Paralelní napěťové kondenzátory: Bank Voltage Rating, ESR a Ripple Rules

Napěťové kondenzátory in Parallel: Co rating banky skutečně je

Praktický průvodce kapacitou, sdílením proudu a napěťovým stropem, který řídí jakoukoli paralelní kondenzátorovou banku.

Šest 470 µF zaskakovacích kondenzátorů je umístěno v řadě přes 400 V DC meziobvod nabíjecího modulu. Kresba nazývá skupinu bankou 2 820 µF a každý čte toto číslo jako neškodnou aritmetiku. Pak se někdo zeptá, co se stane, když se dvě ze šesti pozic naplní 350 V díly místo 450 V a místnost ztichne.

Zde je odpověď před odůvodněním. Kondenzátory paralelně vidí stejné napětí, jejich kapacity se sčítají, jejich ekvivalentní sériový odpor klesá a jmenovité napětí celé řady se rovná nejnižší hodnotě v řadě. Ani průměr, ani nejvyšší a ani něco, co by rozložení mohlo zlepšit.

Tato jediná věta rozhoduje o tom, zda banka přežije nápor nebo vypustí elektrolyt v horkém odpoledni. Následuje, co se vlastně mění, když jsou kondenzátory umístěny paralelně, co se nemění vůbec a které detaily mají tendenci při kvalifikaci kousat.

Jedno napětí, sdílený náboj: Jaké změny paralelního připojení

V paralelním uspořádání jsou svorky svázány dohromady, takže každý kondenzátor vidí stejný potenciálový rozdíl. Poplatek se nedělí rovným dílem; dělí se úměrně kapacitě. Při 48 V kondenzátor 1 000 µF ukládá desetinásobek náboje než kondenzátor 100 µF, který je vedle něj, přičemž oba jsou namáhány přesně stejným napětím.

Aritmetika je jednoduchá. Celková kapacita je součtem jednotlivých hodnot a uložená energie následuje po tomto součtu:

• C celkem = C1 C2 ... Cn
• Uložená energie = 1/2 x C celkem x V na druhou
• Ekvivalentní odpor a indukčnost se kombinují jako převrácené hodnoty, takže při přidávání dílů klesají

Napěťový rating paralelní banky, jasně řečeno

Kapacita se přidává paralelně. Jmenovité napětí ne. Banka jednoduše zdědí nejnižší číslo v řadě.

63V kondenzátor a 35V kondenzátor zapojené paralelně tvoří 35V banku. Část 63 V vede hluboko pod vlastním stropem, což je neškodné pro kondenzátor a zavádějící pro každého, kdo čte schematickou poznámku.

Existuje druhá vrstva pravidla: jmenovité napětí není pracovní napětí. Hliníkové elektrolyty se normálně provozují s rezervou. Běžnou základní linií pro návrhy při pokojové teplotě je sezení na 80 procentech jmenovitého napětí; konstrukce s vysokým zvlněním nebo 105 °C se často pohybují směrem k 70 procentům a průmyslové výrobky s dlouhou životností mohou klesat ještě níže.

Proč si paralelní banky vydělávají místo ve správní radě

Paralelní zapojení rozděluje odpor a indukčnost stejným způsobem, jak se kombinují odpory. Pět kondenzátorů se 100 miliohmy ESR se jako skupina chová jako 20 miliohmová součástka. Nižší ekvivalentní odpor znamená menší vnitřní zahřívání při daném zvlněném proudu a menší zahřívání znamená delší životnost; známé pravidlo říká, že každé snížení teploty jádra o 10 °C zhruba zdvojnásobí životnost.

Zvlnění proudu se však nerozděluje rovnoměrně. Dělí se podle impedance, takže kondenzátor s nejnižším ESR v bance nese největší podíl a běží nejžhavěji. Kontrolou pouze celkového hodnocení zvlnění banky namísto podílu na část se pod termokamerou objeví jediná teplá plechovka.

Než rozvržení zamrzne, stojí za to ho znovu navštívit jak ESR tvaruje vlnitý proud a teplo v hliníkovém elektrolytickém kondenzátoru, protože tento vztah určuje skutečný limit paralelní banky.

Neshodné díly a migrující napětí

Dva kondenzátory ze stejné výrobní série se mohou lišit o 20 procent v kapacitě a podstatně více v ESR, zvláště když pocházejí z různých šarží nebo různých podmínek skladování. V paralelní bance se šíření projevuje spíše jako nestejné sdílení proudu než nestejné napětí.

Posloupnost selhání stojí za upřesnění, protože je kontraintuitivní. Část s nejnižším ESR přenáší největší zvlnění proudu a běží nejžhavěji. Teplo vysušuje elektrolyt, což zvyšuje ESR a snižuje kapacitu. Jak jeho ESR stoupá, jeho podíl na proudu klesá a zbývající kondenzátory absorbují rozdíl. Banka jen zřídka selže najednou; otáčí napětí z dílu na díl, dokud člověk nemůže odvětrat.

Na mědi záleží stejně jako na kapacitě

Odpor vedení a přípojnice několik miliohmů je při 1 A irelevantní a rozhodující při 100 A. Je-li měděná cesta k jednomu kondenzátoru o 30 mm delší než cesta k jeho sousedovi, bude rozdělení proudu následovat po mědi, nikoli podle datového listu. Standardními opravami jsou symetrické rozvržení, větve stejné délky a sdílený hvězdicový bod.

Stejná logika platí pro vysokou frekvenci, kde dominuje ekvivalentní sériová indukčnost. Paralelní kondenzátory snižují indukčnost smyčky banky pouze tehdy, když sdílejí kompaktní zpětnou cestu; rozprostřete je přes širokou smyčku a přínos se vypaří.

To je důvod, proč se části polymeru s nízkým ESR a objemové elektrolyty často používají společně: polymer zvládá rychlou hranu, elektrolyt pokrývá pomalejší spotřebu energie a měď rozhoduje o tom, zda některá z nich splní svou úlohu.

Praktický kontrolní seznam pro paralelní banky

Většina paralelních bankovních problémů má původ v pěti rozhodnutích, která jsou učiněna brzy a jen zřídka se revidují. Níže uvedený seznam je verze, která se drží ve výrobě.

1. Nastavte napětí banky od nejnižšího jmenovitého kondenzátoru a poté použijte snížení: 80 procent jmenovité hodnoty jako spodní pro designy s pokojovou teplotou, blíže k 70 procentům pro vysoké zvlnění nebo provoz při vysokých teplotách.
2. Mějte jedno hodnocení, jednu sérii a ideálně jeden lot napříč bankou. Smíšené šarže znamenají smíšený ESR a smíšený ESR znamená smíšený proud.
3. Zvlnění velikosti na kondenzátor spíše než na banku a předpokládejme, že část s nejnižším ESR zabere více než její aritmetický podíl.
4. Měď pokládejte symetricky, protože při vzestupu proudů záleží na stejné délce cesty více než na celkové ploše mědi.
5. Potvrďte termosnímek při nejhorším zatížení pomocí fotoaparátu, nejen pomocí tabulky.
6. Předem se rozhodněte, co smí vadný kondenzátor dělat. Odvzdušnění, zkrat a postupná ztráta kapacity jsou tři různé události se třemi různými důsledky.

Když více paralelních kondenzátorů přestane pomáhat

Paralelní připojení zvyšuje kapacitu. Nikdy nezvyšuje napěťovou kapacitu, což je úkolem sériového řetězce, a sériové řetězce potřebují vyvažovací odpory, protože kapacitní tolerance se mění přímo na nevyváženost napětí.

S bankou roste i uložená energie. Banka 2 820 µF nabitá na 400 V pojme zhruba 226 joulů, to vše je dostupné pro poruchovou cestu, upadlý nástroj nebo ruku technika. Bleeder rezistory, definovaná doba vybíjení a ochrana proti zkratu jsou součástí banky, nikoli volitelného příslušenství.

Ještě jedna jemnost stojí za to vědět. Paralelní spojení dvou skupin velmi odlišných kapacitních hodnot může mezi nimi vytvořit antirezonanci, kde kombinovaná impedance na určité frekvenci místo klesání stoupá. Málokdy na tom záleží při hromadném skladování energie a hodně záleží na vysokofrekvenčních oddělovacích sítích.

O tom, zda se bude paralelní banka chovat, rozhodují tři čísla: jmenovité napětí, což je nejnižší hodnocení v řadě; kapacita, která je součtem; a ESR, což je převrácená hodnota součtu převrácených hodnot. Kondenzátor s největším zvlněním proudu je ten s nejmenším odporem a bude také nejžhavější.

Udělejte to správně, udržujte měď symetrickou a držte kusovník stabilně a paralelní banky dělají přesně to, co od nich návrháři požadují: snižují impedanci, šíří teplo a kupují roky životnosti za cenu několika komponent navíc. Protože banka je vždy tak silná, jak silná je její nejslabší část, dodavatel hliníkových elektrolytických kondenzátorů, který dokáže zdokumentovat údaje o toleranci a životnosti v rámci jedné série, usnadňuje obhajobu tohoto výpočtu.