समाचार

क्यापेसिटरहरू सर्किट बोर्डहरूमा सबैभन्दा धेरै प्रयोग हुने कम्पोनेन्टहरू हुन्। इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको संख्या (मोबाइल फोनदेखि कारसम्म) बढ्दै जाँदा क्यापेसिटरहरूको माग पनि बढ्दै गएको छ। कोविड 19 महामारीले सेमीकन्डक्टरबाट निष्क्रिय कम्पोनेन्टहरूमा विश्वव्यापी कम्पोनेन्ट आपूर्ति श्रृंखलालाई अवरुद्ध गरेको छ, र क्यापेसिटरहरू कम आपूर्तिमा छन्।
Capacitors को विषयमा छलफल सजिलै किताब वा शब्दकोश मा परिणत गर्न सकिन्छ। पहिलो, त्यहाँ विभिन्न प्रकारका क्यापेसिटरहरू छन्, जस्तै इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरू, फिल्म क्यापेसिटरहरू, सिरेमिक क्यापेसिटरहरू र यस्तै। त्यसपछि, एउटै प्रकारमा, विभिन्न डाइलेक्ट्रिक सामग्रीहरू छन्। त्यहाँ पनि विभिन्न वर्गहरू छन्। भौतिक संरचनाको लागि, त्यहाँ दुई-टर्मिनल र तीन-टर्मिनल क्यापेसिटर प्रकारहरू छन्। त्यहाँ एक X2Y प्रकारको क्यापेसिटर पनि छ, जुन अनिवार्य रूपमा Y capacitors को एक जोडी हो। supercapacitors को बारेमा के हो? तथ्य यो हो, यदि तपाईं बसेर प्रमुख निर्माताहरूबाट क्यापेसिटर चयन गाइडहरू पढ्न सुरु गर्नुहुन्छ भने, तपाईं सजिलै दिन बिताउन सक्नुहुन्छ!
यो लेख आधारभूत बारेमा भएको हुनाले, म सामान्य रूपमा फरक विधि प्रयोग गर्नेछु। पहिले उल्लेख गरिएझैं, क्यापेसिटर चयन गाइडहरू सप्लायर वेबसाइटहरू 3 र 4 मा सजिलैसँग फेला पार्न सकिन्छ, र फिल्ड इन्जिनियरहरूले सामान्यतया क्यापेसिटरहरूको बारेमा धेरै प्रश्नहरूको जवाफ दिन सक्छन्। यस लेखमा, म तपाइँ इन्टरनेटमा के फेला पार्न सक्नुहुन्छ भनेर दोहोर्याउने छैन, तर व्यावहारिक उदाहरणहरू मार्फत क्यापेसिटरहरू कसरी छनौट र प्रयोग गर्ने भनेर प्रदर्शन गर्नेछु। क्यापेसिटर चयनका केही कम ज्ञात पक्षहरू, जस्तै क्यापेसिटन्स डिग्रेडेसन, पनि समावेश गरिनेछ। यो लेख पढे पछि, तपाईं capacitors को प्रयोग को राम्रो समझ हुनुपर्छ।
वर्षौं अघि, जब म इलेक्ट्रोनिक उपकरण बनाउने कम्पनीमा काम गरिरहेको थिएँ, हामीले पावर इलेक्ट्रोनिक्स इन्जिनियरको लागि अन्तर्वार्ता प्रश्न गरेका थियौं। अवस्थित उत्पादनको योजनाबद्ध रेखाचित्रमा, हामी सम्भावित उम्मेद्वारहरूलाई सोध्नेछौं "DC लिङ्क इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरको कार्य के हो?" र "चीपको छेउमा रहेको सिरेमिक क्यापेसिटरको कार्य के हो?" हामी आशा गर्छौं कि सहि उत्तर हो DC बस क्यापेसिटर ऊर्जा भण्डारणको लागि प्रयोग गरिन्छ, सिरेमिक क्यापेसिटरहरू फिल्टर गर्न प्रयोग गरिन्छ।
हामीले खोजेको "सही" जवाफले वास्तवमा यो देखाउँछ कि डिजाइन टोलीका सबैले क्यापेसिटरहरूलाई साधारण सर्किट परिप्रेक्ष्यबाट हेर्छन्, फिल्ड थ्योरी परिप्रेक्ष्यबाट होइन। सर्किट सिद्धान्तको दृष्टिकोण गलत छैन। कम फ्रिक्वेन्सीहरूमा (केही kHz देखि केही MHz सम्म), सर्किट सिद्धान्तले सामान्यतया समस्यालाई राम्रोसँग व्याख्या गर्न सक्छ। यो किनभने कम फ्रिक्वेन्सीहरूमा, संकेत मुख्य रूपमा भिन्न मोडमा हुन्छ। सर्किट सिद्धान्त प्रयोग गरेर, हामी चित्र 1 मा देखाइएको क्यापेसिटर देख्न सक्छौं, जहाँ समतुल्य श्रृंखला प्रतिरोध (ESR) र समतुल्य श्रृंखला इन्डक्टन्स (ESL) ले क्यापेसिटरको प्रतिबाधालाई आवृत्तिको साथ परिवर्तन गर्दछ।
यो मोडेलले सर्किट बिस्तारै स्विच गर्दा सर्किट प्रदर्शन पूर्ण रूपमा व्याख्या गर्दछ। यद्यपि, फ्रिक्वेन्सी बढ्दै जाँदा, चीजहरू थप र अधिक जटिल हुन्छन्। केहि बिन्दुमा, घटकले गैर-रेखीयता देखाउन सुरु गर्दछ। जब फ्रिक्वेन्सी बढ्छ, साधारण LCR मोडेलमा यसको सीमितताहरू छन्।
आज, यदि मलाई एउटै अन्तर्वार्ता प्रश्न सोधियो भने, म मेरो फिल्ड थ्योरी अवलोकन चश्मा लगाउँछु र भन्छु कि क्यापेसिटर प्रकारहरू ऊर्जा भण्डारण उपकरणहरू हुन्। भिन्नता यो छ कि इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरूले सिरेमिक क्यापेसिटरहरू भन्दा बढी ऊर्जा भण्डार गर्न सक्छ। तर ऊर्जा प्रसारणको सन्दर्भमा, सिरेमिक क्यापेसिटरहरूले छिटो ऊर्जा प्रसारण गर्न सक्छन्। यसले बताउँछ किन सिरेमिक क्यापेसिटरहरू चिपको छेउमा राख्नुपर्छ, किनभने मुख्य पावर सर्किटको तुलनामा चिपमा उच्च स्विचिङ फ्रिक्वेन्सी र स्विचिङ गति हुन्छ।
यस परिप्रेक्ष्यबाट, हामी केवल capacitors को लागि दुई प्रदर्शन मापदण्डहरू परिभाषित गर्न सक्छौं। एउटा यो हो कि क्यापेसिटरले कति ऊर्जा भण्डार गर्न सक्छ, र अर्को यो ऊर्जा कति छिटो स्थानान्तरण गर्न सकिन्छ। दुबै क्यापेसिटरको निर्माण विधि, डाइलेक्ट्रिक सामाग्री, क्यापेसिटरसँग जडान, र यतिमा निर्भर गर्दछ।
जब सर्किटमा स्विच बन्द हुन्छ (चित्र 2 हेर्नुहोस्), यसले संकेत गर्दछ कि लोडलाई शक्ति स्रोतबाट ऊर्जा चाहिन्छ। यो स्विच बन्द हुने गतिले ऊर्जा मागको अत्यावश्यकता निर्धारण गर्दछ। ऊर्जाले प्रकाशको गतिमा यात्रा गर्ने भएकोले (FR4 सामग्रीमा प्रकाशको आधा गति), यसले ऊर्जा स्थानान्तरण गर्न समय लिन्छ। थप रूपमा, त्यहाँ स्रोत र प्रसारण लाइन र लोड बीच एक प्रतिबाधा बेमेल छ। यसको मतलब यो हो कि ऊर्जा कहिल्यै एक यात्रामा स्थानान्तरण हुनेछैन, तर धेरै राउन्ड ट्रिपहरूमा 5, त्यसैले जब स्विच चाँडै स्विच गरिन्छ, हामीले स्विचिङ वेभफर्ममा ढिलाइ र घन्टीहरू देख्नेछौं।
चित्र २: अन्तरिक्षमा उर्जा फैलिन समय लाग्छ; प्रतिबाधा बेमेलले ऊर्जा स्थानान्तरणको धेरै राउन्ड ट्रिपहरू निम्त्याउँछ।
ऊर्जा वितरणले समय लिन्छ र धेरै राउन्ड ट्रिपहरू लिन्छ भन्ने तथ्यले हामीलाई बताउँछ कि हामीले ऊर्जालाई लोडमा सकेसम्म नजिक सार्न आवश्यक छ, र हामीले यसलाई छिटो डेलिभर गर्ने तरिका खोज्नु आवश्यक छ। पहिलो सामान्यतया लोड, स्विच र क्यापेसिटर बीचको भौतिक दूरी घटाएर हासिल गरिन्छ। पछिल्लो सबैभन्दा सानो प्रतिबाधा संग capacitors को एक समूह जम्मा गरेर प्राप्त गरिन्छ।
फिल्ड थ्योरीले सामान्य मोड शोरको कारण के हो भनेर पनि बताउँछ। छोटकरीमा, स्विचिंगको समयमा लोडको ऊर्जा माग पूरा नभएमा सामान्य मोड शोर उत्पन्न हुन्छ। तसर्थ, लोड र नजिकैका कन्डक्टरहरू बीचको ठाउँमा भण्डारण गरिएको ऊर्जा चरणको मागलाई समर्थन गर्न प्रदान गरिनेछ। लोड र नजिकैका कन्डक्टरहरू बीचको खाली ठाउँलाई हामीले परजीवी/म्युचुअल क्यापेसिटन्स भनिन्छ (चित्र 2 हेर्नुहोस्)।
हामी इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरू, मल्टिलेयर सिरेमिक क्यापेसिटरहरू (MLCC), र फिल्म क्यापेसिटरहरू कसरी प्रयोग गर्ने भनेर प्रदर्शन गर्न निम्न उदाहरणहरू प्रयोग गर्छौं। दुबै सर्किट र फिल्ड थ्योरी चयन गरिएको क्यापेसिटरहरूको कार्यसम्पादन व्याख्या गर्न प्रयोग गरिन्छ।
इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटरहरू मुख्यतया मुख्य ऊर्जा स्रोतको रूपमा DC लिङ्कमा प्रयोग गरिन्छ। इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटर को छनोट अक्सर निर्भर गर्दछ:
EMC प्रदर्शनको लागि, क्यापेसिटरहरूको सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण विशेषताहरू प्रतिबाधा र आवृत्ति विशेषताहरू हुन्। कम आवृत्ति संचालित उत्सर्जन सधैं DC लिङ्क क्यापेसिटर को प्रदर्शन मा निर्भर गर्दछ।
DC लिङ्कको प्रतिबाधा केवल क्यापेसिटरको ESR र ESL मा मात्र होइन, तर चित्र 3 मा देखाइए अनुसार थर्मल लुपको क्षेत्रफलमा पनि निर्भर गर्दछ। ठूलो थर्मल लुप क्षेत्र भनेको ऊर्जा स्थानान्तरणमा धेरै समय लाग्छ, त्यसैले कार्यसम्पादन प्रभावित हुनेछ।
एक चरण-डाउन DC-DC कनवर्टर यो प्रमाणित गर्न निर्माण गरिएको थियो। चित्र 4 मा देखाइएको पूर्व-अनुपालन EMC परीक्षण सेटअपले 150kHz र 108MHz बीचको उत्सर्जन स्क्यान गर्दछ।
यो सुनिश्चित गर्न महत्त्वपूर्ण छ कि प्रतिबाधा विशेषताहरूमा भिन्नताहरूबाट बच्नको लागि यस केस अध्ययनमा प्रयोग गरिएका क्यापेसिटरहरू सबै एउटै निर्माताबाट हुन्। PCB मा क्यापेसिटर सोल्डर गर्दा, सुनिश्चित गर्नुहोस् कि त्यहाँ लामो लिडहरू छैनन्, किनकि यसले क्यापेसिटरको ESL बढाउनेछ। चित्र 5 ले तीन कन्फिगरेसनहरू देखाउँछ।
यी तीन कन्फिगरेसनहरूको सञ्चालन गरिएका उत्सर्जन परिणामहरू चित्र 6 मा देखाइएको छ। यो देख्न सकिन्छ कि, एकल 680 µF क्यापेसिटरको तुलनामा, दुई 330 µF क्यापेसिटरहरूले फराकिलो फ्रिक्वेन्सी दायरामा 6 dB को आवाज घटाउने कार्यसम्पादन हासिल गर्छन्।
सर्किट सिद्धान्तबाट, यो भन्न सकिन्छ कि समानान्तरमा दुई क्यापेसिटरहरू जडान गरेर, ESL र ESR दुवै आधा हुन्छन्। क्षेत्रीय सिद्धान्तको दृष्टिकोणबाट, त्यहाँ एक मात्र ऊर्जा स्रोत छैन, तर दुई ऊर्जा स्रोतहरू एउटै लोडमा आपूर्ति गरिन्छ, प्रभावकारी रूपमा समग्र ऊर्जा प्रसारण समय घटाउँछ। यद्यपि, उच्च फ्रिक्वेन्सीहरूमा, दुई 330 µF क्यापेसिटर र एउटा 680 µF क्यापेसिटर बीचको भिन्नता संकुचित हुनेछ। यो किनभने उच्च आवृत्ति शोर अपर्याप्त चरण ऊर्जा प्रतिक्रिया संकेत गर्दछ। 330 µF क्यापेसिटरलाई स्विचको नजिक सार्दा, हामी ऊर्जा स्थानान्तरण समय घटाउँछौं, जसले प्रभावकारी रूपमा क्यापेसिटरको चरण प्रतिक्रिया बढाउँछ।
परिणामले हामीलाई धेरै महत्त्वपूर्ण पाठ बताउँछ। एकल क्यापेसिटरको क्यापेसिटन्स बढाउनुले सामान्यतया थप ऊर्जाको लागि चरणको मागलाई समर्थन गर्दैन। यदि सम्भव छ भने, केही साना capacitive घटक प्रयोग गर्नुहोस्। यसका धेरै राम्रा कारणहरू छन्। पहिलो लागत हो। सामान्यतया, एउटै प्याकेज साइजको लागि, क्यापेसिटरको लागत क्यापेसिटन्स मूल्यको साथ बढ्छ। एकल क्यापेसिटर प्रयोग गर्नु धेरै साना क्यापेसिटरहरू प्रयोग गर्नु भन्दा महँगो हुन सक्छ। दोस्रो कारण आकार हो। उत्पादन डिजाइनमा सीमित कारक सामान्यतया कम्पोनेन्टहरूको उचाइ हो। ठूलो क्षमताको क्यापेसिटरहरूको लागि, उचाइ प्रायः धेरै ठूलो हुन्छ, जुन उत्पादन डिजाइनको लागि उपयुक्त छैन। तेस्रो कारण हामीले केस स्टडीमा देखेको EMC प्रदर्शन हो।
इलेक्ट्रोलाइटिक क्यापेसिटर प्रयोग गर्दा विचार गर्ने अर्को कारक भनेको हो कि जब तपाइँ भोल्टेज साझा गर्न श्रृंखलामा दुई क्यापेसिटरहरू जडान गर्नुहुन्छ, तपाइँलाई ब्यालेन्सिङ रेसिस्टर 6 चाहिन्छ।
पहिले उल्लेख गरिए अनुसार, सिरेमिक क्यापेसिटरहरू लघु उपकरणहरू हुन् जसले द्रुत रूपमा ऊर्जा प्रदान गर्न सक्छ। मलाई अक्सर प्रश्न सोधिन्छ "मलाई कति क्यापेसिटर चाहिन्छ?" यस प्रश्नको जवाफ यो हो कि सिरेमिक क्यापेसिटरहरूको लागि, क्यापेसिटन्स मान त्यो महत्त्वपूर्ण हुनु हुँदैन। यहाँ महत्त्वपूर्ण विचार भनेको कुन फ्रिक्वेन्सीमा ऊर्जा स्थानान्तरण गति तपाईंको आवेदनको लागि पर्याप्त छ भनेर निर्धारण गर्न हो। यदि संचालित उत्सर्जन 100 मेगाहर्ट्जमा असफल भयो भने, 100 मेगाहर्ट्जमा सबैभन्दा सानो प्रतिबाधा भएको क्यापेसिटर राम्रो विकल्प हुनेछ।
यो MLCC को अर्को गलतफहमी हो। मैले लामो ट्रेसहरू मार्फत क्यापेसिटरहरूलाई RF सन्दर्भ बिन्दुमा जडान गर्नु अघि सबैभन्दा कम ESR र ESL सँग सिरेमिक क्यापेसिटरहरू छनौट गर्न धेरै ऊर्जा खर्च गरेको मैले देखेको छु। यो उल्लेखनीय छ कि MLCC को ESL सामान्यतया बोर्डमा जडान इन्डक्टन्स भन्दा धेरै कम छ। जडान इन्डक्टन्स अझै पनि सिरेमिक क्यापेसिटरको उच्च आवृत्ति प्रतिबाधालाई असर गर्ने सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण प्यारामिटर हो।
चित्र 7 ले खराब उदाहरण देखाउँछ। लामो ट्रेसहरू (0.5 इन्च लामो) कम्तिमा 10nH इन्डक्टन्स परिचय गर्दछ। सिमुलेशन परिणामले देखाउँछ कि क्यापेसिटरको प्रतिबाधा फ्रिक्वेन्सी बिन्दु (50 मेगाहर्ट्ज) मा अपेक्षित भन्दा धेरै बढी हुन्छ।
MLCC को समस्याहरू मध्ये एउटा यो हो कि तिनीहरू बोर्डमा प्रेरक संरचनासँग प्रतिध्वनित हुन्छन्। यो चित्र 8 मा देखाइएको उदाहरणमा देख्न सकिन्छ, जहाँ 10 µF MLCC को प्रयोगले लगभग 300 kHz मा अनुनाद परिचय गर्दछ।
तपाईंले ठूलो ESR भएको कम्पोनेन्ट छनौट गरेर वा क्यापेसिटरसँग शृङ्खलामा सानो मान रेसिस्टर (जस्तै 1 ओम) राखेर अनुनाद कम गर्न सक्नुहुन्छ। यस प्रकारको विधिले प्रणालीलाई दबाउन हानिकारक घटकहरू प्रयोग गर्दछ। अर्को विधि भनेको कम वा उच्च अनुनाद बिन्दुमा अनुनाद सार्न अर्को क्यापेसिटन्स मान प्रयोग गर्नु हो।
चलचित्र क्यापेसिटरहरू धेरै अनुप्रयोगहरूमा प्रयोग गरिन्छ। तिनीहरू उच्च-शक्ति DC-DC कन्भर्टरहरूको लागि छनौटको क्यापेसिटरहरू हुन् र पावर लाइनहरू (AC र DC) र साझा-मोड फिल्टरिङ कन्फिगरेसनहरूमा EMI दमन फिल्टरहरूको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। हामीले फिल्म क्यापेसिटरहरू प्रयोग गर्ने केही मुख्य बिन्दुहरू चित्रण गर्न उदाहरणको रूपमा एक्स क्यापेसिटर लिन्छौं।
यदि सर्ज घटना भयो भने, यसले लाइनमा शिखर भोल्टेज तनावलाई सीमित गर्न मद्दत गर्दछ, त्यसैले यो सामान्यतया ट्रान्जियन्ट भोल्टेज सप्रेसर (TVS) वा मेटल अक्साइड भेरिस्टर (MOV) सँग प्रयोग गरिन्छ।
तपाईलाई यो सबै थाहा हुन सक्छ, तर के तपाईलाई थाहा छ कि X क्यापेसिटरको क्यापेसिटन्स मान वर्षौंको प्रयोगको साथमा उल्लेखनीय रूपमा कम गर्न सकिन्छ? यो विशेष गरी सत्य हो यदि क्यापेसिटर आर्द्र वातावरणमा प्रयोग गरिन्छ। मैले X क्यापेसिटरको क्यापेसिटेन्स मान एक वा दुई वर्ष भित्र यसको मूल्याङ्कन गरिएको मूल्यको केही प्रतिशतमा मात्र झरेको देखेको छु, त्यसैले X क्यापेसिटरसँग मूल रूपमा डिजाइन गरिएको प्रणालीले फ्रन्ट-एन्ड क्यापेसिटरमा हुन सक्ने सबै सुरक्षा गुमायो।
तर, के भयो? ओसिलो हावा क्यापेसिटरमा, तार माथि र बक्स र इपोक्सी पोटिङ कम्पाउन्डको बीचमा चुहावट हुन सक्छ। एल्युमिनियम धातुकरण त्यसपछि अक्सिडाइज गर्न सकिन्छ। एल्युमिना एक राम्रो बिजुली इन्सुलेटर हो, जसले क्षमता घटाउँछ। यो एक समस्या हो जुन सबै फिल्म क्यापेसिटरहरूले सामना गर्नेछन्। मैले कुरा गरिरहेको मुद्दा फिल्म मोटाई हो। प्रतिष्ठित क्यापेसिटर ब्रान्डहरूले बाक्लो फिल्महरू प्रयोग गर्छन्, परिणामस्वरूप अन्य ब्रान्डहरू भन्दा ठूलो क्यापेसिटरहरू। पातलो फिल्मले क्यापेसिटरलाई ओभरलोड (भोल्टेज, वर्तमान, वा तापक्रम) गर्न कम बलियो बनाउँछ, र यो आफैं निको हुने सम्भावना छैन।
यदि X क्यापेसिटर स्थायी रूपमा पावर सप्लाईमा जडान गरिएको छैन भने, तपाइँ चिन्ता लिनु पर्दैन। उदाहरणका लागि, पावर सप्लाई र क्यापेसिटरको बीचमा कडा स्विच भएको उत्पादनको लागि, आकार जीवन भन्दा बढी महत्त्वपूर्ण हुन सक्छ, र त्यसपछि तपाइँ पातलो क्यापेसिटर छनौट गर्न सक्नुहुन्छ।
यद्यपि, यदि संधारित्र स्थायी रूपमा पावर स्रोतसँग जोडिएको छ भने, यो अत्यधिक भरपर्दो हुनुपर्छ। Capacitors को ओक्सीकरण अपरिहार्य छैन। यदि क्यापेसिटर इपोक्सी सामग्री राम्रो गुणस्तरको छ र क्यापेसिटर प्रायः अत्यधिक तापक्रममा पर्दैन भने, मूल्यमा गिरावट न्यूनतम हुनुपर्छ।
यस लेखमा, पहिले क्यापेसिटरहरूको फिल्ड थ्योरी दृश्य प्रस्तुत गरियो। व्यावहारिक उदाहरणहरू र सिमुलेशन परिणामहरूले सबैभन्दा सामान्य क्यापेसिटर प्रकारहरू कसरी चयन गर्ने र प्रयोग गर्ने भनेर देखाउँछन्। आशा छ यो जानकारीले तपाईंलाई इलेक्ट्रोनिक र EMC डिजाइनमा क्यापेसिटरहरूको भूमिका अझ व्यापक रूपमा बुझ्न मद्दत गर्न सक्छ।
डा. मिन झाङ EMC परामर्श, समस्या निवारण र प्रशिक्षणमा विशेषज्ञता हासिल गर्ने बेलायतमा रहेको इन्जिनियरिङ कम्पनी, Mach One Design Ltd का संस्थापक र प्रमुख EMC सल्लाहकार हुनुहुन्छ। पावर इलेक्ट्रोनिक्स, डिजिटल इलेक्ट्रोनिक्स, मोटर्स र उत्पादन डिजाइनमा उनको गहिरो ज्ञानले विश्वभरका कम्पनीहरूलाई फाइदा पुर्‍याएको छ।
अनुपालनमा विद्युतीय र इलेक्ट्रोनिक ईन्जिनियरिङ् पेशेवरहरूको लागि समाचार, सूचना, शिक्षा र प्रेरणाको मुख्य स्रोत हो।
एयरोस्पेस मोटर वाहन संचार उपभोक्ता इलेक्ट्रोनिक्स शिक्षा ऊर्जा र शक्ति उद्योग सूचना प्रविधि चिकित्सा सैन्य र राष्ट्रिय रक्षा