EN
Գրիգ Հղումներ
Անփոխանցելի կոնդենցիտորներ այն փոքրիկ մասերն են, որոնք պահում և ազատում են էլեկտրականությունը երկու մետաղական սալվածքների միջև՝ դրանց միջև առկա մեկուսիչ նյութով: Դիմադրեք լարում և դիտեք, թե ինչ է տեղի ունենում՝ սալվածքները սկսում են կուտակել հակադիր լիցքեր, ինչը ստեղծում է էլեկտրական դաշտ անմիջապես միջոցով: Ահա թե ինչպես է այն գործում՝ ստաբիլիզացնելով լարումները, մաքրելով ազդանշաններից անցակացված աղմուկը և նույնիսկ օգնելով կառավարել տարբեր շղթաների ժամանակացույցը: Այս տարբերակները տարբերվում են փոփոխականներից, քանի որ ունեն ֆիքսված արժեքներ, որոնք գրեթե չեն փոխվում: Այն դեպքերում, երբ ամեն ինչ պետք է կանխատեսելի լինի, ինչպես օրինակ՝ սնուցման աղբյուրները մաքուր պահելը կամ ճիշտ կերպով միացնել ամպլիֆիկատորային կառույցներում ազդանշանները, ֆիքսված կոնդենսատորները հաճախ ինժեներների ընտրությունն են, ովքեր ամբողջ օրը շղթայի սխեմաներ են դիտում:
Ունակությունը, որով կոնդենսատորը կարող է պահել էլեկտրական լիցք, կոչվում է տարողություն և չափվում է ֆարադներով (F): Երբ դիտարկում ենք իրական թվերը, այն կոնդենսատորները, որոնք օգտագործվում են բարձր հաճախականությամբ շղթաներում, սովորաբար ունենում են մեծություններ պիկոֆարադների սահմաններում (pF), իսկ էներգիա պահելու նպատակով նախատեսվածները կարող են հասնել մինչև հազարավոր միկրոֆարադների (µF): Կոնդենսատորի համար կարևոր գործոն է լինում նրա լարման հատկանիշը, որը ցույց է տալիս ամենաբարձր լարումը, որը այն կարող է դիմանալ, առանց ներսում խափանում առաջացնելու: Այդ սահմանը գերազանցելու դեպքում իրավիճակը շատ արագ անկարգվում է՝ տաքացած մասեր կամ նույնիսկ ամբողջությամբ կարճ միացում առաջացնելով: Լավ ինժեներական լուծումը նշանակում է այդ հատկանիշները ճիշտ համապատասխանեցնել շղթայի իրական պահանջներին: Եթե տարողությունը բավարար չէ, ֆիլտրները չեն աշխատի ճիշտ: Իսկ եթե լարման հատկանիշը ցածր է՝ շահագործման ընթացքում անվտանգությունը դառնում է լուրջ հարց:
Ուղղահայցի վարքը էլեկտրական տեսանկյունից կախված է դիէլեկտրիկի տեսակից: Վերցրե՛ք, օրինակ, կերամիկական տիպերը՝ ինչպիսին է X7R-ը, որոնք իրենց տարողությունը պահպանում են շատ կայուն, նույնիսկ երբ ջերմաստիճանը տատանվում է -55 աստիճան Ցելսիուսից մինչև 125 աստիճան, ինչի պատճառով էլ ինժեներները սիրում են դրանք օգտագործել ճշգրիտ ժամանակային շղթաներում և ռադիոհաճախականության կիրառություններում: Մյուս կողմից, ալյումինե էլեկտրոլիտային ուղղահայցերը հիմնված են այդ բարակ օքսիդային շերտերի վրա, որոնք փոքր տարածքում տեղավորում են մեծ տարողություն, սակայն եթե տեղադրման ընթացքում ինչ-որ մեկը սխալ է որոշում բևեռականությունը, ապա ասենք այդպես, այն վատ վերջանում է: Պոլիմերային տարբերակները առանձնանում են իրենց շատ ցածր ESR արժեքներով, ուստի բարձր հաճախականությունների դեպքում դրանք շատ քիչ էներգիա են կորցնում: Իսկ ֆիլմային ուղղահայցերը, որոնք պատրաստված են պոլիպրոպիլենի նման նյութերից, գրեթե ամբողջովին վերացնում են ESR-ն, ինչը դրանք դարձնում է իդեալական նրբագեղ անալոգային ֆիլտրման խնդիրների համար, որտեղ յուրաքանչյուր փոքր սիգնալ կարևոր է: Ընտրելով դիէլեկտրիկ, ինժեներները պետք է մտածեն այն մասին, թե ինչ տեսակի լարվածություններ կարող է կրել այդ մասը իրական կյանքում՝ արդյոք այն պետք է անցնի օրական հարյուրավոր լիցքավորման ցիկլեր, թե գոյատևի այնպիսի միջավայրում, որտեղ ջերմաստիճանները կարող են հասնել չափազանց բարձր մակարդակի:
Կերամիկական կոնդենսատորները լայն կիրառություն ունեն բարձր հաճախականությամբ շղթաներում, քանի որ դրանք կայուն են մոտ 5%-ի սահմաններում և տախտակի վրա զբաղեցնում են շատ փոքր տեղ: Երբ արտադրողները օգտագործում են X7R կամ COG/NP0 տիպի նյութեր, այս կոմպոնենտները կարող են աշխատել ջերմաստիճանների տիրույթում՝ մինուս 55 աստիճան Ցելսիուսից մինչև 125 աստիճան Ցելսիուս: Դա դրանք դարձնում է հատկապես հարմար անցանկալի աղմուկը մաքրելու համար DC-DC սնուցման աղբյուրներում և ռադիոհաճախականության շղթաներում, որտեղ առավել կարևոր է սիգնալի ամբողջականությունը: Տարողության արժեքները տատանվում են 1 պիկոֆարադից մինչև մոտ 100 միկրոֆարադ: Սակայն այստեղ կա մեկ կարևոր առանձնահատկություն. մեծամասնությամբ կերամիկական կոնդենսատորները չեն աշխատում 50 վոլտից բարձր լարման դեպքում, ինչը նշանակում է, որ ինժեներները պետք է այլուր նայեն, երբ նախագծում են ավելի բարձր հզորություն պահանջող համակարգեր:
Ալյումինե էլեկտրոլիտային կոնդենսատորները կարող են ապահովել մեծ տարածք հզորության միջակայք՝ մոտ 1 միկրոֆարադից մինչև 470 հազար միկրոֆարադ, և աշխատում են մինչև 500 վոլտ լարման դեպքում: Սակայն դրանց հիմնական թերությունը այն է, որ դրանք բևեռացված մասեր են և պահանջում են ճիշտ բևեռացման նշում: Այս կոնդենսատորները շատ լավ են աշխատում սնուցման շղթաներում առկա անհանգիստ հոսանքների ֆիլտրման գործում: Այնուամենայնիվ, դրանց ներսում գտնվող հեղուկը ժամանակի ընթացքում քայքայվում է: Շահագործման մոտ 85 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանների դեպքում մեծ մասը կոնդենսատորներ 2000-ից 8000 ժամ են աշխատում փոխարինում պահանջվելուց առաջ: Որոշ նորագույն մոդելներ հիմա հաղորդակից պոլիմերներ են խառնում սովորական էլեկտրոլիտների հետ: Այս համադրությունը օգնում է այս մասերին ավելի երկար աշխատել և միաժամանակ բարձրացնում է ընդհանուր աշխատանքային հատկանիշները:
Տանտալի կոնդենսատորները մեկ միավոր ծավալի հաշվարկով տասն անգամ ավելի մեծ տարողություն են ապահովում, քան ստանդարտ ալյումինե էլեկտրոլիտային տիպերը, ինչը դրանք դարձնում է շատ օգտակար խիտ տարածություններում, որտեղ յուրաքանչյուր միլիմետր հաշվի է առնվում, հատկապես կրելի տեխնոլոգիաներում և իմպլանտավորվող բժշկական սարքերում: Այս կոմպոնենտները լավ աշխատում են լայն լարման տիրույթում՝ 2,5 վոլտից մինչև 50 վոլտ: Տանտալի կոնդենսատորների առավելությունը այն է, որ դրանց կաթոդային կողմում օգտագործվում է մանգանի երկօքսիդի նյութ, որն իջեցնում է կորուստները՝ պահելով դրանք 1 %-ի սահմաններում նույն ալյումինե մասերի համեմատ: Սակայն կա մեկ կարևոր նրբերանգ, որը պետք է հաշվի առնել. եթե լարումը գերազանցի կոնդենսատորի անվանական արժեքի 1,3 անգամը, իրավիճակը կարող է շատ արագ վատանալ՝ ինչպես տեսել ենք ջերմային փախուստի դեպքեր, որոնք հանգեցրել են կոմպոնենտի լրիվ անսարքության:
Պոլիպրոպիլենի (PP) կամ պոլիէսթերի (PET) նման նյութերից պատրաստված կոնդենսատորները հիանալի ցածր համարժեք շղթայի դիմադրություն են ապահովում՝ սովորաբար 10 միլիօհմ-ից ցածր, ինչպես նաև շատ խիտ թույլատրելի սահմաններ՝ մոտավորապես մեկ տոկոսով դրական կամ բացասական շեղումներով: Այս հատկանիշները դրանք դարձնում են իդեալական ճշգրիտ ժամանակային կառավարման և արդյունավետ սիգնալի ֆիլտրման կիրառությունների համար: Այս մասերի համար բնորոշ է լարման կտրուկ ցատկեր կրելու ունակությունը՝ շնորհիվ դիէլեկտրիկի ինքնավերականգնման հատկությունների: Այս առանձնահատկությունը հատկապես կարևոր է պահանջկոտ արդյունաբերական պայմաններում, ինչպիսիք են փոփոխական հաճախականությամբ շարժիչների կառավարումը և ֆոտովոլտային սարքերի հզորության փոխակերպման համակարգերը: Հասանելի են 100 պիկոֆարադից մինչև 100 միկրոֆարադ տարողությամբ, հասնելով մինչև 1 կիլովոլտ փոփոխական հոսանքի արժեքների, թաղանթային կոնդենսատորները հաստատակամ ավելի լավ են աշխատում, քան կերամիկական անալոգները, երբ օգտագործվում են էլեկտրական լարվածության և էներգիայի տատանումների ենթակա միջավայրերում:
Ճիշտ տարողությունը ընտրելը ապահովում է բավարար լիցքի պահեստավորում: Շատ ցածր արժեքը վատթարացնում է ֆիլտրումը, իսկ չափազանց բարձր տարողությունը մեծացնում է ծախսերն ու տեղային մակերեսը: Խիստ թույլատվությունները (օրինակ՝ ±5%) կարևոր են ճշգրիտ տայմինգի համար, իսկ ընդհանուր նպատակներով շղթաները կարող են ընդունել ±20%: Ըստ վերջերս արված արդյունաբերական հետազոտությունների՝ շղթաների 78% ձախողումները պայմանավորված են չհամապատասխանող սպեցիֆիկացիաներով:
Ստացիոնար կոնդենսատորներ ընտրելիս պետք է համոզվել, որ դրանք կարող են հաղթահարել լարման սահմանափակ ճնշումները՝ որոշ ավելացված արժեքով: Վերցրեք, օրինակ, ստանդարտ 12Վ սխեման: Շատ ինժեներներ օգտագործում են 25Վ արժեք ունեցող մասեր՝ պարզապես այն անսպասելի լարման թռիչքները հաղթահարելու համար, որոնք մշտապես տեղի են ունենում իրական սխեմաներում: Նորմաներից մոտ կեսով կամ նույնիսկ կրկնապատկով ավելի բարձր արժեք ընտրելը իրականում կանխում է դիէլեկտրիկ անջատումը, որը, ըստ Էլեկտրոնիկայի reliability-ի մասնագետների՝ անցյալ տարի հայտնաբերված է, հավանաբար ամենահաճախ հանդիպող պատճառն է, որի պատճառով կոնդենսատորները ձախողվում են DC-ից DC փոխակերպիչների կառուցվածքներում: Սակայն հիմա ահա թե ինչն է հիմնական խնդիրը. եթե մենք սա չափազանց հեռու տանենք և ընտրենք ավելի բարձր արժեք ունեցող մասեր, ապա կստանանք ավելի բարձր ESR արժեքներ և նաև կծախսենք թանկարժեք PCB տարածք՝ տեղադրելով ավելի մեծ մասեր, քան անհրաժեշտ է:
Բաղադրիչները վատ են աշխատում, երբ ջերմաստիճանները շատ քայքայիչ են լինում: Վերցրե՛ք օրինակ կերամիկան՝ սառը պայմաններում, -55 աստիճան Ցելսիուսի դեպքում, այն իրականում կարող է կորցնել իր տարողության մոտ 80%–ը: Հակառակ դեպքում՝ էլեկտրոլիտային կոնդենսատորները հակված են չորանալու, երբ ջերմաստիճանը գերազանցում է 85 աստիճանը: Այդ իսկ պատճառով ավտոմոբիլային կամ ծանր արդյունաբերական կիրառություններում ինժեներների մեծամասնությունը փնտրում է այնպիսի մասեր, որոնք հուսալիորեն աշխատում են -40-ից +125 աստիճան Ցելսիուս միջակայքում: Իսկ երբ խոսքը խոնավության մասին է, սա հատկապես կարևոր է արտաքին օգտագործման սարքավորումների համար: Արդյունաբերական ստանդարտ փորձարկումը ստուգում է աշխատանքային բնութագրերը 85% հարաբերական խոնավության դեպքում, և գիտե՞ք ինչ: Դաշտում առաջացած անսարքությունների մոտ հինգերորդ մասը այն է, որ բաղադրիչները ճիշտ կերպով չէին ապահովված խոնավության ներթափանցումից:
Էկվիվալենտային հաջորդական դիմադրությունը, կամ ԷՀԴ-ն, հիմնականում չափում է այն ներքին կորուստները, որոնք տեղի են ունենում կոմպոնենտների ներսում, և մեծ դեր է խաղում այն բանի արդյունավետության մեջ, թե ինչպես է այն աշխատում: Նայեք, թե ինչ է տեղի ունենում 100 կՀց անջատիչ կարգավորիչի տիպիկ կառուցվածքում: Երբ օգտագործվում է 100 միլիոհմ ԷՀԴ հարմարված կոնդենսատոր, մենք խոսում ենք մոտ 1,2 Վտ կորուստի մասին, որը կորցվում է ջերմության տեսքով: Սակայն, եթե ինչ-որ մեկը այն փոխարինի 25 միլիոհմ ԷՀԴ ունեցող կոմպոնենտով, հզորության կորուստը նվազում է մոտ 0,3 Վտ-ի: Սա իրական տարբերություն է նշանակում: Բազմամոլեկուլային կոնդենսատորները՝ ցածր ԷՀԴ արժեքներով, կարող են 60 տոկոսով կրճատել ջերմային լարվածությունը՝ համեմատած հին ալյումինե էլեկտրոլիտային տեսակների հետ, ինչի պատճառով դրանք հաճախ հանդիպում են մեծ հոսանքներ կրող շղթաներում: Հիշեք՝ ստուգեք ԷՀԴ արժեքները այն բոլոր հաճախադարձերի ընթացքում, որտեղ շղթան կաշխատի փորձարկման փուլերում: Սկզբից այս ճիշտ կատարելը կխնայի ձեզ ավելի ուշ խնդիրներից:
Ավտոմատացված հավաքման հետ համատեղելիության և տեղի խնայողության շնորհիվ ժամանակակից տպագրված շղթաների 84%-ում օգտագործվում են մակերեսային տեղադրման կոնդենսատորներ (IPC-7351B 2023): Բարձր թրթռումների միջավայրերում, ինչպիսին արդյունաբերական շարժիչների վարումն է, նախընտրելի են անցքի միջով տեղադրվող տարբերակները, որտեղ մեխանիկական ամրությունը ավելի կարևոր է, քան չափսերը: Չնայած SMD-ները թույլ են տալիս կոմպակտ դասավորություններ, սակայն դժվարացնում են հավաքակցման հետո կատարվող նորոգումներն ու խափանումների վերացումը:
Փոքրացումը հաճախ հակասում է ջերմային արդյունավետության հետ: 1210 դասի կերամիկական կոնդենսատորը կարող է ապահովել 22 մկՖ 50Վ լարման դեպքում, սակայն կորցնել 30% տարողությունը 85°C-ից բարձր, մինչդեռ ավելի մեծ ֆիլմային տեսակները պահպանում են ±2% կայունությունը: IEEE-1812 հղումները խորհուրդ են տալիս լարումը 20%-ով իջեցնել 2մմ²-ից փոքր կոնդենսատորներ օգտագործելիս ջերմությամբ պայմանավորված արտադրողականության անկման կանխման համար:
Ճիշտ ինտեգրումը պահանջում է ջերմաստիճանային թուլացման կորերի համադրումը փաստացի շահագործման պայմանների հետ՝ 105°C վարկանիշով կոնդենսատորը 70°C միջավայրում ավելի քան չորս անգամ ավելի երկար է աշխատում, քան 85°C տարբերակը (IEC-60384-23 2022):
Այժմ շուկայում իրական տեղաշարժ է տեղի ունենում դեպի այս փոքր կոնդենսատորները, որոնց հիմնական մասը մոտ 15 տոկոսով փոքր է 2020 թվականին ստանդարտից: Սա տրամաբանական է՝ հաշվի առնելով, թե ինչպես են վերջերս զարգացել կրվող սարքերն ու IoT սարքերը: Տեղի են ունենում նաև որոշ շատ հետաքրքիր տեխնոլոգիական նորարարություններ: Օրինակ՝ ատոմային շերտավոր նստվածքներով դիէլեկտրիկները թույլ են տալիս արտադրողներին խտություն ապահովել 500 միկրոֆարադից ավելի մեկ քառակուսի միլիմետրում՝ միաժամանակ պահպանելով կայունությունը նույնիսկ 125 աստիճան Ցելսիուս ջերմաստիճաններում: Նյութերի տեսանկյունից ընկերությունները ավելի շատ են դառնում սիլիցիումի նիտրիդի և բարձր դիէլեկտրիկ թափանցելիություն ունեցող պոլիմերների կողմից: Այս ընտրությունները կարող են զգալիորեն կրճատել կորուստները՝ երբեմն մինչև 40 տոկոսով, հատկապես բարձր հաճախադադությամբ կիրառությունների դեպքում, որոնք այժմ շատ են օգտագործվում ժամանակակից սարքերում:
Տանտալի մատակարարման եղանակը բազմության համար արդյունքում դարձել է էթիկական հարց: Կոնդենսատորների կենսականոնակարգի վերաբերյալ 2023 թվականի վերջերս իրականացված հարցման համաձայն՝ ինժեներների մոտ երկու երրորդը ակտիվորեն փնտրում է կոբալտ չպարունակող այլընտրանքներ: Դրական կողմից, այժմ ալյումինե կոնդենսատորներում օգտագործվում են նոր՝ ջրի հիմքի վրա ստեղծված էլեկտրոլիտներ, որոնք համապատասխանում են RoHS 3 պահանջներին: Այնուամենայնիվ, այդպիսի կոնդենսատորների կյանքը տևում է մոտ 12 տոկոսով պակաս, երբ դրանք ենթարկվում են 85%-ից բարձր հարաբերական խոնավության: Բացի այդ, նաև իրականացվում է հետաքրքիր աշխատանք բուսական սելյուլոզային նյութերի հետ՝ որպես կենսաքայքայվող տարբերակների հնարավոր օրինակներ: Սկզբնական փորձարկումները ցույց են տվել խթանիչ արդյունքներ՝ կորուստների գործակիցը նվազելով մինչև 0,02-ը սկզբնական նմուշներում, թեև դեռևս շատ աշխատանք է պահանջվում, մինչև դրանք լայնորեն փոխարինեն ավանդական նյութերը:
Իրական տվյալներից հետևում է, որ կondenսատորների փոխարինման մոտ մեկ երրորդը տեղի է ունենում այն պատճառով, որ ինժեներները ընտրում են մասեր, որոնք հաշված են իրականում անհրաժեշտից երկու անգամ ավելի բարձր ցուցանիշներով, ինչը փոխարինման ծախսերը բարձրացնում է 18-25 տոկոսով: Բազմաշերտ կերամիկական կondenսատորների (MLCC) դեպքում DC լարման ազդեցությունը չհաշվի առնելը նույնպես կարող է լուրջ ազդեցություն ունենալ դրանց աշխատանքի վրա: Մենք դեպքեր ենք տեսել, երբ երեք տարվա շահագործման ընթացքում տարողականությունը նվազել է մոտ 60%: Եվ նաև չպետք է մոռանալ էլեկտրոլիտային կondenսատորների մասին: Ամբողջ երկրում գտնվող գործարաններում և արտադրամասերում սնուցման աղբյուրների մոտ 4-ից 10-ը ձախողվում են էլեկտրոլիտի չորանալու պատճառով: Ուստի ինժեներների համար տրամաբանական է արտադրողի կողմից տրամադրված հետաձգման կորերը համեմատել այն տվյալների հետ, որոնք ստացված են օպերացիոն պայմաններում՝ հաշվի առնելով ջերմաստիճանի տատանումներն ու ալիքային հոսանքները: