Выбор конденсаторов для импульсных преобразователей напряжения. Схема, описание

Бесплатная техническая библиотека

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Бесплатная библиотека / Схемы радиоэлектронных и электротехнических устройств

Выбор конденсаторов для импульсных преобразователей напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы

Комментарии к статье

При построении импульсного ПН сразу встает вопрос - какие конденсаторы ставить как на выход выпрямителя, так и на подпорку первичной обмотки трансформатора. Вопрос не праздный - хорошие импульсные конденсаторы найти оказалось нелегко.

Определимся для начала, какие конденсаторы нам нужны. По напряжению на вторичной шине - 35, 50 или 63В, гибкие выводы, по габаритным ограничениям - емкостью 1000 мкФ (50-63В), 2200 мкФ (35В). Для упрощения - ограничусь единственным номиналом 1000мкФ на 50В что примерно соответствует размеру 16*36мм для стандартных электролитов. За абсолютное начало отсчета примем широко доступную в Москве серию GS (Стандарт, 105С) тайваньской фирмы Ark Electronic. Для сравнения поставим рядом импульсный Ark SZ и чистопородных американцев Mallory.

Семейный альбом электролитов. Ключевые параметры

Конструктив. Сразу отсечем большие банки под винтовые клеммы, субминиатюрные (4-8мм) емкости, емкости с аксиальными выводами (удлиняется токовая петля, неэффективный монтаж) - ограничиваясь либо стандартными гибкими радиальными выводами либо жесткими выводами-крюками под клемму, их тоже можно распаивать на плату.

Температурный диапазон, срок эксплуатации (Lifetime), категория надежности (Reliability Grade)

Срок эксплуатации и время наработки на отказ тесно увязано с верхней границе температурного диапазона. В зависимости от состава и технологии "упаковки" электролита верхняя граница устанавливается на уровне +85С (стандарт), +105С (повышенная), +125-140С (высокотеипературные емкости). Срок эксплуатации устанавливается именно для этой температуры, он составляет 1000 часов для стандартных типов и определяется как время, за которое параметры конденсатора, заряженного до предельно допустимого постоянного рабочего напряжения, гарантированно останутся в "зеленой зоне". Как правило, контролируются отклонения: емкости (20%), тангенса угла потерь (не выше +50% ) и тока утечки (не выше гарантированного максимума). Для импульсных электролитов - нормируют также повышение ЭПС и(или) полного импеданса.

Выбор конденсаторов для импульсных преобразователей напряжения

(нажмите для увеличения)

1000 часов - смехотворно малый срок, пускай и заведомо заниженный. Зато при снижении температуры на каждые 10 градусов вплоть до +25С, срок эксплуатации удваивается. Таким образом, емкость с маркировкой 105С в равных условиях в 4 раза долговечнее емкости с маркировкой 85С! Учитывая напряженные условия жизни в автомобильном усилителе - ограничимся емкостями нормированными +105С и выше. Конденсаторы повышенной надежности/долговечности (бортовые) нормируются и на сроки более 1000 часов, вплоть до 20.000 часов, но это дефицит. По технологическим причинам получить высокую надежность в миниатюрном корпусе сложно, поэтому многие продвинутые серии гарантируют 5000+ часов для диаметра 10 мм и выше, а 8 мм и ниже - только 2000 часов.

Ток утечки (Leakage Current) конденсатора для нас не принципиален. Существуют емкости, специально нормированные на малый ток утечки. Порядок токов (для выбранного номинала на предельных U и Т) такой -

Cтандарт (Ark GS 105C) : I(мА) < 0.03 C(мФ)U(В) = 1.5 мА

Для импульсных БП (Ark SZ 105C) : I(мА) < 0.01 C(мФ)U(В) + 0.003 = 0.5 мА

Улучшенный ток утечки (Ark SL 105C) : I(мА) < 0.002 C(мФ)U(В) = 0.1 мА

У Mallory утечки примерно такие же

Для сетевого усилителя с емкостями порядка 40.000 мкФ ток утечки стандартных емкостей составит 80мА, мощность потерь при 63В - 5 Ватт, что не так уж существенно, тем более в реальной жизни на емкость подается не предельное напряжение, а существенно меньше. В автомобильном усилителе суммарная емкость в разы меньше, так что током уиечки пренебрегаем.

