Y-конденсаторы для импульсных блоков питания

Недавно я делал обзор очередной вариации «народного БП» на 24В 5А, и там как обычно оказалось, что конденсатор между первичкой и вторичкой стоит обычный, не Y.

Камрад dens17 подкинул мне ссылку на правильные конденсаторы в правильном магазине.

Я тут хотел пораспинаться и поделать умный вид на тему что такое Y-конденсаторы и для чего они нужны. А потом подумал, и пришел к выводу что всё уже рассказано до меня, а копипастить нет смысла, лучше привести пару ссылок. Если коротко — то в импульсных блоках питания имеет значение паразитная межобмоточная емкость трансформатора. Из-за неё на выход БП пролазят помехи. Для борьбы с этим ставятся конденсаторы, соединяющие первичную и вторичную обмотки блока питания. При этом на выход пролазит заодно и первичное напряжение, из-за чего при прикосновении к контакту казалось бы низковольтного БП может ощутимо «щипать». Так вот для того чтобы никого не убило при пробое такого конденсатора, если он вдруг уйдет не в обрыв а в короткое замыкание — и применяют безопасные Y-конденсаторы.

Бывают они двух видов Y2 (рабочее напряжение до 250В и выдерживает импульсы до 5кВ) и Y1 (более 250В и до 8кВ). Конденсаторы Y-типа отличаются от других тем, что при пробое не замыкаются, а гарантированно уходят в обрыв, то есть это БЕЗОПАСНЫЕ конденсаторы, напряжение с «горячей», сетевой стороны БП не проходит на выход. Подробнее — тут тут и тут.

А теперь перейдем к героям обзора.

Маркировка

Как видим, заявлено X1/Y1 и 440/250-400В, ну и емкость 2.2нФ. К сожалению, о принадлежности конденсаторов к классам X1 и Y1 я могу поверить только на слово, ибо у меня нет оборудования для проверки, а могу проверить только размеры и емкость, ну и положиться на продавца, точнее поставщика MglclgM, который, повторюсь, неоднократно подтвердил свою благонадежность и качество товара.

Расстояние между ногами 10мм, общая высота порядка 11мм, диаметр 8мм, толщина 5мм. Емкость:

Ну и перепаяем БП.
Было:

Стало:

Я просверлил отверстие 0. 8мм, чутка не попал с расстоянием, правда, да и фиг с ним. Можно и просто ноги согнуть акуратно — ничего ему не будет. Параноики могут срезать немного фольги с платы для увеличения зазора и покрыть сверху паяльной маской, а лучше каким-нить высоковольтным лаком.

Собственно, никакого влияния на работу БП в штатных условиях данный конденсатор не оказывает. Замена — чисто увеличение потенциальной безопасности и стремление хоть чутка «приблизиться к феншую». То есть, сейчас я буду знать что я поставил вместо обычного — Y-конденсатор, который хоть и не проверен на 100%, но имеет маркировку и куплен у правильного продавца, то есть всяко лучше чем было 😉

Можно также купить аналогичные конденсаторы в оффлайне при наличии условного чипа-дипа в условной шаговой доступности, либо выпаять из комповых БП забесплатно, я в курсе, спасибо 😉

Надежность и высокая производительность: конденсаторы специального назначения для блоков питания лазера | Новости электротехники

Блоки питания для мощных лазерных диодов в исследовательских системах требуют специальных конденсаторов: они должны обеспечивать быстрый разряд энергии, необходимой для генерации сильноточных импульсов. MERSEN предлагает индивидуальные решения, которые успешно используются в блоках питания SCHUMACHER Elektromechanik GmbH.

Еще в 1949 году SCHUMACHER Elektromechanik GmbH начала производство трансформаторов, промышленных электронных компонентов, а также блоков питания. Среди прочих достижений компания внесла большой вклад в разработку и производство первой модели беспроводного пульта дистанционного управления. В 90-х годах компания SCHUMACHER выпустила первые специальные блоки питания для освещения, а затем и для промышленных и лазерных применений — последние включали необходимые программные контроллеры. Сегодня SCHUMACHER Elektromechanik GmbH специализируется на разработке блоков питания лазера, а также интегрированных блоков охлаждения и их контроллеров. Это достигается с помощью современных производственных систем, которые также могут быть использованы для производства продуктов, разработанных извне.

Специализированные конденсаторы для лазерных силовых агрегатов

«В настоящий момент мы активно развиваемся, особенно в области лазерных блоков питания и контроллеров», — объясняет Р.  Винклер, руководитель отдела закупок в SCHUMACHER Elektromechanik GmbH. — Дело в том, что различные типы лазеров требуют индивидуальных решений».

Спектр продуктов SCHUMACHER варьируется от источников питания CW для аргоновых лазеров и высоковольтных источников питания для CO₂-лазеров до CW и импульсных источников питания для лазеров со световой и диодной накачкой, вплоть до встроенных охлаждающих элементов, драйверов ячеек Pockels, TEC-контроллеры, блоки питания Пельтье и контроллеры для эксимерных лазеров. Конечно, также возможно комбинировать различные типы поставок. Блоки питания охватывают диапазон мощности от нескольких ватт до 20 кВт.

Для буферизации напряжения в блоках питания требуются конденсаторы, которые SCHUMACHER приобретает у MERSEN уже много лет. Основной спрос на алюминиевые электролитические конденсаторы серий SIH и GW. Последние используются, например, в блоках питания для мощных лазерных диодов в исследовательских системах: такие системы требуют быстрого разряда энергии для генерации сильноточных импульсов около 100-500 мкс.

«Конденсаторы встроены в блок конденсаторов блока питания лазера, где они буферизуют напряжение питания», — объясняет Р. Винклер. — Алюминиевые электролитические конденсаторы очень надежны в этом применении и соответствуют требованиям наших спецификаций».

Термически оптимизация для больших пульсирующих токов

Серия GW — это резьбовые конденсаторы FTCAP устойчивые к высоким пульсирующим токам. Как побочный эффект, однако, высокие токи также вызывают повышение температуры в конденсаторах. Поэтому специальные обмоточные конструкции обеспечивают оптимальное рассеивание тепла на основании конденсатора. Кроме того, серия GW опционально оснащается базовым охлаждением с помощью Sil-Pad, который рассеивает тепло.

Особенностью серии GW является запатентованная ступенчатая база: эта конструкция обеспечивает ровное основание конденсатора, несмотря на соседнюю термоусадочную трубку. Поэтому воздушные включения уменьшаются, что препятствует отводу тепла от конденсатора к радиатору. Тепловое сопротивление значительно ниже, для обработки высоких нагрузок, несмотря на компактный дизайн. Кроме того, чаша имеет внешний буртик, который обеспечивает бесшовную установку конденсатора на радиатор с помощью кольцевого зажима, изготовленного компанией MERSEN. Положительным побочным эффектом является то, что прокладка и использование кольцевого зажима для монтажа электрически изолируют конденсатор от радиатора. Это обеспечивает большое расстояние утечки, которое предотвращает протекание остаточных токов замыкания на землю.

Алюминиевые электролитические конденсаторы серии GW рассчитаны на высокую производительность, несмотря на их компактные размеры. Их оптимизированная внутренняя конструкция обеспечивает высокое CV (емкость-напряжение) продукта. Преимущество заключается в минимальной потере мощности при подаче электрической нагрузки. Поскольку специальная конструкция не только экономит пространство, но и улучшает эффективность охлаждения, это также снижает затраты для конечного потребителя.

Специально разработанные конденсаторы для успешного применения

Р. Винклер очень доволен конденсаторами серии GW: «Как и все компоненты MERSEN, они работают с абсолютной надежностью».

Еще одним преимуществом для главы отдела закупок является то, что в расположении MERSEN на севере Германии также могут быть реализованы индивидуальные требования, если это необходимо. MERSEN производит специальные конденсаторы для некоторых собственных применений. Эта универсальность является уникальным коммерческим предложением в отрасли — конденсаторы FTCAP являются правильным выбором для специальных применений в малых и средних количествах. Особенная площадка нуждается в особенных решениях.

Кроме того, компания предлагает широкий ассортимент высококачественных стандартных продуктов, но всегда с возможностью их адаптации. Например, если клиенту нужна нормальная форма с требованиями для адаптации других факторов, таких как напряжение, ток, размерность, сопротивление импульсу и устойчивость к маслам.

«Сотрудничество — от разработки до крупномасштабного производства — очень хорошо структурировано, а последующий производственный процесс оптимизирован и хорошо организован. Мы удовлетворены и с нетерпением ждем будущих вызовов», — заключает Р. Винклер.

Фильтрующие конденсаторы для импульсных источников питания

Саймон Ндириту из General Dielectrics объясняет некоторые основные рекомендации по выбору конденсаторов в импульсных источниках питания.

Введение

Импульсные источники питания (SMPS) широко используются в современных электронных системах. Они популярны в основном из-за их впечатляющей эффективности, легкого веса и малого объема. Надежность источника питания во многом определяет срок службы электронной системы. В случае персональных компьютеров 90% отказов можно отнести к проблемам, связанным с SMPS. Таким образом, системы электроснабжения должны обеспечивать высокую надежность.

Конденсаторы являются важными компонентами импульсной системы электропитания. И входной, и выходной каскады системы SMPS имеют конденсаторы. На входе используются выпрямитель и конденсатор для преобразования переменного напряжения в постоянное. Выходной каскад состоит из LC-фильтра, комбинации конденсатора и катушки индуктивности, который устраняет шумы и пульсации напряжения.

Типичная импульсная система электропитания состоит из следующих основных компонентов: входного выпрямителя, входного фильтра, силовых ключей, силового трансформатора, выходного выпрямителя, выходных фильтров и схемы управления. Входные и выходные фильтрующие конденсаторы ИИП выбираются в зависимости от требований к электрическим характеристикам. Эти конденсаторы в значительной степени определяют надежность системы SMPS.

Выбор конденсаторов для фильтрации SMPS

Ключевые факторы, которые следует учитывать при выборе конденсатора для фильтрации SMPS, включают эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), эквивалентную последовательную индуктивность (ESL), плотность емкости, температурные характеристики, диэлектрическую проницаемость, характеристики напряжения, частотные характеристики и стоимость. Типы конденсаторов, которые обычно используются для входной и выходной фильтрации в импульсных системах питания, включают алюминиевые электролитические, танталовые, керамические и пленочные конденсаторы.

Алюминиевые электролитические конденсаторы
В течение длительного времени разработчики систем электроснабжения использовали алюминиевые электролитические конденсаторы для входной и выходной фильтрации в импульсных системах электропитания. Эти конденсаторы обладают превосходной емкостью на единицу объема и недороги. Высокая CV алюминиевых электролитических конденсаторов достигается за счет нанесения тонких слоев диэлектрического материала на протравленную алюминиевую металлическую фольгу. Превосходная плотность емкости и относительно низкая стоимость этих конденсаторов делают их популярным выбором для фильтрации приложений в SMPS.

С другой стороны, алюминиевые электролитические конденсаторы имеют высокое эквивалентное последовательное сопротивление. Конструкция этих конденсаторов является основной причиной такого высокого ESR. Этот высокий ESR является серьезной проблемой в высокочастотных приложениях. Кроме того, на работу алюминиевых электролитических конденсаторов существенно влияет воздействие высоких температур.

Испарение электролита сокращает срок службы алюминиевых электролитических конденсаторов. Кроме того, эти конденсаторы имеют полярность, и неправильное их подключение может привести к выходу из строя. Кроме того, в условиях перенапряжения алюминиевый электролитический конденсатор может взорваться.

Танталовые конденсаторы
Танталовые конденсаторы обладают высокой емкостью и обычно используются в устройствах фильтрации SMPS. Танталовый конденсатор имеет очень пористый анод, который обеспечивает большую площадь диэлектрической поверхности, следовательно, чрезвычайно высокую плотность CV. По сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами эти конденсаторы обладают лучшими характеристиками для фильтрации приложений в импульсных системах питания. Тем не менее, стоимость производства этих конденсаторов выше, чем у алюминиевых электролитических конденсаторов.

На высоких частотах танталовые конденсаторы демонстрируют относительно высокое эквивалентное последовательное сопротивление и значительную потерю емкости. Для некоторых приложений фильтрации требуются конденсаторы с высоким номинальным напряжением. Танталовые конденсаторы менее эффективны для таких приложений. Кроме того, на работу танталовых конденсаторов существенно влияет многократные циклы заряда/разряда. Кроме того, эти конденсаторы имеют высокие токи утечки и могут содержать токсичные компоненты.

Керамические конденсаторы
Для изготовления керамических конденсаторов доступны различные диэлектрические материалы. Выбор материала в основном зависит от желаемых эксплуатационных характеристик. Впечатляющие рабочие характеристики керамических конденсаторов делают их подходящим вариантом для входной и выходной фильтрации в системах SMPS. В фильтрации SMPS используются как керамические диски, так и многослойные керамические конденсаторы (MLCC). Хотя керамические дисковые конденсаторы стабильны в широком диапазоне температур и подходят для приложений, требующих высокого номинального напряжения, многие производители перешли на многослойные керамические конденсаторы из-за их плотности CV.

Многослойные керамические конденсаторы способны достигать высоких уровней емкости. Потенциал для высоких уровней емкости является одним из факторов, которые делают эти конденсаторы подходящим вариантом для входной и выходной фильтрации в системах SMPS. Большинство керамических конденсаторов для фильтрации SMPS основаны на диэлектрических материалах класса II. По сравнению с диэлектрическими материалами класса I материалы класса II обладают более высокой диэлектрической проницаемостью. Свойства диэлектрического материала X7R класса II делают его одним из широко используемых материалов для разработки конденсаторов для фильтрации импульсных источников питания. Хотя материалы класса II обладают более высокой диэлектрической проницаемостью, они демонстрируют снижение диэлектрической проницаемости при воздействии постоянного напряжения и старении.

По сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами, танталовыми конденсаторами и пленочными конденсаторами многослойные керамические конденсаторы имеют более низкое эквивалентное последовательное сопротивление. Это свойство помогает минимизировать потери мощности в фильтрах SMPS. Кроме того, низкое ESR помогает уменьшить пульсации выходного напряжения, что делает многослойные керамические конденсаторы лучшим вариантом для фильтрации на выходе в импульсных источниках питания. По сравнению с другими конденсаторами, используемыми для фильтрации SMPS, многослойные керамические конденсаторы обеспечивают лучший ESL. Они также лучше справляются с пульсирующим током. Более того, MLCC бывают различных физических форматов и имеют широкий диапазон температурных характеристик, обычно до 250°C. Это свойство делает их подходящим вариантом для фильтрации SMPS в автомобильной, военной промышленности, скважинном бурении и других высокотемпературных применениях.

Процесс изготовления керамических конденсаторов включает их обжиг при высоких температурах. Обожженный керамический материал прочен на сжатие, но слаб на растяжение. Таким образом, механическое воздействие на эти конденсаторы может привести к выходу из строя компонента. Более того, конструкция керамических конденсаторов повышает их чувствительность к тепловому удару. Поэтому важно учитывать условия эксплуатации при выборе конденсатора для приложений фильтрации SMPS. Кроме того, по сравнению с алюминиевыми электролитическими и танталовыми конденсаторами MLCC имеют более низкую плотность CV.

Пленочные конденсаторы
Пленочные/фольговые и металлизированные пленочные конденсаторы обладают впечатляющими свойствами самовосстановления. В большинстве пленочных конденсаторов используется диэлектрик из полипропилена или полиэстера. Полиэстер легко доступен и обладает высокой диэлектрической проницаемостью. С другой стороны, полипропилен имеет относительно низкий коэффициент рассеяния. Пленочные конденсаторы на основе полиэстера в основном используются в приложениях, требующих высокой объемной эффективности, в то время как конденсаторы на основе полипропилена в основном используются для сильноточных приложений постоянного тока и высокого напряжения / высокой частоты переменного тока. Конструкция пленочных конденсаторов позволяет им выдерживать экстремальные переходные процессы, что делает их лучшим вариантом для фильтрации SMPS в сильноточных приложениях. Кроме того, пленочные конденсаторы легкие, небольшие по размеру и относительно недорогие в производстве.

Хотя пленочные конденсаторы обладают впечатляющими характеристиками, которые делают их подходящим вариантом для многих приложений фильтрации SMPS, у них есть ограничения. Начнем с того, что эти конденсаторы имеют более высокие ESR и ESL по сравнению с керамическими конденсаторами. Кроме того, пленочные конденсаторы не подходят для высокотемпературных применений. Хотя некоторые пленочные конденсаторы рассчитаны на температуру 125°C, большинство из них не подходят для температур выше 105°C. В приложениях переменного тока пленочные конденсаторы могут выйти из строя, если они подвергаются перенапряжению. Этот сбой вызван короной.

Заключение

Производительность и надежность импульсной системы питания в значительной степени определяются входными и выходными фильтрующими конденсаторами. Типы конденсаторов, которые обычно используются для фильтрации приложений в SMPS, включают алюминиевые электролитические конденсаторы, танталовые конденсаторы, пленочные конденсаторы и керамические конденсаторы. Тип и количество конденсаторов, используемых для конкретного приложения, в основном зависят от условий работы источника питания. Выбор подходящих фильтрующих конденсаторов помогает максимально повысить надежность системы электропитания импульсного режима.

Выбор конденсатора для использования в качестве фильтра импульсного источника питания

Двумя ключевыми функциями конденсаторов импульсного источника питания (SMPS) являются входная фильтрация и выходная фильтрация.

1 декабря 2011 г.

Крышки входных фильтров должны быть в состоянии обеспечить быстрый выброс энергии и подавить шум, возникающий в цепи переключателя. Важными параметрами крышки входного фильтра являются ESR, ESL и пульсации тока. Высокая плотность CV предпочтительна в крышках входных фильтров, чтобы уменьшить пространство на плате, хотя это более важно для крышек выходных фильтров.

Крышки выходных фильтров должны обеспечивать возможность зарядки и разрядки в соответствии с нарастанием и спадом пульсаций тока на выходе. И ESR, и ESL являются важными параметрами конденсатора выходного фильтра.

В крышках выходных фильтров предпочтительна высокая плотность CV, чтобы уменьшить пространство на плате, поскольку требования к емкости выходных фильтров обычно высоки.

Электролитические конденсаторы

Исторически электролитические конденсаторы были наиболее популярным выбором для фильтров SMPS, особенно входных фильтров. Они предлагают очень высокую плотность CV на размер упаковки, как правило, при сравнительно низкой стоимости. Проблема в том, что высокая плотность CV обходится довольно дорого с точки зрения технических недостатков. Есть два популярных типа электролитических конденсаторов: так называемые алюминиевые электролитические и танталовые.

Алюминиевые электролиты (AE) используют сверхтонкий диэлектрик, состоящий из оксида алюминия, нанесенного на тонкую протравленную алюминиевую фольгу. Протравленная поверхность увеличивает площадь поверхности диэлектрика, значительно увеличивая плотность CV.

Конденсаторы AE часто являются популярным выбором для использования в качестве фильтров SMPS из-за их очень высокой плотности емкости и относительно низкой стоимости. Эти преимущества компенсируются несколькими существенными недостатками, которые должен учитывать разработчик схемы:

• Благодаря своей конструкции конденсаторы AE обладают высоким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением). По мере увеличения частоты этот недостаток ESR становится все более серьезной проблемой для разработчиков схем. Чтобы компенсировать это высокое ESR, разработчикам часто приходится параллельно использовать множество конденсаторов AE, чтобы уменьшить ESR для удовлетворения требований приложения. Это параллельное соединение может потребовать от 10 до 100-кратного теоретического значения предела для достижения требуемого ESR.
• Колпачки AE являются полярными устройствами, и несоблюдение полярности может иметь катастрофические последствия.
• Использование при высокой температуре и даже хранение при высокой температуре может привести к нестабильности, включая увеличение тока утечки (уменьшение сопротивления изоляции), потерю емкости и сокращение срока службы.
• Крышки AE имеют ограниченный срок службы из-за возможного испарения электролита с течением времени. Большинство производителей указывают срок службы 5000 или 10 000 часов из-за этой проблемы испарения.
• Крышки AE могут взорваться в условиях перенапряжения и привести к выделению токсичной жидкости.
9Крышки 0086 AE содержат потенциально токсичные ингредиенты, которые могут нанести вред окружающей среде.

В танталовых конденсаторах (ТА) используется чрезвычайно пористый материал анода, обеспечивающий большую площадь диэлектрической поверхности. Это обеспечивает очень высокую плотность CV.

Колпачки TA обычно имеют более благоприятные характеристики для фильтрации SMPS, чем колпачки AE, однако доступность сырья привела к увеличению их цен и времени выполнения заказа. В дополнение к этому, танталовые конденсаторы также имеют несколько недостатков, которые должны учитывать разработчики схем:

• Колпачки ТА являются полярными устройствами, и несоблюдение полярности может иметь катастрофические последствия.
• Колпачки TA имеют очень высокое ESR, обычно выше, чем их собратья из колпачков AE. СОЭ значительно возрастает на частотах выше 100 Гц.
• Колпачки TA обычно имеют значительные потери емкости на высоких частотах.
• Крышки ТА изнашиваются под воздействием нескольких циклов зарядки/разрядки.
• Колпачки TA обычно недоступны для более высоких номиналов напряжения. Обычно максимальное номинальное напряжение, которое может быть достигнуто, составляет 50 В постоянного тока, и многие производители ТА рекомендуют не использовать устройства ТА при напряжении, превышающем 50 % от номинального, что делает эффективное максимальное напряжение равным 25 В постоянного тока даже при комнатной температуре.
• Колпачки TA нельзя использовать при температуре выше 125°C, а их номинальное напряжение обычно применимо при температуре 85°C. Между 85°C и 125°C их номинальные характеристики должны быть снижены.
• Более высокие токи утечки крышек ТА делают их менее подходящими для многих применений.
• Из-за своей конструкции колпачки ТА часто выходят из строя из-за неконтролируемой экзотермической реакции, которая иногда приводит к возгоранию или выбросу токсичного/кислотного содержимого на другие компоненты на печатной плате.
• Танталовые конденсаторы не могут выдерживать пики перенапряжения так же, как керамические конденсаторы, поэтому необходимо уделять больше внимания индуктивным нагрузкам.
• Танталовые конденсаторы содержат потенциально токсичные ингредиенты, которые могут нанести вред окружающей среде.

Пленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы (MLP) обладают преимуществами, которые делают их хорошим выбором для сильноточных приложений и приложений, где вероятны переходные процессы, например, в снабберных цепях. В случае колпачков из полипропиленовой диэлектрической пленки низкий коэффициент рассеяния делает их идеальными для приложений переменного тока, особенно на более высоких частотах, таких как 400 Гц.

Крышки MLP изготавливаются путем металлизации полимерных пленок и либо намотки, либо укладки пленки в слои. Они доступны в широком ассортименте диэлектриков и обладают уникальной способностью к самовосстановлению при определенных условиях отказа. Пленочные конденсаторы также обладают неотъемлемыми характеристиками, которые могут вызвать затруднения при проектировании схем и которым необходимо уделить должное внимание:

• Хотя конденсаторы MLP обеспечивают лучшие характеристики ESR/ESL, чем конденсаторы AE или TA, они обычно не соответствуют ESR/ESL керамических конструкций NP0 MLCC. .
• Пленочные колпачки обычно имеют номинальную температуру 105°C. Работа при 125°C обычно невозможна. Хотя некоторые колпачки из полиэфирной диэлектрической пленки могут быть рассчитаны на температуру 125°C, присущие им потери ограничивают их использование в высокочастотных устройствах переменного тока.
• Крышки MLP могут быть рассчитаны на высокое напряжение, но при температуре >85°C напряжение должно быть снижено на 50 %.
• При использовании в приложениях переменного тока коронный разряд может привести к нагарообразованию пленки и отказу от короткого замыкания, если превышено номинальное напряжение.
• Повышение температуры ограничено до +15°C и не может превышать максимальную номинальную температуру устройства MLP.
• Последние тенденции доступности пленок привели к чрезвычайно длительному времени изготовления некоторых бейсболок MLP.
• Некоторые колпачки из пленки содержат потенциально токсичные ингредиенты, которые могут нанести вред окружающей среде.

Керамические конденсаторы

Многослойные керамические конденсаторы Керамические конденсаторы обладают свойствами, которые хорошо работают в приложениях SMPS, и в некоторых случаях предлагают хороший компромисс между вопросами стоимости/наличия и техническими характеристиками, необходимыми для фильтрации SMPS.

Однослойные керамические конденсаторы (SLCC) , или керамические дисковые конденсаторы, изготовлены из керамического блока или диска, металлизированного с двух сторон. Крышки SLCC обычно представляют собой конденсаторы со сквозным отверстием (радиальные выводы), которые популярны во многих устаревших схемах. Устройства SLCC обеспечивают высокое номинальное напряжение >10 кВ и стабильную работу во всем диапазоне температур.

Недавние тенденции к конструкции многослойных керамических конденсаторов (MLCC) с более высокой плотностью CV повлияли на доступность продуктов SLCC, поскольку производители уменьшили емкость и объявили об окончании срока службы для многих номеров деталей. В дополнение к проблеме доступности конструкции SLCC имеют следующие недостатки, которые следует учитывать разработчикам схем:

• Крышки SLCC обычно доступны только в формате с радиальными выводами, что сужает выбор конструкции платы.
• Расстояние между выводами и их размер сравнительно велики, особенно при увеличении номинального напряжения.
• SLCC CV плотность очень ограничена из-за «однослойной» конструкции.

