Могу ли я заменить все электролитические конденсаторы на керамические?

Я проектирую схему питания для системы, которая нуждается в нескольких поставках, мои вопросы:

  • Можно ли заменить все электролитические колпачки (преимущественно 100uF) керамическими? Каковы ограничения керамики?

  • Должен ли я использовать номинал напряжения 2x для керамики, как это сделано для электролитического воздействия?

  • Как насчет рейтинга пульсаций? Является ли это важным фактором при выборе керамики, как при электролизе?

Добавлено 1/9/2014: Подробнее о керамических ограничениях

Я нашел это отличное видео , представленное Дейвом в EEVBlog, показывающее ограничения различных типов керамических кепок и способы на них влияют приложенное напряжение и напряжение смещения. Стоит смотреть!

49 голосов | спросил Abdella 9 +04002012-10-09T17:08:20+04:00312012bEurope/MoscowTue, 09 Oct 2012 17:08:20 +0400 2012, 17:08:20

4 ответа


62

100 ÂμF действительно нажимает предел для керамических колпачков. Если ваши напряжения низкие, например, несколько вольт до 10 или, может быть, 20 вольт, то параллель с несколькими керамиками может быть разумным.

Высокопроизводительные керамические колпачки имеют собственный набор преимуществ и недостатков. Преимущества - это намного более низкое эквивалентное сопротивление серии и, следовательно, гораздо более высокая пульсация тока, полезность для более высоких частот, меньшая теплочувствительность, намного лучший срок службы и, в большинстве случаев, более высокая механическая прочность. У них тоже свои проблемы. Емкость может значительно ухудшиться с напряжением, а более плотная (более аккумулированная на объем) керамика демонстрирует пьезоэффекты, которые часто называют «микрофонией». Неправильное обстоятельство может привести к колебаниям, но это редко.

Для переключения приложений электропитания керамика обычно является лучшим компромиссом, чем электролитические, если вам не нужна слишком большая емкость. Это связано с тем, что они могут принимать гораздо больше пульсации тока и тепла лучше. Время жизни электролитов сильно ухудшается за счет тепла, что часто является проблемой с источниками питания.

Вам не нужно уменьшать количество керамики, а не электролитику, потому что время жизни керамики намного больше для начала и гораздо меньше зависит от приложенного напряжения. То, что следует учитывать в керамике, состоит в том, что плотные сделаны из материала, который является нелинейным, что проявляется как уменьшенная емкость на более высоких концах диапазона напряжений.

Добавлено о микрофонике:

Некоторые диэлектрики физически меняют размер как функцию приложенного электрического поля. Для многих эффект настолько мал, что вы его не замечаете, и его можно игнорировать. Тем не менее, некоторые керамики демонстрируют достаточно сильный эффект, что в конечном итоге вы можете услышать возникающие вибрации. Обычно вы не можете слышать конденсатор сам по себе, но поскольку они довольно жестко припаиваются к плате, небольшие колебания конденсатора могут привести к тому, что гораздо большая доска тоже будет вибрировать, особенно на резонансной частоте платы. Результат может быть вполне слышен.

Конечно, обратное работает тоже, поскольку физические свойства обычно работают в обоих направлениях, и это не исключение. Поскольку приложенное напряжение может изменять размеры конденсатора, изменение его размеров путем приложения напряжения может изменить его напряжение разомкнутого контура. По сути, конденсатор действует как микрофон. Он может подбирать механические вибрации, на которые подвергается доска, и они могут проникать в электрические сигналы на плате. По этой причине эти типы конденсаторов исключаются из высокочувствительных аудиосхем.

Для получения дополнительной информации об этой физике, посмотрите на свойства титаната бария в качестве примера. Это обычный диэлектрик для некоторых керамических колпачков, потому что он обладает желательными электрическими свойствами, особенно довольно хорошей плотностью энергии по сравнению с диапазоном керамики. Это достигается тем, что атом титана переключается между двумя энергетическими состояниями. Однако эффективный размер атома отличается между двумя энергетическими состояниями, поэтому изменяется размер решетки, и мы получаем физическую деформацию в зависимости от приложенного напряжения.

Анекдот: Недавно я столкнулся с этой проблемой. Я разработал гизмо, которая подключается к мощности DCC (Digital Command and Control), используемой модельными поездами. DCC - это способ передачи мощности, а также информация для конкретного «подвижного состава» на дорожках. Это дифференциальный сигнал мощности до 22 В. Информация переносится путем переключения полярности с определенным временем. Скорость перемещения составляет примерно 5-10 кГц. Чтобы получить мощность, устройства полностью волны исправить это. Мое устройство не пыталось расшифровать информацию DCC, просто немного поработайте. Я использовал один диод для полуволны, чтобы выпрямить DCC на керамическую крышку размером 10 ÂFF. Поворот на этой кепке во время полупериода составлял всего около 3 В, но этого было достаточно, чтобы заставить его петь. Схема отлично работала, но вся доска издавала довольно раздражающий хныканье. Это было неприемлемо в продукте, поэтому для производственной версии это было изменено на 20 ÂμF электролитический колпачок. Я изначально шел с керамикой, потому что она была дешевле, меньше и имела долгую жизнь. К счастью, это устройство вряд ли будет использоваться при высоких температурах, поэтому срок службы электролитической крышки должен быть намного лучше, чем его наихудший рейтинг.

Из комментариев видно, что есть некоторая дискуссия о том, почему иногда переключение источников питания заставляет. Некоторые из них могут быть связаны с керамическими колпачками, но магнитные компоненты, такие как индукторы, также могут вибрировать по двум причинам. Во-первых, на каждый бит провода в индукторе есть сила, пропорциональная квадрату тока через него. Эта сила находится в стороне от провода, заставляя катушку вибрировать, если она не удерживается на месте. Во-вторых, существует магнитная способность, подобная элек- тростатическому пьезоэффекту, называемому магнитострикцией. Материал сердечника индуктора может немного изменить размер в зависимости от приложенного магнитного поля.Ферриты не проявляют этот эффект очень сильно, но всегда есть немного, и в магнитном поле может быть и другой материал. Я когда-то работал над продуктом, который использовал магниторезистивный эффект как магнитный датчик. И да, это сработало очень хорошо.

ответил Olin Lathrop 9 +04002012-10-09T17:29:58+04:00312012bEurope/MoscowTue, 09 Oct 2012 17:29:58 +0400 2012, 17:29:58
16

Есть несколько причин не , чтобы переключить дизайн от электролитических композиций до керамики, которые еще не были упомянуты:

  • Некоторые линейные конструкции регуляторов требуют более высокого СОЭ электролита на их выходном конденсаторе для поддержания стабильности.

  • Керамика менее прочная, чем электролитическая, когда подвергается изгибу платы. Особенно в больших размерах, скажем, 1206 и выше, как вам нужно для значений выше 10-20 мкФ с разумным WV, керамика легко взламывается, если в плате есть какой-либо изгиб. Повреждающий изгиб может произойти в полевых условиях, или это может произойти с некоторыми методами выделения панелей из панели, в которой они изготовлены.

ответил The Photon 12 WedEurope/Moscow2012-12-12T21:58:45+04:00Europe/Moscow12bEurope/MoscowWed, 12 Dec 2012 21:58:45 +0400 2012, 21:58:45
11

В соответствии с вопросами о снижении стоимости ОП и, кроме того, о прекрасном ответе Олина:

IPC-9592A (который является стандартом для высоконадежных устройств преобразования мощности) приводит следующие рекомендации по снижению номинальной мощности:

Фиксированные керамические MLCC:

  • Напряжение постоянного тока <= 80% от рейтинга производителя
  • Температура: минимум 10 ° C ниже рейтинга производителя
  • Размер: размеры, превышающие 1210, не рекомендуются из-за возможности взлома.

Алюминиевые электролитические конденсаторы:

  • Напряжение постоянного тока <= 80% от рейтинга производителя (<= 90% для устройств с напряжением 250 В или выше).
  • Жизнь /выносливость:> = 10 лет при 40 ° C, 80% нагрузка для устройств класса II (данные центров обработки данных) или 5 лет для устройств класса I (потребительский класс).

материалы класса 2 , такие как X7R и Y5V) ухудшение емкости с течением времени - материалы класса 1 в значительной степени невосприимчивы к этому.

Кроме того, как сказал Олин, некоторые диэлектрические материалы страдают от значительного сжимания емкости в зависимости от напряжения смещения постоянного тока. Опять же, материалы класса 2 страдают от этого, материалы класса 1 в основном этого не делают.

По существу, если вы используете какой-либо тип конденсатора, держите максимальное напряжение менее 80% от напряжения.

Значительно меньшие ЭПР керамических конденсаторов (в сравнении с электроизолированными колпачками) имеют следствием стабильности контура обратной связи. Предполагая, что ваш преобразователь будет коммутатором и имеет выходной фильтр L-C, для стабилизации преобразователя может потребоваться компенсационная сеть типа 3.

Низкий ЭПР приводит к тому, что коэффициент разомкнутого контура сбрасывается при -40 дБ /декада на длительный интервал (нулевой э.п.д. вытесняется по мере того, как падает ЭСР), что приводит к увеличению коэффициента усиления + 20 дБ /декада в сети компенсации частоты перекрестный переход на -20 дБ /десятилетие (что является одним из трех критериев стабильности петли, которые ищут разработчики мощности, а также маржа усиления и запас по фазе).

ответил Adam Lawrence 10 +04002012-10-10T01:48:21+04:00312012bEurope/MoscowWed, 10 Oct 2012 01:48:21 +0400 2012, 01:48:21
2

Возможно, я ошибаюсь, но переключение на керамические колпачки создаст антирезонансный эффект между объемными колпачками и меньшими развязывающими колпачками. Если их не выбрать осторожно, индуктивность объемных колпачков будет резонировать с емкостью развязывающих колпачков. Этого не происходит с танталовыми и электролитическими колпачками, поскольку СОЭ этих устройств ослабляет резонанс. Опять же, я мог ошибаться, поскольку я никогда не пробовал это на практике.

ответил Jack Zylkin 8 Mayam15 2015, 09:40:01

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132