Внимание! В буржуйской литературе все динамические параметры ПО УМОЛЧАНИЮ нормируются на 120 Гц, а не 50 Гц как в ГОСТе.

Тангенс угла потерь (Dissipation Factor) всех стандартных конденсаторов укладывается в диапазон 0.15-0.25. Тангенс угла потерь "импульсных" вдвое меньше, порядка 0.06-0.15, причем 0.15 соответствует малым рабочим напряжениям, а 0.06-0.10 - напряжениям 50-100В. Именно по этой причине во входной, 12В цепи непосредственно перед первичкой трансформатора можно увидеть емкости, маркированные +35..+50В, хотя даже с учетом импульсных выбросов напряжение достаточно и +20-25В. На высоких (выше 100-150В) напряжениях тангенс потерь вновь возрастает.

Предельный ток пульсаций (Ripple Current) - принципиален для фильтров питания, чем больше тем лучше! Определяется конструктивом (омическое сопротивление обкладок и выводов) и характеристиками электролита. С повышением частоты пульсаций от примерно 10 Гц до 1кГц допустимый ток пульсаций повышается примерно с 75% до 125-150% от нормы, далее для стандартных емкостей высокий собственный импеданс принудительно ограничивает ток ниже нормы. С понижением температуры до 40-60С норма тока также повышается, но не более чем вдвое.

Порядок нормированных токов для нашего конденсатора (почувствуйте разницу)

Cтандарт (Ark GS 105C) : I(max) = 0.95 А (120 Гц 105С)

Стандарт (Mallory SK 85C) : I(max) = 1.35 А (120 Гц 85С)

он же при 1 кГц, 65С : I(max) = 2.0 A

Для импульсных БП (Ark SZ 105C) : I(max) = 1.4 А

Для импульсных БП (Mallory SXR 105C) : I(max) = 0.83 А (120Гц 105С)

он же при 120Гц, 65С : I(max) = 1.76 А

он же при 100кГц, 105С: I(max) = 1.82 А

он же при 100кГц, 65С: I(max) = 3.8 А

В отечественной практике используют норму предельных пульсаций НАПРЯЖЕНИЯ синуса 50 Гц на емкости. Этот параметр и ток пульсаций взаимозаменимы. Напряжение удобно тем, что для всей серии достаточно одного этого параметра, мало зависящего от емкости. А ток (для конкретного номинала) более приближен к физическому смыслу процессов, разрушающих емкость.

Эквивалентное последовательное сопротивление - основной показатель пригодности емкости для импульсных применений. Оно нормируется как правило только для импульсных электролитов

Cтандарт (Ark GS 105C) : Не нормировано

Стандарт (Mallory SK 85C) : 130 мОм (120 Гц 25С)

Для импульсных БП (Ark SZ 105C) : 50 мОм (100 кГц 20С)

Для импульсных БП (Mallory SXR 105C) : 130 мОм (100 кГц 25С)

Cоветский К50-33 1000мкФ-63В : 100 мОм на 10-1000 кГц - совсем не плохо! Ниже 10 кГц оно линейно возрастает до примерно 0.75 Ома на 20 Гц. Правда, размер - 26*60 мм, вдвое больше буржуйских.

Есть мнение, что заменив один большой электролит на много маленьких в параллель, можно существенно понизить импеданс. Так ли это? Сравним наш 1000 мкФ конденсатор с двумя по 470 мкФ и десятью по 100 мкФ. Для Ark SZ:

Z (1000) = 50мОм

Z (470) = 80 мОм; Z (2*470) = 40 мОм

Z (100) = 250 мОм; Z (10*100) = 25 мОм

Во первых, рассеивается заблуждение что у маленькой емкости сопротивление меньше, чем у большой. Нет, это у большой - меньше. Во-вторых, эффект есть, но проявляется только при большом отрыве номинала, и неправильная разводка трасс может даже ухудшить положение. Проверим на Mallory SXR:

Z (1000) = 130мОм

Z (470) = 280 мОм; Z (2*470) = 140 мОм

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

Опаньки! Никакого эффекта. Причем и абсолютная величина сопротивления в разы хуже тайваньца. То ли кто-то врет, то ли кто-то перестраховывается. A что если проверить на больших банках - например, наберем 0.2 Ф из конденсаторов серии Mallory СGR на 20В

