfólk í rafmagns- og rafeindavirkjun.
Aerospace Bílasamskipti Neytendatækni Menntun Orku- og orkuiðnaður Upplýsingatækni Læknisher og landvarnir