Многослойные керамические конденсаторы (MLCC) состоят из нескольких слоев тонких керамических материалов, которые металлизированы и чередуются друг с другом. Устройство спекается в монолитный блок, а затем оголенные электроды металлизируются, образуя торцевые заглушки. Конструкция MLCC позволяет соединить несколько слоев очень тонкого керамического диэлектрика параллельно для достижения относительно высокой плотности CV. В последние годы высокая стоимость драгоценных металлов, используемых в электродных слоях предыдущих конструкций MLCC, была успешно заменена более дешевыми недрагоценными металлами, такими как медь и никель. Эта эволюция коснулась не всех типов конструкции MLCC, и в некоторых более крупных устройствах MLCC до сих пор используются драгоценные металлы.

Устройства MLCC могут быть изготовлены из широкого спектра диэлектрической керамики, включая материалы как класса I (сверхстабильные), так и класса II (стабильные). Наиболее распространенным керамическим диэлектриком для приложений SMPS является X7R, стандарт EIA для диэлектриков класса II. Это связано с тем, что диэлектрики класса II, включая X7R, имеют относительно высокую диэлектрическую проницаемость (K), в то время как диэлектрики класса I имеют очень низкий K. При более высоком K диэлектриков класса II можно достичь гораздо более высокой плотности CV.

Устройства MLCC не имеют какого-либо значительного механизма износа, кроме присущей им прогнозируемой частоты отказов (FIT). Вообще говоря, надежность MLCC как минимум в 10 раз выше, чем у TA или AE.

Конструкции MLCC обеспечивают чрезвычайно низкое ESR. Особенно на более высоких частотах этот низкий ESR позволяет разработчику схемы использовать более низкие значения емкости в MLCC по сравнению с устройствами AE, TA и MLP. Низкий ESR снижает потери мощности (нагрев) конденсатора при работе с высоким пусковым током (di/dt) для удовлетворения повышенных требований к мощности. Кроме того, при использовании в качестве выходного фильтра более низкое ESR устройства MLCC уменьшает выходное напряжение пульсаций.

Конструкции MLCC обычно также имеют более низкий ESL, чем AE, TA и MLP, но для ESL необходимо учитывать формат продукта. Конденсаторы с радиальными выводами, например, имеют более высокие ESL, чем конденсаторы для поверхностного монтажа, из-за индуктивности, добавляемой выводами. MLCC предлагает лучшие характеристики пульсирующего тока, чем другие технологии. MLCC неполярны, и их номинальное напряжение хорошее во всем диапазоне температур. MLCC доступны в экологически безопасном исполнении, соответствующем требованиям RoHS. Кроме того, MLCC бывают разных физических форматов, начиная от микросхем для поверхностного монтажа и заканчивая многослойными конденсаторами с выводами.

Конструкции MLCC с многослойными конденсаторами особенно полезны для фильтров SMPS, поскольку эти приложения обычно требуют высокой емкости или высокой плотности CV. «Стековая» конструкция позволяет производителю конденсаторов объединять несколько крышек для поверхностного монтажа в стопки и достигать 5-кратного увеличения CV для заданной занимаемой площади. Кроме того, выводные рамки, используемые в многослойных конструкциях конденсаторов, обеспечивают превосходную защиту как от термических, так и от механических нагрузок, которые могут возникать во время пайки или обращения с платой после сборки. Многослойная конструкция MLCC может уменьшить микрофонный шум, который обычно влияет на аудиосхемы, которые могут существовать в конструкциях схем для поверхностного монтажа.

Некоторые разработчики избегают многослойных конденсаторов из-за опасений по поводу ударных и вибрационных нагрузок, возникающих в суровых условиях. Хотя более высокий центр тяжести и большая масса составных крышек делают их более чувствительными к ударам и вибрации, они успешно использовались и успешно используются в очень суровых условиях, включая аэрокосмическую, военную технику и скважинное бурение.

Устройства MLCC также доступны в исполнении для высоких температур, до 250°C. Они идеально подходят для автомобильной техники, контроллеров двигателей, скважинного бурения и множества других высокотемпературных применений. Большинство устройств MLCC поставляются в соответствии с требованиями RoHS, но многие из них доступны с припоями Pb по запросу

В дополнение к возможной восприимчивости к неблагоприятным условиям окружающей среды устройства MLCC имеют некоторые недостатки, которые следует учитывать разработчикам схем: улучшенные ESR и ESL MLCC, конструкция схемы может не требовать такой же емкости, как аналогичная схема с конденсаторами AE, TA или MLP.

Керамические материалы, используемые в конструкции MLCC, слабы при растяжении и требуют осторожного обращения. Кроме того, керамические материалы имеют плохую теплопроводность, поэтому при пайке необходимо соблюдать меры предосторожности. Большие размеры более восприимчивы, чем меньшие устройства для поверхностного монтажа.

Диэлектрики класса II, используемые в конструкции MLCC, представляют собой пьезоэлектрические материалы, и устройства MLCC обладают некоторыми пьезоэлектрическими характеристиками.

Устройства класса II демонстрируют характеристики старения и температуры. Старение – это логарифмическое уменьшение значения емкости с течением времени. Типичное старение X7R для MLCC составляет около 1% за десятилетие в час. Старение можно остановить, нагрев устройство до температуры, превышающей точку Кюри керамики (обычно ~120°C). Температурные характеристики диэлектриков X7R должны находиться в пределах +15 % от показаний крышки при комнатной температуре в диапазоне температур от 55°C до 125°C, чтобы соответствовать стандарту EIA. TCC материалов X7R разных поставщиков различаются, поэтому необходимо выяснить точное значение TCC приобретаемого устройства.

Диэлектрики класса II уменьшают емкость при приложении постоянного напряжения смещения. Влияние смещения постоянного тока на результирующую емкость является прямой функцией выбранного диэлектрика и толщины диэлектрика, выбранной для конструкции, и в худшем случае может достигать 80% при приближении к RV конденсатора.

Диэлектрики класса II (X7R) обычно имеют коэффициент рассеяния (DF) от 1,5 до 2,5%. Этот коэффициент потерь подходит для приложений постоянного тока, но может привести к нагреву в приложениях переменного тока, особенно когда частоты превышают 60 Гц.

Резюме

Каждая технология имеет свои сильные и слабые стороны для фильтрации SMPS. Учитывая чрезвычайно низкие ESR и ESL устройств MLCC, плотность CV не может быть недостатком, в зависимости от схемы. Благодаря очень хорошему di/dt, отсутствию полярности, характеристикам при высоких температурах, длительному сроку службы, экологически чистой конструкции и другим положительным качествам, MLCC являются хорошим выбором для нужд фильтрации SMPS.

Эта статья была написана Дэниелом Джорданом, консультантом. Для получения дополнительной информации нажмите здесь  .

Topics:
Aerospace Architecture Architecture Assembling Capacitors Capacitors Ceramics Conductivity Electrical systems Electrical systems Electronic Components Energy storage systems Energy storage systems High voltage systems High voltage systems Идентификационный номер Идентификационные номера Присоединение Процессы производства Свойства материалов Metals Никель Управление питанием . Поставки электроэнергии Переключатели Переключатели

---

Подробнее от SAE Media Group

Shrifems 9024 4024 40244. Defican 9024 40244. Defican Deporms 9024 4024 40244. Defence 9024 40244. Lefence 9024 4024 29024 29024 4024 29024 4024 29024 40244. 9024 29024 29024 40244. 9024.

Главные новости

INSIDERAaerospace

Northrop Grumman представит B-21 Raider — Технология мобильной инженерии

INSIDERWeapons Systems

Raytheon объединяет лазерное оружие с системой противовоздушной обороны NASAMS — мобильность. ..

INSIDEREnergy

Полностью электрический пригородный самолет совершает первый полет — разработка мобильности…

INSIDERMaterials Use of Thermoplastic Force Плавник для F-16 — Мобильная инженерия…

INSIDERБеспилотные системы

Будущее совместной боевой авиации — Мобильная инженерия

INSIDERWeapons Systems

Ракета PAC-3 успешно перехватила цель крылатой ракеты — мобильность…

Интернет-трансляции

Робототехника, автоматизация и управление

Улучшение продуктов за меньшее время: как автоматизация и оптимизация…

Датчики/сбор данных

Гибкие технологии и варианты материалов для автомобильной промышленности…

Материалы

Усовершенствование электродвигателя с использованием материалов с высокой плотностью крутящего момента и передовых технологий…

Транспорт

Продолжая срок службы льда для коммерческих транспортных средств

Automotive

Будущие тенденции и проблемы для решений для соединительных решений в .