51мФ: Z(51мФ) = 8.5 мОм, Z(4*51мФ) = 2.2 мОм, предельный общий ток 4*22=88А

20 мФ: Z(20мФ) = 8.5 мОм, Z(10*20мФ) = 0.85 мОм, предельный общий ток 10*17=170А

7.7 мФ: Z(7.7мФ) = 23 мОм, Z(26*7.7мФ) = 0.88 мОм, предельный общий ток 26*8=200А

Эффект проявляется только на верхних номиналах серии (от 51 к 20 мФ), там, где общий импеданс банки определяется сопротивлением выводов, и сходит на нет на "мелких" номиналах, когда импеданс начинает возрастать обратно пропорционально емкости. А индуктивность монтажа, скорее всего, приведет к ухудшению параметров, речь-то о миллиОмах и наноГенри. Так что, работая с конкретной серией, извольте либо искать подробную документацию, либо измерить емкость - но как это делать на токи в сотни ампер в кухонных условиях.... остается лишь испытанный временем метод Тыка.

Специальные типы электролитов - Буржуйская терминология

Audio Grade - расплывчатый термин. В нее входят как высоколинейные, с большим током разряда емкости для фильтра питания, так и всевозможные неполярные "для кроссоверов", "проходные" и т.п. ублюдки массовых технологий. В таблицу я включил только что, что подходит под первую категорию

Ballast - балластные для ЛДС и моторов, 160-400В, до 22 мкФ. Импульсные показатели - средние.

Сomputer Grade - никак не относится к импульсным параметрам! Это промежуточный стандарт надежности, лучше бытового но хуже бортового, как правило нормируется 2000-3000 часов работы при несколько более жестких допусках на уход параметров.

Deflection - для отклоняющей системы строчной развертки, 25..100В, емкость до 100 мкФ. Импульсные показатели - хорошие.

High Energy - высокая энергия (большой ток) однократного разряда, в отличие от High Ripple Current - высокий ток пульсаций

High Temperature - сверхвысокой надежности (бортовые), специфицированы на 125С и выше. Объем и вес в 4-8 раз больше стандарта.

Photoflash - для фотовспышек, 300В, 1-100 мкФ, малый ток утечки, стандартные импульсные показатели.

Замечания о советских конденсаторах

Многие из них нормированы наработать на отказ 5000-10000 часов при 85С. Однако технические условия "отказа" включают 50% падение емкости, трехкратный рост тангенса угла потерь и утечки, что несопоставимо с современными буржуйскими стандартами.

Уже упомянутый К50-33 выпускается (до сих пор - Северо-Задонский завод) выпускается с 4-мя аксиальными выводами, что при длине конденсатора 60-90мм раздувает токовую петлю (в первичной цепи) до неприемлемой длины. Полное сопротивление нормировано на 10-1000 кГц и составляет для всех типономиналов от 30 до 100 мОм - это хорошо. Хуже то, что в течение эксплуатации допустим его трехкратный рост. Минимальная наработка на отказ (с учетом указанных выше рамок) - 2000 часов при 85С, 5000 часов при 70С. Это единственный подлинно ВЧ электролит в советской номенклатуре. Так называемые "импульсные" алюминиевые емкости К50И-1, К50-3И, 13, 17, 21, 23 и их родичи пусковые конденсаторы К50-19 - предназначены для цепей от 150 до 1000В и к нашим задачам неприменимы. Их сопротивление не нормируется.

Танталовые "таблетки" К53-28 выпускаются вплоть до предельного номинала 10мкФ*40В, 68мкФ*16В также с аксиальными выводами. При этом полное сопротивление 0.4-10 Ом (0.4Ом как раз для 10мкФ*40В, при габаритах таблетки 15*12*5мм). Ниобиевые К53-27, также с аксиальными выводами, выпускаются предельными номиналами 10мкФ*40В, 47 мкФ*20В, 220мкФ*16В. Нормируется сопротивление на частоте 200 кГц (для этих номиналов 0.3-1.0 Ома). Что касается широко распространенных полупроводниковых Al, Nb, Tl емкостей К53 других серий - ни одна из них не нормирована на сопротивление (или ток) на высоких частотах, так что и говорить не о чем. Да и удельная емкость - неприемлемо низкая.

Так что же ставить?

