A escolha de capacitores para conversores de tensão de pulso. Esquema, descrição

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A escolha de capacitores para conversores de tensão de pulso. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Conversores de tensão, retificadores, inversores

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Ao construir um PN pulsado, surge imediatamente a questão - quais capacitores colocar na saída do retificador e no backup do enrolamento primário do transformador. A questão não é ociosa - não foi fácil encontrar bons capacitores de pulso.

Primeiro, vamos decidir quais capacitores precisamos. Por tensão no barramento secundário - 35, 50 ou 63V, saídas flexíveis, por restrições gerais - com capacidade de 1000 microfarads (50-63V), 2200 microfarads (35V). Para simplificar, vou me limitar a uma única classificação de 1000uF a 50V, que corresponde aproximadamente ao tamanho de 16 * 36mm para eletrólitos padrão. Vamos tomar a série GS (Standard, 105С) da empresa taiwanesa Ark Electronic, amplamente disponível em Moscou, como ponto de partida absoluto. Para comparação, vamos colocar lado a lado o impulso Ark SZ e os americanos de raça pura Mallory.

Álbum de família de eletrólitos. Parâmetros-chave

Construtivo. Cortamos imediatamente latas grandes para terminais de parafuso, contêineres subminiatura (4-8 mm), contêineres com condutores axiais (o loop de corrente aumenta, instalação ineficiente) - limitado a qualquer um dos padrões condutores radiais flexíveis ou ganchos duros sob o terminal, eles também podem ser soldados à placa.

Faixa de temperatura, vida útil (vida útil), categoria de confiabilidade (grau de confiabilidade)

A vida útil e o tempo entre falhas estão intimamente relacionados ao limite superior da faixa de temperatura. Dependendo da composição e tecnologia de "embalagem" do eletrólito, o limite superior é definido em +85C (padrão), +105C (aumentado), +125-140C (recipientes de alta temperatura). A vida útil é definida precisamente para esta temperatura, é de 1000 horas para tipos padrão e é definida como o tempo durante o qual os parâmetros do capacitor, carregados com a tensão operacional constante máxima permitida, têm a garantia de permanecer na "zona verde". Via de regra, os desvios são controlados: capacitância (20%), perda de tangente (não superior a +50%) e corrente de fuga (não superior ao máximo garantido). Para eletrólitos pulsados, um aumento na ESR e (ou) impedância total também é normalizado.

Seleção de capacitores para comutação de conversores de tensão

(clique para ampliar)

1000 horas é um período ridiculamente curto, embora deliberadamente subestimado. Mas com a diminuição da temperatura a cada 10 graus até + 25C, a vida útil dobra. Assim, um recipiente marcado com 105C em condições iguais é 4 vezes mais durável do que um recipiente marcado com 85C! Considerando as condições estressantes de vida em um amplificador de carro, nos limitaremos a capacidades normalizadas +105C e acima. Capacitores de maior confiabilidade/durabilidade (on-board) também são padronizados para períodos de mais de 1000 horas, até 20.000 horas, mas isso é uma escassez. Devido a razões tecnológicas, é difícil obter alta confiabilidade em uma caixa em miniatura, muitas séries avançadas garantem mais de 5000 horas para 10 mm de diâmetro e acima e 8 mm e abaixo - apenas 2000 horas.

Corrente de Fuga o capacitor não é importante para nós. Existem capacidades especialmente classificadas para baixa corrente de fuga. A ordem das correntes (para a classificação selecionada no limite U e T) é -

Padrão (Ark GS 105C): I(mA) < 0.03 C(mF)U(V) = 1.5 mA

Para comutação da fonte de alimentação (Ark SZ 105C): I(mA) < 0.01 C(mF)U(V) + 0.003 = 0.5 mA

Corrente de fuga melhorada (Ark SL 105C): I(mA) < 0.002 C(mF)U(V) = 0.1 mA

Os vazamentos de Mallory são quase os mesmos

Para um amplificador de rede com capacitâncias da ordem de 40.000 uF, a corrente de fuga das capacitâncias padrão será de 80mA, a perda de potência em 63V é de 5 watts, o que não é tão significativo, principalmente porque na vida real não é aplicada a tensão máxima à capacitância, mas muito menos. Em um amplificador de carro, a capacitância total é várias vezes menor, então negligenciamos a corrente uyechka.

Atenção! Na literatura burguesa, todos os parâmetros dinâmicos BY DEFAULT são normalizados para 120 Hz, não 50 Hz como no GOST.

Tangente de Perda (Fator de Dissipação) todos os capacitores padrão se encaixam na faixa de 0.15-0.25. A tangente do ângulo de perda de "pulso" é a metade, cerca de 0.06-0.15, com 0.15 correspondendo a baixas tensões de operação e 0.06-0.10 a tensões de 50-100V. É por esta razão que na entrada, circuito de 12V, imediatamente antes do primário do transformador, você pode ver as capacidades marcadas + 35.. + 50V, embora mesmo levando em consideração os surtos de impulso, a tensão seja suficiente e + 20-25V. Em tensões altas (acima de 100-150V), a tangente de perda aumenta novamente.

Limite de corrente de ondulação (corrente de ondulação) - importante para filtros de alimentos, quanto mais melhor! É determinado pelo projeto (resistência ôhmica das placas e condutores) e pelas características do eletrólito. Com um aumento na frequência de ondulação de cerca de 10 Hz para 1 kHz, a corrente de ondulação permitida aumenta de cerca de 75% para 125-150% da norma; então, para capacidades padrão, a alta auto-impedância limita forçosamente a corrente abaixo da norma. Com uma diminuição da temperatura para 40-60C, a taxa de corrente também aumenta, mas não mais que o dobro.

A ordem das correntes normalizadas para o nosso capacitor (sinta a diferença)

Padrão (Ark GS 105C): I(max) = 0.95 A (120Hz 105C)

Padrão (Mallory SK 85C): I(max) = 1.35A (120Hz 85C)

igual a 1 kHz, 65C: I(max) = 2.0 A

Para comutação de fontes de alimentação (Ark SZ 105C): I(max) = 1.4 A

Para comutação de fontes de alimentação (Mallory SXR 105C): I(max) = 0.83 A (120Hz 105C)

mesmo em 120Hz, 65C: I(max) = 1.76 A

mesmo em 100kHz, 105C: I(max) = 1.82 A

mesmo em 100kHz, 65C: I(max) = 3.8 A

Na prática doméstica, eles usam a norma de limitar ondulações de TENSÃO sinusal de 50 Hz na capacitância. Este parâmetro e a corrente de ondulação são intercambiáveis. A tensão é conveniente porque para toda a série este parâmetro sozinho é suficiente, o que depende pouco da capacitância. E a corrente (para uma classificação específica) está mais próxima do significado físico dos processos que destroem a capacitância.

Resistência série equivalente - o principal indicador da adequação da capacitância para aplicações pulsadas. É normalizado como regra apenas para eletrólitos de impulso.

Padrão (Ark GS 105C): Não padronizado

Padrão (Mallory SK 85C): 130mΩ (120Hz 25C)

Para alternar PSU (Ark SZ 105C): 50 mOhm (100 kHz 20C)

Para alternar PSU (Mallory SXR 105C): 130 mΩ (100 kHz 25C)

K50-33 soviético 1000uF-63V: 100mΩ a 10-1000kHz - nada mal! Abaixo de 10 kHz, aumenta linearmente para cerca de 0.75 ohms a 20 Hz. É verdade que o tamanho é 26 * 60 mm, duas vezes maior que os burgueses.

Acredita-se que, substituindo um grande eletrólito por muitos pequenos em paralelo, pode-se reduzir significativamente a impedância. É assim? Vamos comparar nosso capacitor de 1000uF com dois capacitores de 470uF e dez capacitores de 100uF. Para Arca SZ:

Z (1000) = 50mΩ

Z (470) = 80 mΩ; Z (2*470) = 40 mΩ

Z (100) = 250 mΩ; Z (10*100) = 25 mΩ

Primeiro, o equívoco de que uma pequena capacitância tem menos resistência do que uma grande capacitância se dissipa. Não, é grande - menos. Em segundo lugar, há um efeito, mas ele se manifesta apenas com uma grande lacuna de denominação, e o roteamento incorreto de rastreamentos pode até piorar a situação. Vamos verificar Mallory SXR:

Z (1000) = 130mΩ

Z (470) = 280 mΩ; Z (2*470) = 140 mΩ

Z (100) = 1330 mΩ; Z (10*100) = 133 mΩ

Ops! Sem efeito. Além disso, o valor absoluto da resistência é várias vezes pior que o taiwanês. Ou alguém está mentindo, ou alguém está jogando pelo seguro. E se verificarmos bancos grandes - por exemplo, coletamos 0.2 F dos capacitores da série Mallory CGR para 20V

51mF: Z(51mF) = 8.5mΩ, Z(4*51mF) = 2.2mΩ, limite de corrente total 4*22=88A

20mF: Z(20mF) = 8.5mΩ, Z(10*20mF) = 0.85mΩ, limite de corrente total 10*17=170A

7.7mF: Z(7.7mF) = 23mΩ, Z(26*7.7mF) = 0.88mΩ, limite de corrente total 26*8=200A

O efeito aparece apenas nas classificações mais altas da série (de 51 a 20 mF), onde a impedância total do banco é determinada pela resistência dos condutores, e desaparece nas classificações "pequenas", quando a impedância começa a aumentar inversamente com a capacitância. E a indutância da instalação, muito provavelmente, levará a uma deterioração dos parâmetros, estamos falando de miliOhms e nanoHenry. Portanto, ao trabalhar com uma série específica, por favor, procure documentação detalhada ou meça a capacitância - mas como fazer isso para correntes de centenas de amperes em condições de cozinha ... apenas o método testado pelo tempo de Tyk permanece.

Tipos especiais de eletrólitos - terminologia burguesa

Grau de áudio- termo vago. Inclui capacitâncias altamente lineares para o filtro de potência com alta corrente de descarga, bem como todos os tipos de não polares "para crossovers", "feed-through" etc. bastardos da tecnologia de massa. Acabei de incluir na tabela o que se encaixa na primeira categoria

Lastro - lastro para LDS e motores, 160-400V, até 22 uF. Indicadores de impulso - média.

Nível de computador - não tem nada a ver com parâmetros de impulso! Este é um padrão de confiabilidade intermediário, melhor que o doméstico, mas pior que a bordo, como regra, 2000 a 3000 horas de operação são padronizados com tolerâncias um pouco mais rígidas para cuidados com os parâmetros.

Deflexão - para sistema de deflexão horizontal, 25..100V, capacitância até 100 uF. Os indicadores de impulso são bons.

Energia alta - alta energia (grande corrente) de uma única descarga, em contraste com Corrente de ondulação alta - alta corrente de ondulação

Temperatura alta - confiabilidade ultra-alta (on-board), especificada para 125C e acima. O volume e o peso são 4-8 vezes maiores que o padrão.

flash fotográfico - para lanternas, 300V, 1-100uF, baixa corrente de fuga, leituras de impulso padrão.

Notas sobre capacitores soviéticos

Muitos deles são classificados para falhar 5000-10000 horas a 85C. No entanto, as especificações de "falha" incluem uma queda de 50% na capacitância, um aumento de três vezes na tangente de perda e vazamento, o que é incomparável com os padrões burgueses modernos.

Já mencionado K50-33 é produzido (ainda - planta Severo-Zadonsky) é produzido com 4 condutores axiais, que, com um comprimento de capacitor de 60-90 mm, infla o loop de corrente (no circuito primário) a um comprimento inaceitável. A impedância é normalizada para 10-1000 kHz e varia de 30 a 100 mΩ para todas as classificações - isso é bom. Pior, durante a operação permitiremos seu triplo crescimento. O tempo mínimo entre falhas (tendo em conta os limites acima) é de 2000 horas a 85C, 5000 horas a 70C. Este é o único eletrólito verdadeiramente de alta frequência na nomenclatura soviética. Os chamados tanques de alumínio "pulso" K50I-1, K50-3I, 13, 17, 21, 23 e seus parentes capacitores de partida K50-19 são projetados para circuitos de 150 a 1000V e não são aplicáveis às nossas tarefas. Sua resistência não é padronizada.

As "pílulas" de tântalo K53-28 são produzidas até a classificação máxima de 10mkF * 40V, 68mkF * 16V também com condutores axiais. Ao mesmo tempo, a resistência total é de 0.4-10 Ohm (0.4 Ohm é apenas para 10uF * 40V, com dimensões de tablet de 15 * 12 * 5 mm). Nióbio K53-27, também com cabos axiais, são produzidos com classificações máximas de 10uF*40V, 47uF*20V, 220uF*16V. A resistência é normalizada na frequência de 200 kHz (para esses valores 0.3-1.0 Ohm). Quanto aos capacitores semicondutores amplamente utilizados Al, Nb, Tl K53 de outras séries - nenhum deles é normalizado para resistência (ou corrente) em altas frequências, então não há o que falar. E a capacidade específica é inaceitavelmente baixa.

Então o que colocar?

Aqui está uma seleção de tipos de capacitores de alumínio de empresas representadas nos bazares de Moscou (excluindo bipolares e montados em parafusos). Sem uniformidade! "Bancos" são marcados com um asterisco, todos os outros - com conclusões flexíveis. Bem, onde procurar - você mesmo descobrirá, pesquisará e encontrará.

indicadores de impulso	Impulso			Padrão
Confiabilidade / Grau de Áudio	Alta Rel (mais de 5000 horas)			High Rel, grau de computador	Grau de áudio	outro
Classe de temperatura	Longa Vida 105C		85S	Longa Vida 105C
Fabricante
URSS			K50-33 (1MHz)
Arca Eletrônica		SZ		GA GR		SA-SS LGS LGB
CapXon	SZ GL (mais de 8 mm)	GL (5-8 mm)		º KM		SK-SS GS LL LP HP
Elna	RSG RJB RJH RJJ	RSE RJ3		RSL RKA LPK LPH GLP LPT LPX	ROA (Cerafina) ROS (Sílmico) ROD R2O R2A RA2 RA3 *LPO	LP4 LP5
jamicon	TL WG WL			TM WB TH HS HP *RP	LA*AP	SH-SM LP LS *KP
Mallory		SXR VPR		SEK SH *LP		SK SS LPW LPX
Nichicon				DQ GJ GN GR GY GZ	*KG	LN LS LU GU
Samsung	TMF TMZ	STL trF trQ		UHT TMB*HMB	*PST(?)	SSE-SSL LN LN7 USL SMM SEM ST-STM trB PS SMS SMU HRB-HRL
Samwha	RZ	RX WD NH	NF * GF * GT	RS RW *HB	AD-AU(?)	RC-RR RV NP NS e todos no BSTQ HC HE *CU

Publicação: klausmobile.narod.ru

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