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:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Случайная новость из Архива

В Солнечной системе может оказаться более ста планет 27.02.2017

Ученые NASA опубликовали манифест, в котором предложили новое определение понятия "планета". Если его примут, это добавит более ста планет в Солнечную систему, включая Плутон и нашу Луну.

Ученые под руководством Алана Штерна (Alan Stern) полагают, что космическое тело в Солнечной системе не обязано быть на орбите Солнца, чтобы считаться планетой. Важны свойства тел, а не их взаимодействие со звездами. Штерн - ведущий исследователь миссии New Horizons, которая впервые в 2015 году достигла карликовой планеты Плутона.

Плутон перестали считать планетой в августе 2006 года и перевели его в разряд карликовых планет, после того как астроном Майк Браун (Mike Brown) из Калтеха предложил переписать определение планет.

Международный астрономический союз (IAU) заявил, что нынешнее определение планеты в Солнечной системе таково: "Небесное тело, которое (а) находится на орбите вокруг Солнца, (б) имеет достаточную массу, чтобы стать округлым под действием своей силы гравитации, и (в) имеет свободные окрестности вокруг своей орбиты".

Именно последнее условие - чистые окрестности орбиты - не позволили Плутону сохранить статус планеты.

Штерн недоволен ограничениями, которые накладывает это определение. Он считает, что нельзя слушать только астрономов в таком вопросе. "...Вы должны реально слушать планетолога, который знает хоть что-то об объекте. Когда мы смотрим на объект типа Плутона, мы не знаем, как еще называть его [если не планетой]". Поэтому Штерн с коллегами переписали определение планеты и подали его в IAU на рассмотрение. "Планета - это тело суб-звездной массы, в котором не идет термоядерный синтез, и которое обладает достаточной гравитацией, чтобы принять сфероидальную форму, адекватно описываемую трехосным эллипсоидом, независимо от параметров его орбиты". Иными словами, планета - это круглый объект в космосе, который меньше, чем звезды.

Новое определение означает, что наша Луна, а также луны других планет - Титан, Энцелад, Европа, Ганимед - будут называться планетами, в том числе и Плутон.

Другие интересные новости:

▪ Долгоиграющая беспроводная колонка XBOOM Go Jellybean

▪ Любая одежда станет компьютером

▪ Фотонные микросхемы Infinera ePIC-500 и oPIC-100

▪ Температурный датчик TMP117

▪ Светящийся кабель для зарядки электромобилей

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Аккумуляторы, зарядные устройства. Подборка статей

▪ статья Протагор Абдерский. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какого представителя кошачьих можно обучить охоте с человеком и езде на лошади? Подробный ответ

▪ статья Провизор-аналитик и провизор-технолог при контроле качества лекарственных средств. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Антенна Мини-квадрат. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Миниатюрный опыт Плато. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

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