Вот выборка по типам алюминиевых конденсаторов фирм, представленных на московских базарах (исключая биполярные и под винтовое крепление). Никакого единообразия! Звездочкой выделены "банки", все прочие - с гибкими выводами. Ну а где искать - вы и сами сообразите, ищите и обрящете.

Импульсные показатели	Импульсные			Стандарт
Класс надежности / Audio Grade	High Rel (5000+ часов)			High Rel, Computer grade	Audio Grade	Прочие
Температурный класс	Long Life 105C		85С	Long Life 105C
Производитель
СССР			K50-33 (1МГц)
Ark Electronic		SZ		GA GR		SA-SS LGS LGB
CapXon	SZ GL (св.8мм)	GL (5-8мм)		TH KM		SK-SS GS LL LP HP
Elna	RSG RJB RJH RJJ	RSE RJ3		RSL RKA LPK LPH LPG LPT LPX	ROA(Cerafine) ROS (Silmic) 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	TMQ 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 и все на B S T Q HC HE *CU

Публикация: klausmobile.narod.ru

Смотрите другие статьи раздела Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива

Робот-уборщик томатов черри 05.06.2026

В условиях острого дефицита рабочей силы в сельском хозяйстве многих стран, особенно в Японии с ее стареющим населением, автоматизация сбора урожая становится одним из главных направлений развития агротехнологий. Роботы, способные бережно и точно собирать деликатные культуры, помогают фермерам снижать трудозатраты и поддерживать стабильное производство. Ярким примером такого прогресса стала разработка японской компании Tokuiten Inc.

Японская агротехнологическая компания Tokuiten Inc. сообщила, что ее робот для сбора томатов черри с всасывающим механизмом успешно завершил пилотную фазу. С 25 мая 2026 года машина работает в штатном режиме на органической ферме (сертифицированной по стандарту JAS) площадью 2000 м2 в городе Чита префектуры Аити. Это один из первых случаев в Японии, когда робот для уборки овощных культур используется в повседневном коммерческом производстве.

В апреле 2026 года один робот обеспечивал сбор до 31 кг томатов черри в сутки. По результатам внутренних проверок качество плодов, собранных машиной, полностью соответствует уровню ручной уборки, поэтому продукция успешно отгружается через обычные коммерческие каналы. Робот активируется дважды в неделю - вечером накануне дней, когда сбор проводят работники (во вторник и четверг). После этого он работает автономно примерно пять часов, двигаясь между рядами и отбирая только спелые плоды.

Механизм работы робота основан на патентованной технологии мягкого всасывания, которая аккуратно отделяет плод от чашелистика без повреждений. Бортовые камеры и искусственный интеллект в реальном времени оценивают степень зрелости томатов, обеспечивая высокую селективность сбора. Для перемещения по теплице машина использует рельсы между рядами, а специальные колеса Mecanum позволяют ей самостоятельно переходить с одного прохода на другой, охватывая всю площадь без участия человека.

Производительность одного робота за сессию составляет примерно половину от выработки одного сборщика. Это особенно важно для Японии, где численность основного фермерского персонала сократилась с примерно 2,4 миллиона человек в 2000 году до 1,02 миллиона в 2025 году, а средний возраст работников превышает 67 лет. Сбор и сортировка мелких томатов черри относятся к наиболее трудоемким операциям, сильно зависящим от наличия рабочих рук.

Компания Tokuiten уже планирует масштабирование проекта. Она отобрана для участия в программе SBIR Министерства сельского, лесного и рыбного хозяйства Японии и строит новый тепличный комплекс площадью 1 гектар в том же городе Чита. Завершение строительства запланировано на март 2027 года. На этой площадке планируется задействовать сразу шесть роботов для полной автоматизации сбора урожая, а в перспективе - автоматизировать обрезку листьев, побегов и двигаться в сторону углеродно-нейтрального производства.

Другие интересные новости:

▪ Сенсоры эмоций для умной электроники

▪ Лунное серебро

▪ Cпециализированный планшет для школ Galaxy Tab E

▪ Можно пить из лужи

▪ Большая часть молодых людей следит за своим телом ради соцсетей

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электромонтажные работы. Подборка статей

▪ статья Генрик Ибсен. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какой спутник обгоняет свою планету в ее вращении вокруг собственной оси? Подробный ответ

▪ статья Наперстянка пурпуровая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Два реле времени. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Угадывание слова из книги. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте