Napäťové kondenzátory in Parallel: Aký rating banky naozaj je
Praktický sprievodca kapacitou, zdieľaním prúdu a napäťovým stropom, ktorým sa riadi každá paralelná kondenzátorová banka.
Šesť 470 µF zasúvacích kondenzátorov je umiestnených v rade cez 400 V jednosmerné vedenie nabíjacieho modulu. Nákres nazýva skupinu 2 820 µF banka a každý číta toto číslo ako neškodnú aritmetiku. Potom sa niekto spýta, čo sa stane, ak sa dve zo šiestich pozícií naplnia 350 V časťami namiesto 450 V a miestnosť stíchne.
Tu je odpoveď pred odôvodnením. Všetky paralelne zapojené kondenzátory vidia rovnaké napätie, ich kapacity sa sčítavajú, ich ekvivalentný sériový odpor klesá a menovité napätie celej banky sa rovná najnižšiemu hodnoteniu v rade. Nie je priemer, nie je najvyšší a nie je to nič, čo by rozloženie mohlo zlepšiť.
Táto jediná veta rozhoduje o tom, či banka prežije prudký nárast alebo vypustí elektrolyt v horúcom popoludní. Nasleduje, čo sa vlastne mení, keď sú kondenzátory umiestnené paralelne, čo sa nemení vôbec a ktoré detaily zvyknú pri kvalifikácii hrýzť.
Jedno napätie, zdieľaný náboj: Aké zmeny paralelného pripojenia
V paralelnom usporiadaní sú svorky zviazané, takže každý kondenzátor vidí rovnaký potenciálny rozdiel. Poplatok sa nerozdeľuje rovnomerne; delí sa v pomere ku kapacite. Pri 48 V kondenzátor 1 000 µF ukladá desaťnásobok náboja oproti kondenzátoru 100 µF, ktorý je vedľa neho, pričom oba sú namáhané presne rovnakým napätím.
Aritmetika je jednoduchá. Celková kapacita je súčtom jednotlivých hodnôt a uložená energia nasleduje po tomto súčte:
- C celkom = C1 C2 ... Cn
- Uložená energia = 1/2 x C celkom x V na druhú
- Ekvivalentný odpor a indukčnosť sa kombinujú ako recipročné, takže pri pridávaní častí klesajú
| Nehnuteľnosť | Sériová banka | Paralelná banka |
|---|---|---|
| Celková kapacita | Recipročné pridávajú | Hodnoty sa pridávajú priamo |
| Napätie naprieč každou časťou | Rozdeľuje; najmenší kondenzátor má najväčší podiel | Identické pre každý kondenzátor v banke |
| Menovité napätie skupiny | Pridáva za predpokladu, že je na mieste vyváženie | Rovná sa najnižšiemu jednotlivému hodnoteniu |
| Vyvažovací hardvér | Zvyčajne sa vyžaduje | Nevyžaduje sa |
| Typická rola | Vysokonapäťové reťazce a naskladané články | Hromadné ukladanie, oddelenie, zdieľanie |
| Riziko najslabšej časti | Prepätie na najmenšom kondenzátore | Prehrievanie v kondenzátore s najnižším ESR |
Napäťové hodnotenie paralelnej banky, jasne uvedené
Paralelne sa pridáva kapacita. Menovité napätie nie. Banka jednoducho zdedí najnižšie číslo v rade.
63 V kondenzátor a 35 V kondenzátor zapojené paralelne tvoria 35 V banku. 63 V časť prebieha hlboko pod vlastným stropom, čo je neškodné pre kondenzátor a zavádzajúce pre každého, kto číta schematickú poznámku.
Existuje druhá vrstva pravidla: menovité napätie nie je pracovné napätie. Hliníkové elektrolytické zariadenia sa normálne prevádzkujú s rezervou. Sedenie pri 80 percentách menovitého napätia je bežnou základňou pre dizajny pri izbovej teplote; dizajny s vysokým zvlnením alebo 105 °C sa často pohybujú smerom k 70 percentám a priemyselné výrobky s dlhou životnosťou môžu ísť ešte nižšie.
Hodnoty prepätia nie sú pracovné napätia. Časť, ktorá toleruje krátke prepätie pri svojom menovitom napätí, by nemala byť požiadaná, aby tam žila nepretržite, a paralelná banka neponúka žiadnu spoločnú rezervu, ktorú by nemal jediný kondenzátor.
| Menovité napätie | 80 percentný cieľ | 70 percentný cieľ |
|---|---|---|
| 25 V | 20 V | 17,5 V |
| 35 V | 28 V | 24,5 V |
| 50 V | 40 V | 35 V |
| 63 V | 50 V | 44 V |
| 100 V | 80 V | 70 V |
| 200 V | 160 V | 140 V |
| 400 V | 320 V | 280 V |
| 450 V | 360 V | 315 V |
Prečo paralelné banky zarábajú svoje miesto v správnej rade
Paralelné zapojenie rozdeľuje odpor a indukčnosť rovnakým spôsobom, ako sa kombinujú odpory. Päť kondenzátorov so 100 miliohm ESR sa správa ako skupina ako 20 miliohmový komponent. Nižší ekvivalentný odpor znamená menšie vnútorné zahrievanie pri danom zvlnenom prúde a menšie zahrievanie znamená dlhšiu životnosť; známe pravidlo hovorí, že každé zníženie teploty jadra o 10 °C zhruba zdvojnásobí životnosť.
Zvlnený prúd sa však nerozdeľuje rovnomerne. Rozdeľuje sa podľa impedancie, takže kondenzátor s najnižším ESR v banke nesie najväčší podiel a beží najhorúcejšie. Ako sa pod termokamerou objaví jedna teplá plechovka, namiesto podielu na časť sa kontroluje iba celkové hodnotenie zvlnenia banky.
Pred zmrazením rozloženia stojí za to ho znova navštíviť ako ESR tvaruje zvlnený prúd a teplo v hliníkovom elektrolytickom kondenzátore, pretože tento vzťah určuje skutočný limit paralelnej banky.
Nezhodné diely a migrujúci stres
Dva kondenzátory z rovnakej výrobnej série sa môžu líšiť o 20 percent v kapacite a podstatne viac v ESR, najmä ak pochádzajú z rôznych sérií alebo rôznych podmienok skladovania. V paralelnej banke sa šírenie javí skôr ako nerovnomerné zdieľanie prúdu ako nerovnaké napätie.
Postupnosť zlyhania stojí za to vysvetliť, pretože je kontraintuitívna. Časť s najnižším ESR nesie najväčší zvlnený prúd a je najteplejšia. Teplo vysušuje elektrolyt, čo zvyšuje ESR a znižuje kapacitu. Keď jeho ESR stúpa, jeho podiel na prúde klesá a zostávajúce kondenzátory absorbujú rozdiel. Banka málokedy zlyhá naraz; rotuje napätie z časti na časť, až kým sa nedá odvzdušniť.
Nikdy nemiešajte menovité napätie v jednej paralelnej banke, a to ani počas výroby prototypov. Ak banka musí kombinovať série alebo šarže, zmerajte ESR pred montážou a zmrazte kusovník prostredníctvom kvalifikácie, pretože tichá zmena dodávateľa môže posunúť aktuálny zostatok spôsobom, ktorý neukáže žiadna schéma.
Na medi záleží rovnako ako na kapacite
Odpor stopy a prípojnice niekoľko miliohmov je pri 1 A irelevantný a rozhodujúci pri 100 A. Ak je medená cesta k jednému kondenzátoru o 30 mm dlhšia ako cesta k jeho susedovi, prúdové rozdelenie bude nasledovať po medi, nie podľa údajového listu. Symetrické rozloženie, vetvy rovnakej dĺžky a zdieľaný hviezdicový bod sú štandardné opravy.
Rovnaká logika platí pri vysokej frekvencii, kde dominuje ekvivalentná sériová indukčnosť. Paralelné kondenzátory znižujú indukčnosť slučky banky iba vtedy, keď zdieľajú kompaktnú spätnú cestu; roztiahnite ich cez širokú slučku a úžitok sa vyparí.
To je dôvod, prečo sa polymérové diely s nízkym ESR a objemové elektrolyty často používajú spoločne: polymér zvláda rýchlu hranu, elektrolyt pokrýva pomalšiu spotrebu energie a meď rozhoduje o tom, či niektorá z nich splní svoju úlohu.
Praktický kontrolný zoznam pre paralelné banky
Väčšina paralelných bankových problémov má pôvod v piatich rozhodnutiach, ktoré sa prijímajú skoro a len zriedka sa k nim prehodnocujú. Nižšie uvedený zoznam je verzia, ktorá sa drží vo výrobe.
- Nastavte napätie banky z kondenzátora s najnižším menovitým výkonom a potom použite zníženie: 80 percent hodnotenia ako spodná hodnota pre dizajny pri izbovej teplote, bližšie k 70 percentám pri vysokom zvlnení alebo prevádzke pri vysokej teplote.
- Ponechajte si jeden rating, jednu sériu a ideálne jednu partiu naprieč bankou. Zmiešané šarže znamenajú zmiešaný ESR a zmiešaný ESR znamená zmiešaný prúd.
- Zvlnenie veľkosti na kondenzátor a nie na banku a predpokladáme, že časť s najnižším ESR zaberie viac ako jej aritmetický podiel.
- Položte meď symetricky, pretože pri stúpaní prúdov záleží viac na rovnakej dĺžke dráhy ako na celkovej ploche medi.
- Potvrďte termálny obraz pri najhoršom zaťažení pomocou fotoaparátu, nielen pomocou tabuľky.
- Vopred sa rozhodnite, čo môže zlyhaný kondenzátor robiť. Odvzdušnenie, skrat a postupná strata kapacity sú tri rôzne udalosti s tromi rôznymi dôsledkami.
Keď viac paralelných kondenzátorov prestane pomáhať
Paralelné pripojenie zvyšuje kapacitu. Nikdy nezvyšuje kapacitu napätia, čo je úlohou sériového reťazca a sériové reťazce potrebujú vyrovnávacie odpory, pretože tolerancia kapacity sa mení priamo na nerovnováhu napätia.
S bankou rastie aj uložená energia. Banka s kapacitou 2 820 µF nabitá na 400 V pojme približne 226 joulov, všetko je dostupné pre poruchovú cestu, spadnutý nástroj alebo ruku technika. Bleeder rezistory, definovaná doba vybíjania a ochrana proti skratu sú súčasťou banky, nie voliteľným príslušenstvom.
Ešte jedna jemnosť stojí za to vedieť. Súbežné spojenie dvoch skupín veľmi odlišných hodnôt kapacity môže medzi nimi vytvoriť antirezonanciu, kde kombinovaná impedancia stúpa pri určitej frekvencii namiesto toho, aby klesala. Málokedy na tom záleží pri hromadnom skladovaní energie a veľmi záleží na vysokofrekvenčných oddeľovacích sieťach.
Uložená energia predstavuje nebezpečenstvo v akejkoľvek paralelnej banke. Pred prvým zapnutím skontrolujte veľkosť odvzdušňovača, čas vybíjania a postup blokovania a nevybitý kondenzátor zaobchádzajte ako s napätím.
O tom, či sa bude paralelná banka správať, rozhodujú tri čísla: menovité napätie, čo je najnižšie hodnotenie v rade; kapacita, ktorá je súčtom; a ESR, čo je prevrátená hodnota súčtu recipročných hodnôt. Kondenzátor s najväčším zvlneným prúdom je ten s najmenším odporom a bude tiež najteplejší.
Urobte to správne, udržujte meď symetrickú a držte kusovník stabilný a paralelné banky robia presne to, čo od nich dizajnéri požadujú: znižujú impedanciu, šíria teplo a kupujú roky životnosti za cenu niekoľkých komponentov navyše. Pretože banka je vždy taká silná, ako jej najslabšia časť, dodávateľ hliníkových elektrolytických kondenzátorov, ktorý dokáže zdokumentovať údaje o tolerancii a životnosti v rámci jednej série, výrazne uľahčuje obhajobu tohto výpočtu.
