Параллельное соединение электролитических конденсаторов: Соединение конденсаторов — Мир Антенн

Содержание

Соединение конденсаторов

Конденсаторы, как и резисторы, можно соединять последовательно и параллельно. Рассмотрим соединение конденсаторов: для чего применяются каждая из схем, и их итоговые характеристики.

Параллельное соединение конденсаторов

Эта схема – самая распространенная. В ней обкладки конденсаторов соединяются между собой, образуя эквивалентную емкость, равную сумме соединяемых емкостей.

При параллельном соединении электролитических конденсаторов необходимо, чтобы между собой соединялись выводы одной полярности.

Особенность такого соединения – одинаковое напряжение на всех соединяемых конденсаторах. Номинальное напряжение группы параллельно соединенных конденсаторов равно рабочему напряжению конденсатора группы, у которого оно минимально.

Токи через конденсаторы группы протекают разные: через конденсатор с большей емкостью потечет больший ток.

На практике параллельное соединение применяется для получения емкости нужной величины, когда она выходит за границы диапазона, выпускаемого промышленностью, или не укладываются в стандартный ряд емкостей. В системах регулирования коэффициента мощности (cos ϕ) изменение емкости происходит за счет автоматического подключения или отключения конденсаторов в параллель.

Последовательное соединение конденсаторов

При последовательном соединении обкладки конденсатором соединяются друг к другу, образуя цепочку. Крайние обкладки подключаются к источнику, а ток по всем конденсаторам группы потечет одинаковый.

Эквивалентная емкость последовательно соединенных конденсаторов ограничена самой маленькой емкостью в группе. Объясняется это тем, что как только она полностью зарядится, ток прекратится. Подсчитать общую емкость двух последовательно соединенных конденсаторов можно по формуле

а трех –

Но применение последовательного соединения для получения нестандартных номиналов емкостей не так распространено, как параллельного.

При последовательном соединении напряжение источника питания распределяется между конденсаторами группы. Это позволяет получить батарею конденсаторов, рассчитанную на большее напряжение, чем номинальное напряжение входящих в нее компонентов. Так из дешевых и небольших по размерам конденсаторов изготавливаются блоки, выдерживающие высокие напряжения.

Еще одна область применения последовательного соединения конденсаторов связана с перераспределением напряжений между ними. Если емкости одинаковы, напряжение делится пополам, если нет – на конденсаторе большей емкости напряжение получается большим. Устройство, работающее на этом принципе, называют емкостным делителем напряжения.

Смешанное соединение конденсаторов

Пример смешанного соединения конденсаторов

Такие схемы существуют, но в устройствах специального назначения, требующие высокой точности получения величины емкости, а также для их точной настройки.

Оцените качество статьи:

параллельное и последовательное соединение, расчет необходимой емкости c примерами

Электрические конденсаторы широко используются в радиоэлектронной аппаратуре. Они лидируют по количеству применения в блоках аппаратуры и по некоторым критериям уступают лишь резисторам. Конденсаторы присутствуют в любом электронном устройстве и их потребность в современной электронике постоянно растет. Наряду с имеющейся широкой номенклатурой, продолжаются разработки новых типов, которые имеют улучшенные электрические и эксплуатационные характеристики.

Что такое конденсатор?

Конденсатором называется элемент электрической цепи, который состоит из проводящих электродов, изолированных друг от друга диэлектриком.

Конденсаторы отличают по емкости, а именно по отношению заряда к разности потенциалов, который передается этим зарядом.

В международной системе СИ за единицу емкости принимают емкость конденсатора с возрастанием потенциала на один вольт при сообщении заряда в один кулон. Эта единица называется фарадой. Она слишком велика для применения в практических целях. Поэтому принято использовать более мелкие единицы измерения, такие как пикофарад (пФ), нанофарад (нФ) и микрофарад (мкФ).

Группы по виду диэлектрика

Диэлектрики применяют для изоляции пластин друг от друга. Они изготавливаются из органических и неорганических материалов. Нередко, в качестве диэлектрика, применяют оксидные пленки металлов.

По виду диэлектрика элементы делят на группы:

органические;
неорганические;
газообразные;
оксидные.

Элементы с органическим диэлектриком изготавливают путем намотки тонких лент специальной бумаги или пленки. Также применяют комбинированный диэлектрик с фольговыми или металлизированными электродами. Такие элементы могут быть как высоковольтные (свыше 1600 В), так и низковольтные (до 1600 В).

В изделиях с неорганическим диэлектриком используют керамику, слюду, стекло и стеклокерамику, стеклоэмаль. Их обкладки состоят из тонкого слоя металла, который нанесен на диэлектрик путем металлизации. Бывают высоковольтные, низковольтные и помехоподавляющие.

В качестве газообразного диэлектрика используют сжатый газ (фреон, азот, элегаз), воздух или вакуум. По характеру изменения емкости и выполняемой функции такие элементы бывают постоянными и переменными.

Наибольшее распространение получили элементы с вакуумным диэлектриком. Они имеют большие удельные емкости (по сравнению с газообразным диэлектриком) и более высокую электрическую прочность. Элементы с вакуумным диэлектриком обладают стабильностью параметров

при температурных изменениях окружающей среды.

Область применения – передающие устройства, работающие на коротких, средних и длинных волнах диапазонов с частотой до 30-80 МГц.

Элементы с оксидным диэлектриком бывают:

общего назначения;
пусковые;
импульсные;
неполярные;
высокочастотные;
помехоподавляющие.

Диэлектриком является оксидный слой, который наносится на анод электрохимическим путем.

Условные обозначения

Элементы обозначаются по сокращенной и полной системе.

При сокращенной системе наносятся буквы и цифры, где буквой обозначается подкласс, цифрой — группа в зависимости от применяемого диэлектрика. Третий элемент указывает регистрационный номер типа изделия.

При полном условном обозначении указываются параметры и характеристики в следующей последовательности:

условное обозначение конструктивного исполнения изделия;
номинальное напряжение изделия;
номинальная емкость изделия;
допустимое отклонение емкости;
температурная стабильность емкости изделия;
номинальная реактивная мощность изделия.

Подбор номинала

Конденсаторы могут соединяться друг с другом различными способами.

На практике нередко возникают ситуации, когда при монтаже схемы или замене неисправного элемента, приходится использовать ограниченное количество радиодеталей. Не всегда удается подобрать элементы нужного номинала.

В этом случае приходится применять последовательное и параллельное соединение конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов

При параллельной схеме соединения, их суммарная величина составит сумму емкостей отдельных элементов. При этой схеме подключения все обкладки элементов соединяются по группам. Один из выводов каждого элемента соединяется в одну группу, а другой вывод в другую группу.

При этом напряжение на всех обкладках будет одинаково, потому что все группы подключены к одному источнику питания. Фактически получается одна емкость, суммарной величины всех емкостей в данной цепи.

Чтобы получить большую емкость, применяют параллельное соединение конденсатора.

Например, необходимо подключить двигатель с тремя фазами к однофазной сети 220 В. Для рабочего режима двигателя необходима емкость величиной в 135 мкФ. Ее найти очень трудно, но можно получить, применив параллельное соединение элементов на 5, 30 и 100 мкФ. В результате сложения получаем необходимую единицу в 135 мкФ.

Последовательно соединение конденсаторов

Последовательное соединение конденсаторов используют, если необходимо получить емкость меньшую емкости элемента. Такие элементы выдерживают более высокие напряжения. При последовательном соединении конденсаторов, обратная величина общей емкости равняется сумме обратных величин отдельных элементов. Для получения требуемой величины нужны определенные конденсаторы, последовательное соединение которых даст необходимую величину.

При последовательном соединении конденсаторов каждый его вывод соединяется с одним выводом другого элемента. Получается некая цепочка из последовательно соединенных конденсаторов, где крайние выводы подключаются к источнику питания.

Емкость общей батареи всегда меньше минимальной емкости элементов, входящих в нее. То есть, половина от емкости каждой из этих емкостей.

При последовательном соединении конденсаторов увеличивается расстояние между обкладками элементов.

Например, при последовательном соединении двух элементов напряжением 200 В можно смело включать в схему напряжением до 1000 В.

Данный метод соединения используется гораздо реже, потому что емкости такой величины и рабочего напряжения можно приобрести в магазинах.

Таким образом, зная принцип общего расчета параллельного и последовательного соединения конденсаторов, всегда можно выйти из затруднительного положения, имея под рукой ограниченное количество номиналов.

Параллельное включение конденсаторов.

Соединение конденсаторов Как правильно соединять конденсаторы

В электрических цепях применяются различные способы соединения конденсаторов . Соединение конденсаторов

может производиться: последовательно , параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанное соединение конденсаторов). Существующие виды соединения конденсаторов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Способы соединения конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов.

Если группа конденсаторов включена в цепь таким образом, что к точкам включения непосредственно присоединены пластины всех конденсаторов, то такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов (рисунок 2.).

Рисунок 2. Параллельное соединение конденсаторов.

При заряде группы конденсаторов, соединенных параллельно, между пластинами всех конденсаторов будет одна и та же разность потенциалов, так как все они заряжаются от одного и того же источника тока. Общее же количество электричества на всех конденсаторах будет равно сумме количеств электричества, помещающихся на каждом из конденсаторов, так как заряд каждого их конденсаторов происходит независимо от заряда других конденсаторов данной группы. Исходя из этого, всю систему параллельно соединенных конденсаторов можно рассматривать как один эквивалентный (равноценный) конденсатор. Тогда

общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.

Обозначим суммарную емкость соединенных в батарею конденсаторов буквой Собщ, емкость первого конденсатора С1 емкость второго С2 и емкость третьего С3. Тогда для параллельного соединения конденсаторов будет справедлива следующая формула:

Последний знак + и многоточие указывают на то, что этой формулой можно пользоваться при четырех, пяти и вообще при любом числе конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов.

Если же соединение конденсаторов в батарею производится в виде цепочки и к точкам включения в цепь непосредственно присоединены пластины только первого и последнего конденсаторов, то такое

соединение конденсаторов называется последовательным (рисунок 3).

Рисунок 2. Последовательное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении все конденсаторы заряжаются одинаковым количеством электричества, так как непосредственно от источника тока заряжаются только крайние пластины (1 и 6), а остальные пластины (2, 3, 4 и 5) заряжаются через влияние. При этом заряд пластины 2 будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пластины 1, заряд пластины 3 будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пластины 2 и т. д.

Напряжения на различных конденсаторах будут, вообще говоря, различными, так как для заряда одним и тем же количеством электричества конденсаторов различной емкости всегда требуются различные напряжения. Чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение необходимо для того, чтобы зарядить этот конденсатор требуемым количеством электричества, и наоборот.

Таким образом, при заряде группы конденсаторов, соединенных последовательно, на конденсаторах малой емкости напряжения будут больше, а на конденсаторах большой емкости — меньше.

Аналогично предыдущему случаю можно рассматривать всю группу конденсаторов, соединенных последовательно, как один эквивалентный конденсатор, между пластинами которого существует напряжение, равное сумме напряжений на всех конденсаторах группы, а заряд которого равен заряду любого из конденсаторов группы.

Возьмем самый маленький конденсатор в группе. На нем должно быть самое большое напряжение. Но напряжение на этом конденсаторе составляет только часть общего напряжения, существующего на всей группе конденсаторов. Напряжение на всей группе больше напряжения на конденсаторе, имеющем самую малую емкость. А отсюда непосредственно следует, что общая емкость группы конденсаторов, соединенных последовательно, меньше емкости самого малого конденсатора в группе.

Для вычисления общей емкости при последовательном соединении конденсаторов удобнее всего пользоваться следующей формулой:

Для частного случая двух последовательно соединенных конденсаторов формула для вычисления их общей емкости будет иметь вид:

Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов

Последовательно-параллельным соединением конденсаторов называется цепь имеющая в своем составе участки, как с параллельным, так и с последовательным соединением конденсаторов.

На рисунке 4 приведен пример участка цепи со смешанным соединением конденсаторов.

Рисунок 4. Последовательно-параллельное соединение конденсаторов.

При расчете общей емкости такого участка цепи с последовательно-параллельным соединением конденсаторов этот участок разбивают на простейшие участки, состоящие только из групп с последовательным или параллельным соединением конденсаторов. Дальше алгоритм расчета имеет вид:

1. Определяют эквивалентную емкость участков с последовательным соединением конденсаторов.

2. Если эти участки содержат последовательно соединенные конденсаторы, то сначала вычисляют их емкость.

3. После расчета эквивалентных емкостей конденсаторов перерисовывают схему. Обычно получается цепь из последовательно соединенных эквивалентных конденсаторов.

4. Рассчитывают емкость полученной схемы.

Один из примеров расчета емкости при смешанном соединении конденсаторов приведен на рисунке 5.

Рисунок 5. Пример расчета последовательно-параллельного соединения конденсаторов.

У начинающих электронщиков при сборке любого самодельного устройства могут возникнуть проблемы с соединением конденсатора. Ведь даже у заядлого любителя электроники может не оказаться под рукой конденсатора с нужным номиналом, особенно когда нужно срочно отремонтировать бытовой прибор. Из сложившейся проблемы легко выйти, соединив последовательно или параллельно несколько конденсаторов.

Приготовьте:

конденсаторы;
вольтметр;
провода;
кусачки.

Если последовательно соединяются два конденсатора с равными емкостями, то в результате получится общая емкость с меньшим значением в 2 раза, а напряжение — увеличится. В реальных случаях схемы с последовательным соединением встречается редко, в основном в высоковольтных источниках питания. Для низковольтных источников питания применяется параллельное соединение, так как при этом сглаживается пульсация. Общая емкость соединенных параллельно конденсаторов будет складываться, а напряжение — равно значению напряжения того конденсатора, который имеет меньший параметр. Например, имеется три конденсатора по 30 микрофарад с напряженностью 100 В и соединяются параллельно. Значение всего набора будет вычисляться: 90 мкф * 100.

Существует комбинированный способ соединения — последовательно-параллельное, который встречается крайне редко. Для расчета общей емкости цепь разделяют на несколько участков и вычисляют каждую отдельно.

Для соединения электролитических конденсаторов нужно учитывать полярность. При параллельном способе минусовый вывод одного конденсатора должен соединяться с минусовым выводом другого. При последовательном — минус с плюсовым выводом.

При присоединении конденсаторов следует учитывать значение номинального напряжения. Если один из конденсаторов будет с меньшим номинальным напряжением, то, скорее всего, в ближайшее время устройство выйдет из строя.

Соединяйте конденсаторы только тогда, когда они полностью отсоединены от других элементов схемы. Подключение проводят изолированными проводами. После любого соединения и отсоединения проверьте работу с помощью вольтметра.

Для составного конденсатора старайтесь брать однотипные конденсаторы, а если возможно — то с одной партии. Конденсаторы бывают керамические, пленочные, металлобумажные, слюдяные.

У многих начинающих любителей электроники в процессе сборки самодельного устройства возникает вопрос: “Как правильно соединять конденсаторы?”

Казалось бы, зачем это надо, ведь если на принципиальной схеме указано, что в данном месте схемы должен быть установлен конденсатор на 47 микрофарад, значит, берём и ставим необходимый конденсатор. Но, согласитесь, что в мастерской даже заядлого электронщика может не оказаться конденсатора с необходимым номиналом!

Похожая ситуация может возникнуть и при ремонте какого-либо прибора. Например, необходим электролитический конденсатор ёмкостью 1000 микрофарад, а под рукой лишь 2 – 3 конденсатора на 470 микрофарад. Ставить конденсатор на 470 микрофарад, вместо положенных 1000? Нет, это допустимо не всегда. Так как же быть? Ехать на радиорынок за несколько десятков километров за одним конденсатором?

Как выйти из сложившейся ситуации? Можно соединить несколько конденсаторов и в результате получить необходимую нам ёмкость. В электронике существует два способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное .

В реальности это выглядит так:

Параллельное соединение

Принципиальная схема параллельного соединения

Последовательное соединение

Принципиальная схема последовательного соединения

Также можно комбинировать параллельное и последовательное соединение конденсаторов. На практике вам вряд ли это пригодиться.

Как рассчитать общую ёмкость соединённых конденсаторов?

Помогут нам в этом несколько простых формул. Не сомневайтесь, если вы будете заниматься электроникой, то эти простые формулы рано или поздно вас выручат.

Общая ёмкость параллельно соединённых конденсаторов:

С 1 – ёмкость первого конденсатора;

С 2 – ёмкость второго конденсатора;

С 3 – ёмкость третьего конденсатора;

С N – ёмкость N -ого конденсатора;

C общ – суммарная ёмкость составного конденсатора.

Как видим, при параллельном соединении ёмкости конденсаторов нужно всего-навсего сложить!

Внимание! Все расчёты необходимо производить в одних единицах. Если рассчитываем ёмкости в микрофарадах, то нужно указывать ёмкость C 1 , C 2 в микрофарадах. Результат также получим в микрофарадах. Это правило стоит соблюдать, иначе ошибки не избежать!

Чтобы не допустить ошибку при переводе микрофарад в пикофарады или нанофарады можно воспользоваться специальной таблицей. В ней указаны приставки, используемые для краткой записи и множители, с помощью которых можно пересчитать значения величин.

Ёмкость двух последовательно соединённых конденсаторов можно рассчитать по другой формуле. Она будет чуть сложнее:

Внимание! Данная формула справедлива только для двух конденсаторов! Для большего количества последовательно включенных конденсаторов потребуется другая формула. Она более запутанная, да и не всегда пригождается .

Или то же самое, но более понятно:

Если вы проведёте несколько расчётов, то увидите, что при последовательном соединении конденсаторов их результирующая ёмкость будет всегда меньше наименьшей ёмкости, включённой в данную цепочку. Что это значить? А это значит, что если соединить последовательно конденсатор ёмкостью 5, 100 и 35 пикофарад, то общая ёмкость составного конденсатора будет меньше 5.

В том случае, если для последовательного соединения применены конденсаторы одинаковой ёмкости, эта громоздкая формула упрощается и принимает вид:

Здесь, вместо буквы M ставиться количество конденсаторов, а C 1 – ёмкость конденсатора.

Стоит также запомнить простое правило:

При последовательном соединении двух конденсаторов с одинаковой ёмкостью результирующая ёмкость будет в два раза меньше ёмкости каждого из конденсаторов.

Таким образом, если вы последовательно соедините два конденсатора, ёмкость каждого из которых 10 нанофарад, то в результате ёмкость составного конденсатора составит 5 нанофарад.

Проверим конденсатор, замерив ёмкость, и на практике подтвердим правильность показанных здесь формул для расчёта.

Возьмём два плёночных конденсатора. Один на 15 нанофарад (0,015 мкф.), другой на 10 нанофарад (0,01 мкф.) Соединим их последовательно. Теперь возьмём мультиметр Victor VC9805+ с функцией измерения ёмкости конденсаторов и замерим суммарную ёмкость двух конденсаторов. Вот что мы получим (см. фото).

Замер ёмкости последовательно соединённых конденсаторов

Ёмкость составного конденсатора составила 6 нанофарад (0,006 мкф.)

А теперь проделаем то же самое, но для параллельного соединения конденсаторов. Проверим результат с помощью тестера (см. фото).

Измерение ёмкости параллельно соединённых конденсаторов

Как видим, при параллельном соединении ёмкость двух конденсаторов сложилась и составляет 25 нанофарад (0,025 мкф.).

Что ещё необходимо знать, чтобы правильно соединить конденсаторы?

Во-первых, не стоит забывать, что кроме ёмкости у конденсаторов есть ещё один немаловажный параметр, как номинальное напряжение.

При последовательном соединении конденсаторов напряжение между ними распределяется обратно пропорционально ёмкостям этих конденсаторов. Поэтому, есть смысл при последовательном соединении применять конденсаторы с номинальным напряжением равным тому, которое должно быть у конденсатора взамен которого мы ставим составной конденсатор.

Если же используются конденсаторы одинаковой ёмкости, то напряжение между ними разделится поровну.

Для электролитических конденсаторов.

При соединении электролитических конденсаторов строго соблюдайте полярность! При параллельном соединении электролитических конденсаторов всегда соединяйте минусовой вывод одного конденсатора с минусовым выводом другого. Плюсовой вывод с плюсовым.

Параллельное соединение электролитических конденсаторов

Схема параллельного соединения

В последовательном соединении электролитических конденсаторов ситуация обратная. Необходимо соединять плюсовой вывод с минусовым. Получается что-то вроде последовательного соединения батареек.

Последовательное соединение электролитических конденсаторов

Также не забывайте про номинальное напряжение. При параллельном соединении каждый из задействованных конденсаторов должен иметь то номинальное напряжение, как если бы мы ставили в схему один конденсатор. То есть если в схему нужно установить конденсатор с номинальным напряжением на 35 вольт и ёмкостью, например, 200 микрофарад, то взамен его можно параллельно соединить два конденсатора на 100 микрофарад и 35 вольт. Если хоть один из этих конденсаторов будет иметь меньшее номинальное напряжение (например, 25 вольт), то он вскоре выйдет из строя.

Желательно, чтобы для составного конденсатора подбирались конденсаторы одного типа (плёночные, керамические, слюдяные, металлобумажные). Лучше будет, если они взяты из одной партии.

Конечно, возможно и смешанное (комбинированное) соединение конденсаторов, но в практике оно не применяется (я не видел ). Расчёт ёмкости смешанного соединения конденсаторов обычно достаётся тем, кто решает задачи по физике и сдаёт экзамены:)

Как соединить электролитические конденсаторы для увеличения напряжения. Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Особенность такого соединения – одинаковое напряжение на всех соединяемых конденсаторах . Номинальное напряжение группы параллельно соединенных конденсаторов равно рабочему напряжению конденсатора группы, у которого оно минимально.

Токи через конденсаторы группы протекают разные: через конденсатор с большей емкостью потечет больший ток.

При последовательном соединении напряжение источника питания распределяется между конденсаторами группы. Это позволяет получить батарею конденсаторов, рассчитанную на большее напряжение , чем номинальное напряжение входящих в нее компонентов. Так из дешевых и небольших по размерам конденсаторов изготавливаются блоки, выдерживающие высокие напряжения.

Смешанное соединение конденсаторов

В электротехнике существуют различные варианты подключения электрических элементов. В частности, существует последовательное, параллельное или смешанное соединение конденсаторов, в зависимости от потребностей схемы. Рассмотрим их.

Параллельное соединение

Параллельное соединение характеризуется тем, что все пластины электрических конденсаторов присоединяются к точкам включения и образовывают собой батареи. В таком случае, во время заряда конденсаторов каждый из них будет иметь различное число электрических зарядов при одинаковом количестве подводимой энергии

Схема параллельного крепления

Емкость при параллельной установке рассчитывается исходя из емкостей всех конденсаторов в схеме. При этом, количество электрической энергии, поступающей на все отдельные двухполюсные элементы цепи, можно будет рассчитать, суммировав сумму энергии, помещающейся в каждый конденсатор. Вся схема, подключенная таким образом, рассчитывается как один двухполюсник.

C общ = C 1 + C 2 + C 3

Схема – напряжение на накопителях

В отличие от соединения звездой, на обкладки всех конденсаторов попадает одинаковое напряжение. Например, на схеме выше мы видим, что:

V AB = V C1 = V C2 = V C3 = 20 Вольт

Последовательное соединение

Здесь к точкам включения присоединяются контакты только первого и последнего конденсатора.

Схема – схема последовательного соединения

Главной особенностью работы схемы является то, что электрическая энергия будет проходить только по одному направлению, значит, что в каждом из конденсаторов ток будет одинаковым. В такой цепи для каждого накопителя, независимо от его емкости, будет обеспечиваться равное накопление проходящей энергии. Нужно понимать, что каждый из них последовательно соприкасается со следующим и предыдущим, а значит, емкость при последовательном типе может воспроизводиться энергией соседнего накопителя.

Формула, которая отражает зависимость тока от соединения конденсаторов, имеет такой вид:

i = i c 1 = i c 2 = i c 3 = i c 4 , то есть токи проходящие через каждый конденсатор равны между собой.

Следовательно, одинаковой будет не только сила тока, но и электрический заряд. По формуле это определяется как:

Q общ = Q 1 = Q 2 = Q 3

А так определяется общая суммарная емкость конденсаторов при последовательном соединении:

1/C общ = 1/C 1 + 1/C 2 + 1/C 3

Видео: как соединять конденсаторы параллельным и последовательным методом

Смешанное подключение

Но, стоит учитывать, что для соединения различных конденсаторов необходимо учитывать напряжение сети. Для каждого полупроводника этот показатель будет отличаться в зависимости от емкости элемента. Отсюда следует, что отдельные группы полупроводниковых двухполюсников малой емкости будут при зарядке становиться больше, и наоборот, электроемкость большого размера будет нуждаться в меньшем заряде.

Схема: смешанное соединение конденсаторов

Существует также смешанное соединение двух и более конденсаторов. Здесь электрическая энергия распределяется одновременно при помощи параллельного и последовательного подключения электролитических элементов в цепь. Эта схема имеет несколько участков с различным подключением конденсирующих двухполюсников. Иными словами, на одном цепь параллельно включена, на другом – последовательно. Такая электрическая схема имеет ряд достоинств сравнительно с традиционными:

Можно использовать для любых целей: подключения электродвигателя, станочного оборудования, радиотехнических приборов;
Простой расчет. Для монтажа вся схема разбивается на отдельные участки цепи, которые рассчитываются по отдельности;
Свойства компонентов не изменяются независимо от изменений электромагнитного поля, силы тока. Это очень важно при работе с разноименными двухполюсниками. Ёмкость постоянна при постоянном напряжении, но, при этом, потенциал пропорционален заряду;
Если требуется собрать несколько неполярных полупроводниковых двухполюсников из полярных, то нужно взять несколько однополюсных двухполюсника и соединить их встречно-параллельным способом (в треугольник). Минус к минусу, а плюс к плюсу. Таким образом, за счет увеличения емкости изменяется принцип работы двухполюсного полупроводника.

Содержание:

В электронных и радиотехнических схемах широкое распространение получило параллельное и последовательное соединение конденсаторов. В первом случае соединение осуществляется без каких-либо общих узлов, а во втором варианте все элементы объединяются в два узла и не связаны с другими узлами, если это заранее не предусмотрено схемой.

Последовательное соединение

При последовательном соединении два и более конденсаторов соединяются в общую цепь таким образом, что каждый предыдущий конденсатор соединяется с последующим лишь в одной общей точке. Ток (i), осуществляющий зарядку последовательной цепи конденсаторов будет иметь одинаковое значение для каждого элемента, поскольку он проходит только по единственно возможному пути. Это положение подтверждается формулой: i = i c1 = i c2 = i c3 = i c4 .

В связи с одинаковым значением тока, протекающего через конденсаторы с последовательным соединением, величина заряда, накопленного каждым из них, будет одинаковой, независимо от емкости. Такое становится возможным, поскольку заряд, приходящий с обкладки предыдущего конденсатора, накапливается на обкладке последующего элемента цепи. Поэтому величина заряда у последовательно соединенных конденсаторов будет выглядеть следующим образом: Q общ = Q 1 = Q 2 = Q 3 .

Если рассмотреть три конденсатора С 1 , С 2 и С 3 , соединенные в последовательную цепь, то выясняется, что средний конденсатор С 2 при постоянном токе оказывается электрически изолированным от общей цепи. В конечном итоге величина эффективной площади обкладок будет уменьшена до площади обкладок конденсатора с самыми минимальными размерами. Полное заполнение обкладок электрическим зарядом, делает невозможным дальнейшее прохождение по нему тока. В результате, движение тока прекращается во всей цепи, соответственно прекращается и зарядка всех остальных конденсаторов.

Общее расстояние между обкладками при последовательном соединении представляет собой сумму расстояний между обкладками каждого элемента. В результате соединения в последовательную цепь, формируется единый большой конденсатор, площадь обкладок которого соответствует обкладкам элемента с минимальной емкостью. Расстояние между обкладками оказывается равным сумме всех расстояний, имеющихся в цепи.

Падение напряжения на каждый конденсатор будет разным, в зависимости от емкости. Данное положение определяется формулой: С = Q/V, в которой емкость обратно пропорциональна напряжению. Таким образом, с уменьшением емкости конденсатора на него падает более высокое напряжение. Суммарная емкость всех конденсаторов вычисляется по формуле: 1/C общ = 1/C 1 + 1/C 2 + 1/C 3 .

Главная особенность такой схемы заключается в прохождении электрической энергии только в одном направлении. Поэтому в каждом конденсаторе значение тока будет одинаковым. Каждый накопитель в последовательной цепи накапливает равное количество энергии, независимо от емкости. То есть емкость может воспроизводиться за счет энергии, присутствующей в соседнем накопителе.

Онлайн калькулятор, для расчета емкости конденсаторов соединенных последовательно в электрической цепи.

Смешанное соединение

Параллельное соединение конденсаторов

Параллельным считается такое соединение, при котором конденсаторы соединяются между собой двумя контактами. Таким образом в одной точке может соединяться сразу несколько элементов.

Данный вид соединения позволяет сформировать единый конденсатор с большими размерами, площадь обкладок которого будет равна сумме площадей обкладок каждого, отдельно взятого конденсатора. В связи с тем, что находится в прямой пропорциональной зависимости с площадью обкладок, общая емкость составить суммарное количество всех емкостей конденсаторов, соединенных параллельно. То есть, С общ = С 1 + С 2 + С 3 .

Поскольку разность потенциалов возникает лишь в двух точках, то на все конденсаторы, соединенные параллельно, будет падать одинаковое напряжение. Сила тока в каждом из них будет отличаться, в зависимости от емкости и значения напряжения. Таким образом, последовательное и параллельное соединение, применяемое в различных схемах, позволяет выполнять регулировку различных параметров на тех или иных участках. За счет этого получаются необходимые результаты работы всей системы в целом.

Рис.2 U=U 1 =U 2 =U 3

Общий заряд Q всех конденсаторов

Общая емкость С, или емкость батареи, параллельно включенных конденсаторов равна сумме емкостей этих конденсаторов.

Параллельное подключение конденсатора к группе других включенных конденсаторов увеличивает общую емкость батареи этих конденсаторов. Следовательно, параллельное соединение конденсаторов применяется для увеличения емкости.

4)Если параллельно включены т одинаковых конденсаторов емкостью С´ каждый, то общая (эквивалентная) емкость батареи этих конденсаторов может быть определена выражением

Последовательное соединение конденсаторов

Рис.3

На обкладках последовательно соединенных конденсаторов, подключенных к источнику постоянного тока с напряжением U , появятся заряды одинаковые по величине с противоположными знаками.

Напряжение на конденсаторах распределяется обратно пропорционально емкостям конденсаторов:

Обратная величина общей емкости последовательно соединенных конденсаторов равна сумме обратных величин емкостей этих конденсаторов.

При последовательном включении двух конденсаторов их общая емкость определяется следующим выражением:

Если в цепь включены последовательно п одинаковых конденсаторов емкостью С каждый, то общая емкость этих конденсаторов:

Из (14) видно, что, чем больше конденсаторов п соединено последовательно, тем меньше будет их общая емкость С, т. е. последовательное включение конденсаторов приводит к уменьшению общей емкости батареи конденсаторов.

На практике может оказаться, что допустимое рабочее напряжение U p конденсатора меньше напряжения, на которое необходимо подключить конденсатор. Если этот конденсатор подключить на такое напряжение, то он выйдет из строя, так как будет пробит диэлектрик. Если же последовательно включить несколько конденсаторов, то напряжение распределится между ними и на каждом конденсаторе напряжение окажется меньше его допустимого рабочего U p . Следовательно, последовательное соединение конденсаторов применяют для того, чтобы напряжение на каждом конденсаторе не превышало его рабочего напряжения U p .

Смешанное соединение конденсаторов

Смешанное соединение (последовательно-параллельное) конденсаторов применяют тогда, когда необходимо увеличить емкость и рабочее напряжение батареи конденсаторов.

Рассмотрим смешанное соединение конденсаторов на нижеприведенных примерах.

Энергия конденсаторов

где Q — заряд конденсатора или конденсаторов, к которым приложено напряжение U ; С — электрическая емкость конденсатора или батареи соединенных конденсаторов, к которой приложено напряжение U .

Таким образом, конденсаторы служат для накопления и сохранения электрического поля и его энергии.

15. Дайте определение понятиям трех лучевая звезда и треугольник сопротивлений. Запишите формулы для преобразования трех лучевой звезды сопротивлений в треугольник сопротивлений и наоборот. Преобразуйте схему к двум узлам (Рисунок 5)

Рисунок 5- Схема электрическая

6.СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ

Для облегчения расчета составляется схема замещения электрической цепи, т. е. схема, отображающая свойства цепи при определенных условиях.

На схеме замещения изображают все элементы, влиянием которых на результат расчета нельзя пренебречь, и указывают также электрические соединения между ними, которые имеются в цепи.

1.Схемы замещения элементов электрических цепей

На расчетных схемах источник энергии можно представить ЭДС без внутреннего сопротивления, если это сопротивление мало по сравнению с сопротивлением приемника (рис. 3.13,6).

Приr= 0 внутреннее падение напряженияUо = 0, поэтому

напряжение на зажимах источника при любом токе равно

ЭДС: U = E = const.

В некоторых случаях источник электрической энергии на расчетной схеме заменяют другой (эквивалентной) схемой (рис. 3.14, а), где вместо ЭДСЕ источник характеризуется его током короткого замыканияI K , а вместо внутреннего сопротивления в расчет вводится внутренняя проводимостьg =1/ r .

Возможность такой замены можно доказать, разделив равенство (3.1) на r:

U / r = E / r — I ,

где U / r = Io -некоторый ток, равный отношению напряжения на зажимах источника к внутреннему сопротивлению;E / r = I K — ток короткого замыкания источника;

Вводя новые обозначения, получим равенство I K = Io + I , которому удовлетворяет эквивалентная схема рис. 3.14,а.

В этом случае при любой величине напряжения на зажимах; источника его ток остается равным току короткого замыкания (рис. 3.14,6):

Источник с неизменным током, не зависящим от внешнего сопротивления, называют источником тока.

Один и тот же источник электрической энергии может быть заменен в расчетной схеме источником ЭДС или источником тока.

Вопрос о том, как соединить конденсаторы может возникнуть у любого человека, интересующегося электроникой и пайкой . Чаще всего, необходимость в этом возникает в случаях отсутствия под рукой устройства подходящего номинала при сборке или ремонте какого-либо прибора.

К примеру, человеку нужно отремонтировать устройство, заменив в нем электролитический конденсатор ёмкостью 1000 микрофарад или больше, на руках подходящие по номиналу детали отсутствуют, но есть несколько изделий с меньшими параметрами. В этом случае есть три варианта выхода из сложившейся ситуации:

Поставить вместо конденсатора на 1000 микрофарад устройство с меньшим номиналом.
Поехать в ближайший магазин или радио-рынок для покупки подходящего варианта.
Соединить несколько элементов вместе для получения необходимой ёмкости.

От установки радиоэлемента меньшего номинала лучше отказаться, так как подобные эксперименты не всегда заканчиваются успешно. Можно съездить на рынок или в магазин, но это требует немало времени. Потому в сложившейся ситуации чаще соединяют несколько конденсаторов и получают необходимую емкость.

Параллельное соединение конденсаторов

Параллельная схема подключения конденсаторов предполагает соединение в две группы всех обкладок приборов. В одну группу соединяются первые выводы, а в другую группу – вторые выводы. На рисунке ниже представлен пример.

Конденсаторы, соединенные параллельно между собой, подключаются к одному источнику напряжения, поэтому на них существует две точки напряжения или разности потенциалов . Следует учитывать, что на всех выводах подключенных параллельно конденсаторов напряжение будет иметь одинаковую величину.

Параллельная схема образует из элементов единую ёмкость, величина которой равняется сумме ёмкостей всех подключенных в группу конденсаторов. При этом через конденсаторы в процессе работы устройства будет протекать ток разной величины. Параметры проходящего через изделия тока зависят от индивидуальной ёмкости устройства. Чем выше ёмкость, тем больший по величине ток пройдет через него. Формула, характеризующее параллельное соединение, имеет следующий вид:

Параллельная схема чаще всего используется в быту, она позволяет собрать необходимую ёмкость из любого числа отдельных, различных по номиналу элементов.

Последовательное соединение конденсаторов

Схема последовательного подключения представляет собой цепочку, в которой первая обкладка конденсатора соединяется со второй обкладкой предыдущего устройства, а вторая обкладка – с первой обкладкой следующего прибора. Первый вывод первого конденсатора и второй вывод последней детали в цепи соединяются с источником электрического тока, благодаря чему между ними осуществляется перераспределение электрических зарядов. Все промежуточные обкладки имеют одинаковые по величине заряды, чередующиеся по знаку.

На рисунке ниже представлен пример последовательного подключения.

Через соединенные в группу конденсаторы протекает ток одинаковой величины. Общая мощность ограничивается площадью обкладок устройства с наименьшим номиналом, так как после зарядки наименьшего по ёмкости устройства, вся цепь перестанет пропускать ток.

Несмотря на явные недостатки, данный способ обеспечивает увеличение изоляции между отдельными обкладками до суммы расстояний между выводами на всех последовательно соединенных конденсаторах. То есть, при последовательном соединении двух элементов с рабочим напряжением 200 В, изоляция между их выводами сможет выдерживать напряжение до 1000 В. Ёмкость по формуле:

Данный способ позволяет получить эквивалент меньшего по ёмкости конденсатора в группе, способной работать при высоких напряжениях. Всего этого можно достичь путем покупки одного единственного элемента подходящего номинала, потому на практике последовательные соединения практически не встречаются.

Эта формула актуальна для расчета общей ёмкости цепи последовательно соединенных двух конденсаторов. Для определения общей ёмкости цепи с большим числом приборов необходимо воспользоваться формулой:

Смешанная схема

Пример смешанной схемы подключения представлен ниже.

Чтобы определить общую ёмкость нескольких устройств, всю схему необходимо разделить на имеющиеся группы последовательного и параллельного соединения и рассчитать параметры ёмкости для каждой из них.

На практике данный способ встречаются на различных платах, с которыми приходиться работать радиолюбителям.

Как посчитать последовательное соединение конденсаторов

Как правильно соединять конденсаторы?

Казалось бы, зачем это надо, ведь если на принципиальной схеме указано, что в данном месте схемы должен быть установлен конденсатор на 47 микрофарад, значит, берём и ставим. Но, согласитесь, что в мастерской даже заядлого электронщика может не оказаться конденсатора с необходимым номиналом!

Похожая ситуация может возникнуть и при ремонте какого-либо прибора. Например, необходим электролитический конденсатор ёмкостью 1000 микрофарад, а под рукой лишь два-три на 470 микрофарад. Ставить 470 микрофарад, вместо положенных 1000? Нет, это допустимо не всегда. Так как же быть? Ехать на радиорынок за несколько десятков километров и покупать недостающую деталь?

В реальности это выглядит так:

Параллельное соединение

Принципиальная схема параллельного соединения

Последовательное соединение

Принципиальная схема последовательного соединения

Также можно комбинировать параллельное и последовательное соединение. Но на практике вам вряд ли это пригодиться.

Как рассчитать общую ёмкость соединённых конденсаторов?

Общая ёмкость параллельно соединённых конденсаторов:

С₁ – ёмкость первого;

С₂ – ёмкость второго;

С₃ – ёмкость третьего;

С_N – ёмкость N-ого конденсатора;

C_общ – суммарная ёмкость составного конденсатора.

Как видим, при параллельном соединении ёмкости нужно всего-навсего сложить!

Внимание! Все расчёты необходимо производить в одних единицах. Если выполняем расчёты в микрофарадах, то нужно указывать ёмкость C₁, C₂ в микрофарадах. Результат также получим в микрофарадах. Это правило стоит соблюдать, иначе ошибки не избежать!

Чтобы не допустить ошибку при переводе микрофарад в пикофарады, а нанофарад в микрофарады, необходимо знать сокращённую запись численных величин. Также в этом вам поможет таблица. В ней указаны приставки, используемые для краткой записи и множители, с помощью которых можно производить пересчёт. Подробнее об этом читайте здесь.

Внимание! Данная формула справедлива только для двух конденсаторов! Если их больше, то потребуется другая формула. Она более запутанная, да и на деле не всегда пригождается .

Или то же самое, но более понятно:

Если вы проведёте несколько расчётов, то увидите, что при последовательном соединении результирующая ёмкость будет всегда меньше наименьшей, включённой в данную цепочку. Что это значить? А это значит, что если соединить последовательно конденсаторы ёмкостью 5, 100 и 35 пикофарад, то общая ёмкость будет меньше 5.

В том случае, если для последовательного соединения применены конденсаторы одинаковой ёмкости, эта громоздкая формула волшебным образом упрощается и принимает вид:

Здесь, вместо буквы M ставиться количество конденсаторов, а C₁ – его ёмкость.

Стоит также запомнить простое правило:

При последовательном соединении двух конденсаторов с одинаковой ёмкостью результирующая ёмкость будет в два раза меньше ёмкости каждого из них.

Таким образом, если вы последовательно соедините два конденсатора, ёмкость каждого из которых 10 нанофарад, то в результате она составит 5 нанофарад.

Не будем пускать слов по ветру, а проверим конденсатор, замерив ёмкость, и на практике подтвердим правильность показанных здесь формул.

Возьмём два плёночных конденсатора. Один на 15 нанофарад (0,015 мкф.),а другой на 10 нанофарад (0,01 мкф.) Соединим их последовательно. Теперь возьмём мультиметр Victor VC9805+ и замерим суммарную ёмкость двух конденсаторов. Вот что мы получим (см. фото).

Замер ёмкости при последовательном соединении

Ёмкость составного конденсатора составила 6 нанофарад (0,006 мкф.)

А теперь проделаем то же самое, но для параллельного соединения. Проверим результат с помощью того же тестера (см. фото).

Измерение ёмкости при параллельном соединении

Что ещё необходимо знать, чтобы правильно соединять конденсаторы?

Во-первых, не стоит забывать, что есть ещё один немаловажный параметр, как номинальное напряжение.

При последовательном соединении конденсаторов напряжение между ними распределяется обратно пропорционально их ёмкостям. Поэтому, есть смысл при последовательном соединении применять конденсаторы с номинальным напряжением равным тому, которое имеет конденсатор, взамен которого мы ставим составной.

Если же используются конденсаторы с одинаковой ёмкостью, то напряжение между ними разделится поровну.

Для электролитических конденсаторов.

При соединении электролитических конденсаторов (электролитов) строго соблюдайте полярность! При параллельном соединении всегда подключайте минусовой вывод одного конденсатора к минусовому выводу другого,а плюсовой вывод с плюсовым.

Параллельное соединение электролитов

Схема параллельного соединения

В последовательном соединении электролитов ситуация обратная. Необходимо подключать плюсовой вывод к минусовому. Получается что-то вроде последовательного соединения батареек.

Последовательное соединение электролитов

Схема последовательного соединения

Также не забывайте про номинальное напряжение. При параллельном соединении каждый из задействованных конденсаторов должен иметь то номинальное напряжение, как если бы мы ставили в схему один конденсатор. То есть если в схему нужно установить конденсатор с номинальным напряжением на 35 вольт и ёмкостью, например, 200 микрофарад, то взамен его можно параллельно соединить два конденсатора на 100 микрофарад и 35 вольт. Если хоть один из них будет иметь меньшее номинальное напряжение (например, 25 вольт), то он вскоре выйдет из строя.

Желательно, чтобы для составного конденсатора подбирались конденсаторы одного типа (плёночные, керамические, слюдяные, металлобумажные). Лучше всего будет, если они взяты из одной партии, так как в таком случае разброс параметров у них будет небольшой.

Конечно, возможно и смешанное (комбинированное) соединение, но в практике оно не применяется (я не видел ). Расчёт ёмкости при смешанном соединении обычно достаётся тем, кто решает задачи по физике или сдаёт экзамены 🙂

Тем же, кто не на шутку увлёкся электроникой непременно надо знать, как правильно соединять резисторы и рассчитывать их общее сопротивление!

Физически, каждый из конденсаторов является разрывом в цепи, который накапливает и передает заряд за счет подачи на него переменного напряжения. Последовательное соединение конденсаторов подразумевает под собой подключение конца одного емкостного элемента к началу второго. Поэтому при последовательном включении через все конденсаторы протекает один ток, который зависит от их емкости и частоты напряжения в сети. В электротехнике такой тип подключения элементов нашел широкое применение в радиоэлектронике современных компьютеров, радиостанций и прочих устройств.

Рис. 1. Последовательное соединение конденсаторов

Как видите на рисунке 1, в нормальном режиме работы системы через все конденсаторы происходит передача электроэнергии, но в случае перегорания какого-либо емкостного элемента или сразу нескольких прекращается электроснабжение всех деталей. Для замены такого элемента в цепи необходимо установить другой конденсатор или заменить его на несколько. При отсутствии элемента нужной емкости вам пригодиться такой способ для перерасчета.

Формула для подсчета суммарной емкости последовательно соединенных конденсаторов выглядит таким образом:

Где, С_{— общая емкость последовательно соединенных конденсаторов}

С₁ — емкость первого конденсатора;

С₂ — емкость второго конденсатора;

С_n — емкость n-ого конденсатора в цепи.

Как видите, процесс расчета потребует от вас длительных и кропотливых операций, поэтому гораздо проще воспользоваться онлайн калькулятором для вычисления суммарной емкости последовательно соединенных конденсаторов.

В электрических цепях применяются различные способы соединения конденсаторов. Соединение конденсаторов может производиться: последовательно, параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанное соединение конденсаторов). Существующие виды соединения конденсаторов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Способы соединения конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов.

Рисунок 2. Параллельное соединение конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов.

Рисунок 2. Последовательное соединение конденсаторов.

Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов

На рисунке 4 приведен пример участка цепи со смешанным соединением конденсаторов.

Рисунок 4. Последовательно-параллельное соединение конденсаторов.

1. Определяют эквивалентную емкость участков с последовательным соединением конденсаторов.

2. Если эти участки содержат последовательно соединенные конденсаторы, то сначала вычисляют их емкость.

4. Рассчитывают емкость полученной схемы.

Один из примеров расчета емкости при смешанном соединении конденсаторов приведен на рисунке 5.

Рисунок 5. Пример расчета последовательно-параллельного соединения конденсаторов.

Подробнее о расчетах соединения конденсаторов можно узнать в мультимедийном учебнике по основам электротехники и электроники:

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Что такое конденсатор. Его параметры

Приветствую, друзья!

В первой части статьи мы рассмотрели, как устроен конденсатор.

Вы уже знаете, в каких единицах измеряется его ёмкость, как конденсаторы обозначаются в электрических схемах.

Вы уже знаете, где и как используются конденсаторы в компьютерной технике.

Конденсатор, как и любой компьютерный «кирпичик», обладает параметрами, которые характеризуют его работу.

Давайте углубим наши знания и посмотрим

Какими ещё параметрами характеризуются конденсаторы?

Вообще говоря, таких параметров много. У нас тут не нобелевская лекция, поэтому ограничимся только необходимым минимумом, который пригодится в практической деятельности.

Номинальное рабочее напряжение. Конденсатор может использоваться в режимах, когда напряжение на нём не превышает рабочего.

Использовать, например, электролитический конденсатор с рабочим напряжением 10 В в цепях +5 В или +3 В можно.

Чем больше рабочее напряжение электролитического конденсатора при равной ёмкости, тем больше его габариты.

Рабочее напряжение на керамических и других конденсаторах может явно не указываться или не указываться вообще — особенно, если конденсатор имеет маленькие размеры.

Полная информация о всех параметрах конденсатора имеется в соответствующем даташите (справочных данных), который имеется на сайте фирмы — производителя.

ESR (Equivalent Series Resistance) — эквивалентное последовательное сопротивление. Выводы конденсатора и их контакты с обкладками имеет не нулевое, хотя и очень небольшое сопротивление. Это сопротивление активное, поэтому, в соответствии с законами Ома и Джоуля-Ленца, при протекании тока на этом сопротивление будет рассеиваться тепло.

Это приведет к нагреву конденсатора.

Поэтому на электролитических конденсаторах обычно указывает максимальную рабочую температуру.

В компьютерных блоках питания и материнских платах используются специальные конденсаторы — с пониженным ESR.

Величина ESR может для таких конденсаторов быть в пределах от сотых до десятых долей Ома.

Что будет, если вместо конденсатора с пониженным ESR при ремонте блоков питания или материнских плат поставить обычный? Некоторое время он поработает. Но так как его ESR больше, то через цепь такого конденсатора будет протекать больший ток, который вызовет ускоренную деградацию конденсатора. Поэтому он быстро выйдет из строя.

Величиной ESR можно узнать по специальной маркировке (чаще всего 2 латинских буквы) на корпусе конденсатора. Соответствие этих букв реальным значениям ESR указывается в даташите.

Параллельное соединение конденсаторов

Несколько конденсаторов могут включаться последовательно или параллельно. При параллельном соединении ёмкости всех конденсаторов суммируются. При последовательном соединении общая ёмкость батареи конденсаторов меньше самой маленькой, так как складываются величины, обратные емкости. Но зато напряжение, при котором можно работать такая батарея, будет больше рабочего напряжения одного конденсатора.

На материнских платах в цепи низковольтного источника напряжения, питающего ядро процессора, используется несколько однотипных конденсаторов, соединенных параллельно.

Интересный вопрос: почему бы не поставить один конденсатор емкостью, эквивалентной емкости батареи конденсаторов?

Дело в том, что у параллельно соединенных конденсаторов суммарное ESR будет гораздо меньше, чем ESR одного конденсатора. Потому что при параллельном соединении сопротивлений общее сопротивление уменьшается.

Что будет, если перепутать полярность конденсатора?

Если ошибиться с полярностью электролитического конденсатора – он обязательно выйдет из строя!

Сопротивление конденсатора при обратной полярности небольшое, поэтому через его цепь потечет значительный ток.

Это вызовет быстрый перегрев, закипание электролита, пары которого разорвут корпус.

Такой же эффект вызовет и увеличение рабочего напряжения выше указанного на корпусе.

Чтобы исключить нехорошие последствия, верхняя крышка корпуса делается профилированной, с канавками-углублениями на верхней крышке.

При повышенном давлении внутри крышка расходится по этим канавкам, выпуская пары наружу.

Следует отметить, что электролитические конденсаторы, использующиеся в компьютерных блоках питания и материнских платах, могут выйти из строя после нескольких лет эксплуатации в нормальном рабочем режиме.

Дело в том, что в конденсаторах из-за наличия электролита постоянно протекают электрохимические процессы, усугубляющиеся тяжелым режимом работы и повышенной температурой.

Как правильно заменить неисправные конденсаторы при ремонте материнской платы компьютера можно прочитать здесь.

Как измерить ёмкость и ESR конденсатора?

Ёмкость конденсатора можно измерить с помощью обычного цифрового мультиметра.

Большинство цифровых мультиметров могут измерять не только ток, напряжение или сопротивление, но и ёмкость.

При измерении емкости надо с помощью переключателя выбрать необходимый поддиапазон и использовать отдельные гнёзда с маркировкой «F».

Однако большинство мультиметров измеряет емкость не более 20 микрофарад. А если надо измерить ёмкость в несколько тысяч микрофарад?

В этом случае необходимо использовать комбинированные приборы — измерители ёмкости и ESR. Существует множество разновидностей таких приборов и приборчиков.

Автор использует в своей практике мультитестер с АлиЭкспресс.

Кроме измерения ESR и ёмкости, им можно проверять полупроводниковые приборы, сопротивления и индуктивности.

Удобная штука, доложу я вам!

Если проверять вздутые электролитические конденсаторы — выяснится, что у них повышенное ESR и сниженная емкость.

Иногда тестер вообще дают ошибку, не опознавая конденсатор как конденсатор. Может быть и так, что конденсатор по внешнему виду абсолютно нормальный, но имеет повышенное ESR (хотя и достаточную емкость).

Поэтому в блоке питания он нормально работать не будет!

Заканчивая, отметим, что конденсаторы небольшой ёмкости, использующиеся в «дежурке» компьютерного блока питания, имеют очень небольшие габариты. Электролита у них внутри немного, поэтому у них «не хватает силы» вздуться.

До встречи на блоге!

способы, правила, формулы. Особенности замены конденсаторов

Особенность такого соединения – одинаковое напряжение на всех соединяемых конденсаторах . Номинальное напряжение группы параллельно соединенных конденсаторов равно рабочему напряжению конденсатора группы, у которого оно минимально.

Токи через конденсаторы группы протекают разные: через конденсатор с большей емкостью потечет больший ток.

При последовательном соединении напряжение источника питания распределяется между конденсаторами группы. Это позволяет получить батарею конденсаторов, рассчитанную на большее напряжение , чем номинальное напряжение входящих в нее компонентов. Так из дешевых и небольших по размерам конденсаторов изготавливаются блоки, выдерживающие высокие напряжения.

Смешанное соединение конденсаторов

Содержание:

Схемы в электротехнике состоят из электрических элементов, в которых способы соединения конденсаторов могут быть разными. Надо понимать, как правильно подключить конденсатор. Отдельные участки цепи с подключенными конденсаторами можно заменить одним эквивалентным элементом. Он заменит ряд конденсаторов, но должно выполняться обязательное условие: когда напряжение, подводимое к обкладкам эквивалентного конденсатора, равняется напряжению на входе и выходе группы заменяющихся конденсаторов, тогда заряд емкости будет такой же, как и на группе емкостей. Для понимания вопроса, как подключить конденсатор в любой схеме, рассмотрим виды его включения.

Параллельное включение конденсаторов в цепь

Параллельное соединение конденсаторов — это когда все пластины подключаются к точкам включения цепи, образовывая батарею емкостей.

Разность потенциалов на пластинах накопителей емкости будет одинаковая, так как они все заряжаются от одного источника тока. В этом случае каждый заряжающийся конденсатор имеет собственный заряд при одинаковой величине, подводимой к ним энергии.

Параллельные конденсаторы, общий параметр количества заряда полученной батареи накопителей, рассчитывается, как сумма всех зарядов, помещающихся на каждой емкости, потому что каждый заряд емкости не зависит от заряда другой емкости, входящей в группу конденсаторов, параллельно включенных в схему.

При параллельном соединении конденсаторов емкость равняется:

Из представленной формулы можно сделать вывод, что всю группу накопителей можно рассматривать как один равноценный им конденсатор.

Конденсаторы, соединенные параллельно, имеют напряжение:

Последовательное включение конденсаторов в цепь

Когда в схеме выполнено последовательное соединение конденсаторов, оно выглядит как цепочка емкостных накопителей, где пластина первого и последнего накопителя емкости (конденсатора) подключены к источнику тока.

Последовательное соединение конденсатора:

При последовательном соединении конденсаторов все устройства этого участка берут одинаковое количество электроэнергии, потому что в процессе участвует первая и последняя пластинка накопителей, а пластины 2, 3 и другие до N проходят зарядку посредством влияния. По этой причине заряд пластины 2 накопителя емкости равняется по значению заряду 1 пластины, но имеет обратный знак. Заряд пластины накопителя 3 равняется значению заряда пластины 2, но так же с обратным знаком, все последующие накопители имеет аналогичную систему заряда.

Формула нахождения заряда на конденсаторе, схема подключения конденсатора:

Когда выполняется последовательное соединение конденсаторов, напряжение на каждом накопители емкости будет различное, так как в зарядке одинаковым количеством электрической энергии участвуют разные емкости. Зависимость емкости от напряжения такова: чем она меньше, тем большее напряжение необходимо подать на пластины накопителя для его зарядки. И обратная величина: чем выше емкость накопителя, тем меньше требуется напряжения для его зарядки. Можно сделать вывод, что емкость последовательно соединенных накопителей имеет значение для величины напряжения на пластинах — чем она меньше, тем больше напряжения требуется, а также накопители большой емкости требуют меньшего напряжения.

Основное отличие схемы последовательного соединения накопителей емкости в том, что электроэнергия протекает только в одном направлении, а это означает, что в каждом накопителе емкости составленной батареи ток будет одинаковым. В этом виде соединений конденсаторов обеспечивается равномерное накопление энергии независимо от емкости накопителей.

Группу накопителей емкости можно также на схеме рассматривать как эквивалентный накопитель, на пластины которого подается напряжение, определяемое формулой:

Заряд общего (эквивалентного) накопителя группы емкостных накопителей последовательного соединения равен:

Общему значению емкости последовательно соединенных конденсаторов соответствует выражение:

Смешанное включение емкостных накопителей в схему

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов на одном из участков цепи схемы называется специалистами смешанным соединением.

Участок цепи подсоединенных смешанным включением накопителей емкости:

Смешанное соединение конденсаторов в схеме рассчитывается в определенном порядке, который можно представить следующим образом:

разбивается схема на простые для вычисления участки, это последовательное и параллельное соединение конденсаторов;
вычисляем эквивалентную емкость для группы конденсаторов, последовательно включенных на участке параллельного соединения;
проводим нахождение эквивалентной емкости на параллельном участке;
когда эквивалентные емкости накопителей определены, схему рекомендуется перерисовать;
рассчитывается емкость получившейся после последовательного включения эквивалентных накопителей электрической энергии.

Накопители емкостей (двухполюсники) включены разными способами в цепь, это дает несколько преимуществ в решении электротехнических задач по сравнению с традиционными способами включения конденсаторов:

Использование для подключения электрических двигателей и другого оборудования в цехах, в радиотехнических устройствах.
Упрощение вычисления величин электросхемы. Монтаж выполняется отдельными участками.
Технические свойства всех элементов не меняются, когда изменяется сила тока и магнитное поле, это применяется для включения разных накопителей. Характеризуется постоянной величиной емкости и напряжения, а заряд пропорционален потенциалу.

Вывод

Разного вида включения конденсаторов в цепь применяются для решения электротехнических задач, в частности, для получения полярных накопителей из нескольких неполярных двухполюсников. В этом случае решением будет соединение группы однополюсных накопителей емкости по встречно-параллельному способу (треугольником). В этой схеме минус соединяется с минусом, а плюс — с плюсом. Происходит увеличение емкости накопителя, и меняется работа двухполюсника.

Не отображаются имеющиеся вхождения: последовательное параллельное и смешанное соединение конденсаторов, последовательное и параллельное соединение конденсаторов, при параллельном соединении конденсаторов емкость.

Практически на любой электронной плате применяются конденсаторы, устанавливаются они и в силовых схемах. Для того чтобы компонент мог выполнять свои функции, он должен обладать определёнными характеристиками. Иногда возникает ситуация, когда необходимого элемента нет в продаже или его цена неоправданно завышена.

Выйти из сложившегося положения можно, используя несколько элементов, а необходимые характеристики получают, применяя параллельное и последовательное соединения конденсаторов между собой.

Немного теории

Конденсатор — пассивный электронный компонент, с переменной или постоянной величиной ёмкости, которое предназначено для накопления заряда и энергии электрического поля.

При выборе этих электронных компонентов руководствуются двумя основными характеристиками:

Условное обозначение неполярного постоянного конденсатора на схеме, показано на рис. 1, а. Для полярного электронного компонента дополнительно отмечают положительный вывод — рис. 1, б.

Способы соединения конденсаторов

Составление батарей конденсаторов позволяет изменить суммарную ёмкость или рабочее напряжение. Для этого могут применяться такие способы соединения:

последовательное;
параллельное;
смешанное.

Последовательное соединение

Последовательное подключение конденсаторов показано на рис. 1, в. Применяют такое соединение в основном для увеличения рабочего напряжения. Дело в том, что диэлектрики каждого из элементов расположены друг за другом, поэтому при таком соединении напряжения складываются.

Суммарная ёмкость последовательно соединённых элементов можно рассчитать по формуле, которая для трёх компонентов будет иметь вид, показанный на рис. 1, е.

После преобразования в более привычную для нас форму, формула примет вид рис. 1, ж.

Если, соединённые последовательно, компоненты имеют одинаковые ёмкости, то расчёт значительно упрощается. В этом случае суммарную величину можно определить, разделив номинал одного элемента на их количество. Например, если требуется определить, какова ёмкость при последовательном соединении двух конденсаторов по 100 мкФ, то эту величину можно рассчитать, разделив 100 мкФ на два, то есть суммарная ёмкость равна 50 мкФ.

Максимально упростить расчёты последовательно соединённых компонентов , позволяет использование онлайн-калькуляторов, которые без проблем можно найти в сети.

Параллельное подключение

Параллельное подключение конденсаторов показано на рис. 1, г. При таком соединении рабочее напряжение не изменяется, а ёмкости складываются. Поэтому для получения батарей большой ёмкости, используют параллельное соединение конденсаторов. Калькулятор для расчёта суммарной ёмкости не понадобится, так как формула имеет простейший вид:

С сум = С 1 + С 2 + С 3.

Собирая батарею для запуска трёхфазных асинхронных электродвигателей, часто применяют параллельное соединение электролитических конденсаторов. Обусловлено это большой ёмкостью этого типа элементов и небольшим временем запуска электродвигателя. Такой режим работы электролитических компонентов допустим, но следует выбирать те элементы, у которых номинальное напряжение минимум в два раза превышает напряжение сети.

Смешанное включение

Смешанное подключение конденсаторов — это сочетание параллельного и последовательного соединений .

Схематически такая цепочка может выглядеть по-разному. В качестве примера рассмотрим схему, изображённую на рис. 1, д. Батарея состоит из шести элементов, из которых С1, С2, С3, соединены параллельно, а С4, С5, С6 — последовательно.

Рабочее напряжение можно определить сложением номинальных напряжений С4, С5, С6 и напряжения одного из параллельно подключённых конденсаторов. Если параллельно соединённые элементы имеют разные номинальные напряжения, то для расчёта берут меньшее из трёх.

Для определения суммарной ёмкости, схему разбивают на участки с одинаковым соединением элементов, производят расчёт для этих участков, после чего определяют общую величину.

Для нашей схемы последовательность вычислений следующая:

Определяем ёмкость параллельно соединённых элементов и обозначаем её С 1-3.
Рассчитываем ёмкость последовательно соединённых элементов С 4-6.
На этом этапе можно начертить упрощённую эквивалентную схему, в которой вместо шести элементов изображаются два — С 1-3 и С 4-6. Эти элементы схемы соединены последовательно. Остаётся произвести расчёт такого соединения и мы получим искомую.

В жизни подробные знания о смешанном соединении могут только пригодится радиолюбителям.

Рис.2 U=U 1 =U 2 =U 3

Общий заряд Q всех конденсаторов

Последовательное соединение конденсаторов

Рис.3

Напряжение на конденсаторах распределяется обратно пропорционально емкостям конденсаторов:

При последовательном включении двух конденсаторов их общая емкость определяется следующим выражением:

Смешанное соединение конденсаторов

Рассмотрим смешанное соединение конденсаторов на нижеприведенных примерах.

Энергия конденсаторов

Таким образом, конденсаторы служат для накопления и сохранения электрического поля и его энергии.

Рисунок 5- Схема электрическая

6.СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ

1.Схемы замещения элементов электрических цепей

Приr= 0 внутреннее падение напряженияUо = 0, поэтому

напряжение на зажимах источника при любом токе равно

ЭДС: U = E = const.

Возможность такой замены можно доказать, разделив равенство (3.1) на r:

U / r = E / r — I ,

Вводя новые обозначения, получим равенство I K = Io + I , которому удовлетворяет эквивалентная схема рис. 3.14,а.

Источник с неизменным током, не зависящим от внешнего сопротивления, называют источником тока.

Почему конденсатор емкостью 0,1 мкФ включен параллельно с фильтром источника питания емкостью 2500 мкФ?

Почему конденсатор емкостью 0,1 мкФ подключен параллельно к фильтру источника питания емкостью 2500 мкФ? — Обмен электротехнического стека

Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 176 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange

0
+0
Авторизоваться Зарегистрироваться

Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил 3 года, 3 месяца назад

Просмотрено 4к раз

\ $ \ begingroup \ $

Я ищу неисправность в старом твердотельном усилителе низких частот (Ampeg B-15).Источник питания имеет ответвление трансформатора на 56 В переменного тока в 4-диодную полную мостовую схему выпрямителя.

Одна сторона моста уходит в землю. Выходная сторона (шина питания) моста имеет 3 фильтрующих конденсатора перед любой другой схемой: два электролитических конденсатора по 2500 мкФ, подключенные параллельно земле, и неэлектролитический конденсатор 0,1 мкФ, подключенный параллельно к земле.

Я знаю, что большие колпачки — это фильтрующие колпачки для уменьшения пульсации. Какова функция 0,1 мкФ, поскольку она теоретически не добавляет значительной емкости?

Создан 25 дек.

Bill NBill N

26533 серебряных знака1212 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $ 4 \ $ \ begingroup \ $

У вас нет двух параллельно подключенных конденсаторов.Это скорее так:

^{смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

Маленький колпачок керамического типа, он имеет низкое последовательное сопротивление и индуктивность, поэтому высокие частоты могут легко проходить через него. Ему не нужна высокая емкость, потому что ток на этих частотах обычно невелик.

Большой колпачок — электролитического типа, он имеет высокую последовательную индуктивность и в большинстве случаев также высокое последовательное сопротивление. Для высоких частот это похоже на разрыв цепи.

Создан 25 дек.

ЯнкаЯнка

11.6k11 золотых знаков1414 серебряных знаков2626 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $ 2 \ $ \ begingroup \ $

Большие электролитические конденсаторы имеют последовательную значительную паразитную индуктивность.Это делает его работу на высоких частотах менее чем идеальной. Схема усилителя, вероятно, не выдерживает такой большой нежелательной индуктивности и становится нестабильной. Обход электролита с помощью неэлектролитического конденсатора меньшего размера помогает.

Создан 25 дек.

пользователь 287001

18.5k22 золотых знака1010 серебряных знаков3232 бронзовых знака

\ $ \ endgroup \ $ \ $ \ begingroup \ $

Остерегайтесь «окраски» из-за резонанса в этой сети.

Меньший колпачок будет резонировать с полной индуктивностью контура.

0,1 мкФ и 0,1 мкГн (около 4 дюймов индуктивности / проводки) резонируют на частоте 1,6 МГц. Для демпфирования вам нужно sqrt (L / C) = sqrt (1) = 1 Ом потерь на частоте 1,6 МГц.

Когда ваш усилитель снова заработает, проверьте VDD с помощью оскопического осциллографа со связью по переменному току и обратите внимание на высокочастотный звон.

Создан 27 дек.

Аналоговые системы

34.2,112 золотых знаков1212 серебряных знаков4444 бронзовых знака

\ $ \ endgroup \ $ Электротехнический стек Exchange лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie Настроить параметры

Есть ли какие-либо неидеальные побочные эффекты параллельного включения конденсаторов для увеличения емкости?

Есть ли какие-либо неидеальные побочные эффекты параллельного включения конденсаторов для увеличения емкости? — Обмен электротехнического стека

Сеть обмена стеков

Посетить Stack Exchange

0
+0
Авторизоваться Зарегистрироваться

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил 4 года, 5 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

\ $ \ begingroup \ $

Мне нужен конденсатор емкостью 500 мкФ.Теоретически я должен разместить 5 конденсаторов по 100 мкФ параллельно, чтобы получить емкость 500 мкФ.

Однако есть ли побочные эффекты от практической реализации этого? Есть ли неидеальные эффекты, которые я должен учитывать?

Примечание. Мне нужен керамический конденсатор емкостью 500 мкФ для поверхностного монтажа. Мне удалось их найти, однако допуски составляют всего +/- 20%. Более того, я нашел только одного производителя из них, и я бы предпочел не слишком зависеть от одного производителя.

Создан 28 окт.

ИзцоИццо

1,71822 золотых знака1212 серебряных знаков3030 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $ 11 \ $ \ begingroup \ $

Конденсаторы параллельного включения в порядке электрически.Это фактически снижает общее ESR и увеличивает возможность пульсации тока, обычно в большей степени, чем дает вам один конденсатор желаемого значения. В этом нет никаких электрических недостатков.

Наиболее заметные неидеальные эффекты — это стоимость и место.

Создан 28 окт.’16 в 18: 362016-10-28 18:36

Олин Латроп

3,155 33 золотых знака1111 серебряных знаков853853 бронзовых знака

\ $ \ endgroup \ $ 1 \ $ \ begingroup \ $

В зависимости от отрасли, с которой вы работаете, могут быть рассмотрены неактивные режимы отказа.

5off 100 мкФ @ + -20% означает, что максимальный разброс емкости клемм составляет: 400 мкФ -> 600 мкФ. Уверены, каковы шансы, что все они максимальны или минимальны …

Если один конденсатор вышел из строя из-за разрыва цепи (припой, механический и т. Д.), Общий диапазон составляет 320 мкФ -> 480 мкФ. & номинальный диапазон лежит в пределах этого неактивного отказа, который не может быть быстро обнаружен во время любой производственной PAT.

Создан 28 окт.

JonRBJonRB

17.2,113 золотых знаков2525 серебряных знаков4949 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $ \ $ \ begingroup \ $

Параллельные конденсаторы могут вызывать резонанс на высоких частотах, особенно если они имеют разные значения. См. Эту ссылку для получения дополнительной информации. Особенно сюжет на странице 3.

На самом деле это большая проблема при развязке BGA, поскольку вы не можете подвести конденсаторы так близко, как хотелось бы, и вам нужно использовать другие значения.

Создан 28 окт.

пользователь110971

5,77611 золотых знаков1212 серебряных знаков2323 бронзовых знака

\ $ \ endgroup \ $ 3 \ $ \ begingroup \ $

Да, игнорирование ESR в параллельных ограничениях на частотах RF влечет за собой огромный штраф.

Из-за резонансного (//) и антирезонансного (последовательного) поведения в параллельных конденсаторах керамические колпачки со сверхнизким ESR могут фактически усиливать шум из-за высокой последовательной добротности, даже если параллельная (//) добротность низкая.

Murata отстаивает это, немного увеличив ESR в своих керамических ВЧ-конденсаторах, чтобы уменьшить Series Q и сгладить общую «полосу пропускания по Z» в фильтрах SMPS, что становится критичным при частоте переключения> 1 МГц.

Вы должны знать постоянную времени ESR * C во всех шунтирующих конденсаторах, SRF и серии Q, а также для оптимального подавления пульсаций гармоник.

Проба:

Какое сопротивление вносит сам конденсатор в RC-цепь?

Для получения дополнительных сведений о ESR и значении C см. Мою информацию (которую я могу сделать резервную копию) Что случилось с электролитическими конденсаторами в 21 веке?

Создан 28 окт.

Тони Стюарт EE75 Тони Стюарт EE75

10k33 золотых знака3838 серебряных знаков147147 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $ 1 \ $ \ begingroup \ $

Ваша проблема не в ESR крышек, а в высоком ESR монетной ячейки (на основе ваших предыдущих вопросов)

Решение: используйте более качественную батарею, например CR123A, с гораздо более низким ESR 3.00 В << 1 Ом ESR

Литиевые первичные элементы имеют намного большую емкость, чем электролитические конденсаторы при той же стоимости или размере.

Ошибка регулирования нагрузки% падения напряжения плоского элемента = RL / (RL + ESR (bat)

Доказательство ESR (без учета допусков оценки по графику, но для ячейки SoC 50%)

Образец таблицы данных

Практическое правило
- CR1025 имеет емкость 30 мАч при нагрузке 0,1 мА и ESR ~ 161 Ом
- CR1216 имеет емкость 25 мАч при 0.Нагрузка 1 мА и ESR ~ 210 Ом

— таким образом, емкость Ач обратно пропорциональна СОЭ батареи или мАч * СОЭ = константа — для данного семейства для химии и поставщика

точно ТО ЖЕ верно для любого конденсатора, где ESR * C = постоянный
- для любого семейства и аналогичного размера
- , но варьируется в зависимости от внутреннего химического состава, качества и поставщика.
- по мере износа крышки или аккумулятора ESR резко возрастает, а C резко падает при падении мАч .
СОЭ * C <1 мкс для сверхнизкого СОЭ
ESR * C — от 100 мксек до> 1 мс для электролитических квасцов общего назначения
ESR * C <0,01us для керамики с низким ESR при малых значениях.

Создан 28 окт.

Тони Стюарт EE75 Тони Стюарт EE75

10k33 золотых знака3838 серебряных знаков147147 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $ Электротехнический стек Exchange лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Принимать все файлы cookie Настроить параметры

Руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC | Руководство по решению

Руководства по решениям

Руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC Обзор

В электронных устройствах используются несколько конденсаторов.Алюминиевые и танталовые электролитические конденсаторы используются в приложениях, требующих большой емкости, но миниатюризировать и уменьшить профиль этих продуктов сложно, и они имеют значительные проблемы с самонагревом из-за пульсаций тока.

Однако, благодаря достижениям в области большой емкости MLCC в последние годы, стало возможным заменить различные типы конденсаторов, используемых в цепях питания, на MLCC.

Переход на MLCC обеспечивает различные преимущества, такие как небольшой размер благодаря миниатюрному и низкопрофильному форм-фактору, контроль пульсации, повышенная надежность и длительный срок службы.Однако функция MLCC с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением) может иметь неблагоприятные последствия, которые могут привести к аномальным колебаниям и антирезонансу, поэтому требуется осторожность.

Руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC

Краткое руководство по замене электролитических конденсаторов на MLCC

Почему электролитические конденсаторы сейчас заменяются на MLCC?

Замена электролитического конденсатора

возможна сегодня из-за большой емкости MLCC

Рисунок 1: Полоса частот, используемая различными конденсаторами, и диапазон емкости

Наряду с растущей высокой степенью интеграции первичных компонентов LSI и IC в электронных устройствах, наблюдается тенденция к снижению напряжения в источниках питания, которые питают эти компоненты.Кроме того, потребление энергии также увеличилось с развитием многофункциональности, и тенденция к использованию сильноточного тока сохраняется. Чтобы поддержать тенденцию к низкому напряжению и сильному току, источники питания электронных устройств перешли с преобразователей промежуточной шины на распределенные системы питания, в которых несколько миниатюрных преобразователей постоянного тока в постоянный (преобразователи POL) размещаются рядом с нагрузками LSI и IC.

В преобразователе POL несколько конденсаторов подключены снаружи.Раньше алюминиевые и танталовые конденсаторы использовались, в частности, из-за необходимости большой емкости выходных сглаживающих конденсаторов.
Однако, сложность миниатюризации этих электролитических конденсаторов является препятствием для уменьшения площади схемы. Кроме того, они обладают значительными проблемами с самонагревом из-за пульсаций тока.

MLCC, используемые во многих электронных устройствах, представляют собой конденсаторы с превосходными характеристиками, но их емкость сравнительно мала, и они используются в основном в фильтрах и высокочастотных цепях.Однако в с достижениями в технологии утонения и многослойности диэлектрических материалов MLCC в последние годы были разработаны MLCC с большой емкостью от нескольких десятков до более 100 мкФ, что позволяет заменять электролитические конденсаторы.

Меры предосторожности при использовании различных конденсаторов

Основные характеристики и меры предосторожности при использовании MLCC, алюминиевых электролитических конденсаторов и танталовых электролитических конденсаторов указаны ниже.Важно понимать эти меры предосторожности при использовании, а также достоинства и недостатки этих конденсаторов при их замене на MLCC.
Хотя MLCC большой емкости позволяют заменять электролитические конденсаторы, важно отметить их недостаток, который заключается в большой скорости изменения емкости из-за температуры и смещения постоянного тока. Кроме того, слишком низкое значение ESR имеет неблагоприятные последствия и может привести к аномальным колебаниям в цепях питания.
»Вопрос: почему возникают аномальные колебания, когда MLCC используется в качестве выходного конденсатора для преобразователя постоянного тока в постоянный?
»Вопрос: Какая фазовая компенсация используется для предотвращения аномальных колебаний?

	MLCC	Конденсатор электролитический танталовый	Алюминиевый электролитический конденсатор
Основные характеристики	Миниатюрный, низкопрофильный Высокая надежность, длительный срок службы Низкое ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) Без полярности	Большая емкость Превосходные характеристики смещения постоянного тока	Большая емкость Недорого
Меры предосторожности при использовании	Большое изменение емкости из-за температуры и смещения постоянного тока (приложен постоянный ток) Низкое ESR является преимуществом, но также может вызывать аномальные колебания в цепях питания	Сравнительно высокое ESR, значительное самонагревание из-за пульсаций тока Низкое номинальное напряжение	Большой форм-фактор Короткий срок службы в высокотемпературных средах Высокое ESR, значительное самонагревание из-за пульсаций тока

Электролитические конденсаторы большой емкости, которые имеют тенденцию к короткому сроку службы из-за значительного самонагрева

Рисунок 2: Сравнительный пример самонагрева конденсатора из-за пульсаций
токов (частота: 100 кГц)

ESR конденсатора изменяется в зависимости от частоты.
Если ESR конденсатора установлен на определенной частоте как «R», а ток пульсации установлен как «I», «RI ²» становится потерей мощности и самонагрев конденсатора.

Хотя большая емкость достигается с помощью электролитического конденсатора, из-за пульсаций тока и высокого ESR , который является слабым местом электролитических конденсаторов, выделяется значительное количество тепла.

Верхний предел тока пульсаций, который допускает конденсатор, называется «допустимым током пульсаций».Срок службы конденсатора уменьшится, когда использование превысит допустимый пульсирующий ток.

Примечание: ESR и токи пульсации

Рисунок 3: ESR (эквивалентное последовательное сопротивление)

Идеальный конденсатор должен обладать только емкостными свойствами, но на самом деле он также содержит компоненты резистора и индуктивности из-за электродов. Компонент резистора, не показанный в идеальном конденсаторе, называется «ESR (эквивалентное последовательное сопротивление)», а компонент индуктивности называется «ESL (эквивалентная последовательная индуктивность)».

Рисунок 4: Пульсации токов

DC (постоянный ток) — это когда ток течет в одном направлении, но в источниках питания постоянного тока в дополнение к постоянному току есть различные наложенные друг на друга компоненты переменного тока, которые добавляют к току пульсации. Например, постоянный ток, возникающий в результате выпрямления (двухполупериодного выпрямления) промышленного переменного тока, содержит пульсирующие токи пульсации с удвоенной продолжительностью цикла промышленного переменного тока.Кроме того, пульсирующий ток цикла переключения в импульсном преобразователе постоянного тока накладывается на напряжение постоянного тока. Это называется «пульсирующий ток».

Алюминиевые конденсаторы со сроком службы 10 лет

Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются в электронных устройствах, поскольку они обладают высокой емкостью и недороги, но из-за их ограниченного срока службы необходимо соблюдать осторожность. Типичный срок службы алюминиевого электролитического конденсатора составляет десять лет. Это связано с тем, что емкость уменьшается по мере высыхания раствора электролита (потеря емкости).

Количество потерянного раствора электролита зависит от температуры и точно соответствует «уравнению Аррениуса» кинетики химической реакции. Если температура использования увеличится на 10 ° C, срок службы сократится вдвое. Если температура использования снизится на 10 ° C, то срок службы будет удвоен, поэтому это также называется правилом «10 ° C двойного». По этой причине срок службы сокращается еще больше при использовании в условиях значительного самонагрева из-за пульсаций тока.

Высыхание раствора электролита также увеличивает СОЭ. Следует отметить, что пиковое значение пульсирующего напряжения не превышает номинальное напряжение (выдерживаемое напряжение), когда пульсирующее напряжение накладывается на напряжение постоянного тока. Конденсатор, используемый в цепи питания, имеет номинальное напряжение, в три раза превышающее входное напряжение.

Рисунок 5: Диапазон номинальных напряжений различных конденсаторов

Рисунок 6: Сравнение срока службы

Пример замены MLCC: понижающий преобразователь постоянного тока

Замена выходного конденсатора в понижающем преобразователе постоянного тока

Выделение тепла конденсаторами из-за ESR и токов пульсаций является преобладающей проблемой в выходных конденсаторах цепей питания.
На рисунке 7 показана принципиальная схема миниатюрного понижающего преобразователя постоянного тока в постоянный, который используется в качестве преобразователя POL во многих электронных устройствах.

Выходной конденсатор этого типа является основной целью замены электролитических конденсаторов на MLCC в преобразователях постоянного и постоянного тока в качестве решения проблемы самонагрева, уменьшения занимаемого пространства и повышения надежности.

Рисунок 7: Принципиальная схема преобразователя POL
(понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный)

Примечание: Принципиальная схема преобразователя POL (понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный)

На рисунке 8 показана основная схема миниатюрного понижающего преобразователя постоянного тока в постоянный, который используется в качестве преобразователя POL во многих электронных устройствах.
Основная схема преобразователя выполнена в виде ИС, а конденсатор и катушка индуктивности прикреплены снаружи к печатной плате (также существуют изделия с внутренним присоединением).
Конденсатор, который идет перед ИС, называется «входным конденсатором (Cin)», а тот, который идет после, — «выходным конденсатором (Cout)». Помимо сбора электрического заряда и сглаживания выходного напряжения, выходной конденсатор в преобразователе постоянного тока играет роль заземления и устранения составляющей пульсаций переменного тока.

Сравнение характеристик выходного конденсатора понижающего преобразователя постоянного тока в постоянный

Выходные напряжения выходных конденсаторов понижающего преобразователя постоянного тока сравнивались с использованием оценочной платы следующего типа. Сравниваемые конденсаторы представляли собой типичный алюминиевый электролитический конденсатор, танталовый электролитический конденсатор, функциональный полимерный алюминиевый электролитический конденсатор и MLCC с емкостью 22 мкФ.

Рисунок 8: Сравнительная проверка выходного напряжения различных электролитических конденсаторов с MLCC (продукты 22 мкФ)

MLCC имеет небольшие токи пульсаций и небольшое самонагревание из-за низкого ESR

На основе ранее указанных условий было проведено сравнение выходного тока и выходного напряжения типичного алюминиевого электролитического конденсатора, танталового электролитического конденсатора, функционального полимерного алюминиевого электролитического конденсатора и MLCC с емкостью 22 мкФ.
ESR в порядке убывания размера: типичный алюминиевый электролитический конденсатор> танталовый электролитический конденсатор> функциональный полимерный алюминиевый электролитический конденсатор> MLCC. Пульсации напряжения, вызывающие самонагрев, имеют аналогичную картину. Функциональный полимерный алюминиевый электролитический конденсатор использует проводящий полимер в качестве электролита и является типом, разработанным для низкого ESR. По сравнению с обычным алюминиевым электролитическим конденсатором пульсации напряжения значительно меньше, но форм-фактор немного больше, а цена высокая.

Рисунок 9: Результаты тестирования выходного поведения (продукты 22 мкФ) различных типов электролитических конденсаторов с MLCC (характеристика B)

Частотно-импедансные характеристики и частотные характеристики ESR для каждого из них следующие.

Рисунок 10: Частотно-импедансные характеристики и частотные характеристики ESR для различных конденсаторов

По мере того, как ESR конденсатора становится ниже, пульсации напряжения можно поддерживать на меньшем уровне. Как показано на графике ниже, ESR MLCC составляет около нескольких ммОм, что очень мало.По этой причине MLCC демонстрирует оптимальную производительность в качестве замены электролитического конденсатора.

Рисунок 11: Зависимость между ESR и пульсациями напряжения (частота переключения 340 кГц)

Достоинства замены электролитического конденсатора в преобразователе постоянного тока на MLCC

Замена электролитического конденсатора на MLCC дает различные преимущества, такие как контроль пульсаций, а также уменьшение площади печатной платы за счет миниатюрного и низкопрофильного форм-фактора, длительного срока службы и повышения надежности.

Контроль пульсаций, высокая надежность, длительный срок службы

Самонагрев из-за токов пульсаций в конденсаторах с высоким ESR сокращает срок службы конденсатора.
ESR MLCC ниже, чем у электролитического конденсатора, на двузначные числа, а большой срок службы повышает надежность.

Рисунок 12: Контроль пульсации

Миниатюризация

Переход на миниатюрные низкопрофильные MLCC позволяет уменьшить пространство на печатной плате.

Рисунок 13: Переход с алюминиевого электролитического конденсатора на MLCC

Вопрос: можно ли контролировать пульсации напряжения, увеличивая емкость электролитического конденсатора?

ESR электролитического конденсатора немного уменьшается при увеличении емкости. Однако контролировать пульсации за счет увеличения емкости принципиально сложно. Это связано с тем, что постоянная времени увеличивается вместе с увеличением емкости.
Скорость реакции на переходное явление, такое как процесс зарядки и разрядки конденсатора, может быть выражена как индекс постоянной времени, называемый (T). В RC-цепи, состоящей из сопротивления (R) и конденсатора (C), постоянная времени становится T = RC (R выражается в омах [Ω], емкость C выражается в фарадах [F]). Время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора, невелико, когда постоянная времени мала, и становится больше, когда постоянная времени увеличивается.
Постоянная времени становится чрезвычайно большой при использовании электролитического конденсатора с чрезмерно большой емкостью. В преобразователе постоянного тока в постоянный с многократным коротким переключением разряд не завершается в течение времени выключения, и в электролитическом конденсаторе остается заряд. В результате напряжение не уменьшается в достаточной степени, в форме волны напряжения возникают искажения, а выходной сигнал становится нестабильным, что не позволяет эффективно контролировать пульсации (рисунок 14).

Рисунок 14: Искажения формы волны алюминиевого электролитического конденсатора большой емкости

С другой стороны, у MLCC

нет такой проблемы из-за низкого ESR в широкой полосе частот, что обеспечивает благоприятный контроль пульсаций вместо электролитического конденсатора.

Рисунок 15: Импеданс и ESR электролитического конденсатора
и MLCC

Вопрос: почему возникают аномальные колебания, когда MLCC используется в качестве выходного конденсатора в преобразователе постоянного тока в постоянный?

Низкое значение ESR является особенностью MLCC, но оно настолько ниже по сравнению с алюминиевым электролитическим конденсатором, что, наоборот, выходное напряжение преобразователя постоянного тока становится нестабильным и вызывает колебания.
Как показано на рисунке справа, преобразователь постоянного тока сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением, увеличивает величину ошибки с помощью усилителя ошибки (усилителя ошибки) и выполняет отрицательную обратную связь для достижения постоянного и стабильного напряжения постоянного тока. . Однако отставание фазы сигнала происходит из-за катушки индуктивности (L) и конденсатора (C) сглаживающей цепи. Когда фазовая задержка приближается к 180 °, создается состояние положительной обратной связи, в результате чего она становится нестабильной и колеблется.

Рисунок 16: Цепь отрицательной обратной связи в преобразователе постоянного тока

Вопрос-ответ: Какая фазовая компенсация используется для предотвращения аномальных колебаний?

Существует схема платы, используемая в качестве диаграммы, чтобы определить, будет ли отрицательная обратная связь работать стабильно.Горизонтальная ось графика — частота, а вертикальная ось — усиление и фаза.
Когда фазовая задержка из-за индуктивности (L) и конденсатора (C) приближается к 180 °, возникает положительная обратная связь, и выход становится нестабильным. Однако установка усиления на 1 или меньше (0 дБ или меньше), даже когда фазовая задержка составляет 180 °, сводит сигнал и может предотвратить колебания.
Подключите конденсатор и резистор рядом с усилителем ошибки, чтобы уменьшить фазовое отставание, и отрегулируйте, чтобы устранить его. Это называется «фазовой компенсацией».Предыдущие разработки, в которых использовался алюминиевый электролитический конденсатор с высоким ESR в качестве выходного конденсатора, не имели этой проблемы. Однако у MLCC недостаточная компенсация, что вызывает аномальные колебания, поэтому при замене конденсаторов необходимо соблюдать осторожность.

Рисунок 17: Схема платы (усиление и фазо-частотные характеристики)

Рисунок 18: Схема фазовой компенсации

Пример замены MLCC: разделительный конденсатор (байпасный конденсатор)

Замена разделительного конденсатора (байпасного конденсатора)

Ранее электролитические конденсаторы и MLCC подключались параллельно для развязки в аналоговой цепи, но с производством MLCC большой емкости происходит замена электролитических конденсаторов на MLCC.

В частности, большая емкость требуется для уменьшения импеданса из-за большого ESR в алюминиевом электролитическом конденсаторе. Однако MLCC не требует такой же емкости, как алюминиевый электролитический конденсатор, потому что низкий ESR является особенностью MLCC. Миниатюризация и низкий профиль MLCC также позволяют сократить пространство на печатной плате, а длительный срок службы и превосходная надежность также являются преимуществами замены.

Рисунок 19: Преобразователь POL (понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный)
, основная цепь

Примечание: развязывающий конденсатор

Когда конденсатор подключен параллельно линии питания ИС, в линии питания возникает сопротивление, которое не показано на принципиальной схеме, что может изменить напряжение источника питания и вызвать неисправность или интерференцию между цепями. .

Конденсатор подключается параллельно для управления колебаниями напряжения при зарядке и разрядке. Кроме того, поскольку конденсатор пропускает переменный ток, он устраняет или направляет пульсирующий шум на землю. Это называется «развязывающим конденсатором» (также называемым «шунтирующим конденсатором»).

Рисунок 20. Роль развязывающего конденсатора

Для использования с развязкой идеальный конденсатор должен иметь низкий импеданс в широком диапазоне частот от низкого до высокого, но в действительности частотно-импедансные характеристики конденсатора имеют V-образную кривую.

Частота на впадине V-образной формы называется «саморезонирующей частотой» (SRF), и она действует как конденсатор в области ниже SRF. По этой причине конденсаторы с разными характеристиками обычно подключаются параллельно, чтобы перекрыть широкий диапазон частот в приложениях развязки.

Рисунок 21: Роль развязывающего конденсатора

Преимущества замены электролитического конденсатора на MLCC в преобразователе постоянного тока

Вопрос-примечание: Какое антирезонансное явление возникает, когда MLCC используется в качестве развязывающего конденсатора?

Низкое ESR — это особенность MLCC, но это может иметь неблагоприятные последствия даже в приложениях с развязкой.Например, несколько MLCC подключены параллельно для развязки в ИС, работающей с большим током и низким напряжением. Конденсатор функционирует как конденсатор ниже полосы частот SRF (саморезонирующая частота) и как индуктор над SRF.

По этой причине, когда SRF двух MLCC близки друг к другу, между SRF индуктивностью и конденсатором создается параллельный резонансный контур LC, и они легко колеблются. Это явление называется «антирезонансным».Антирезонанс создает интенсивные пики импеданса, которые ослабляют эффект удаления шума на этой частоте. Это может стать причиной нестабильности напряжения источника питания и неисправности цепи.

Рисунок 22: Параллельные соединения MLCC для развязки и антирезонансная проблема

Руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC

В этом разделе объясняется, как выбрать оптимальный MLCC для предполагаемого применения при замене электролитического конденсатора на MLCC.Пожалуйста, используйте его, чтобы повысить надежность ваших продуктов.

Меры предосторожности при выборе конденсаторов на основе характеристик

Осторожно: Емкость материалов с высокой диэлектрической проницаемостью будет изменяться в зависимости от приложенного напряжения

MLCC — лучший конденсатор, но у него есть и недостатки. Емкость MLCC изменяется в зависимости от приложенного напряжения. Это называется «характеристикой смещения постоянного тока» при приложении постоянного напряжения. Изменения емкости (зависящие от смещения постоянного тока) редко наблюдаются при MLCC с низкой диэлектрической проницаемостью (тип 1), но появляются при MLCC с высокой диэлектрической проницаемостью (тип 2).

Это вызвано внутренней поляризацией сегнетоэлектрика (BaTiO3 и т. Д.), Используемого материалом с высокой диэлектрической проницаемостью. По этой причине, , пожалуйста, учитывайте диэлектрические характеристики, используемое напряжение и выдерживаемое напряжение при выборе, если он будет использоваться при подаче напряжения постоянного тока. Существует также тенденция к значительному уменьшению емкости в конденсаторах миниатюрных размеров. При выборе емкости необходимо также учитывать характеристики смещения постоянного тока.

Рисунок 23: Скорость изменения емкости
— Пример характеристики смещения постоянного тока (высокая диэлектрическая постоянная)

Рисунок 24: Влияние характеристики смещения постоянного тока (сравнение эффективной емкости при подаче напряжения 3,3 В)

Оптимальная линейка MLCC для замены электролитических конденсаторов

Нажав на различные параметры ниже существующего заменяющего конденсатора, вы можете увидеть рекомендованный продукт MLCC.
* Обратите внимание, что представленная здесь информация не гарантирует совместимость продукта.
* Пожалуйста, примите решение после тщательного тестирования совместимости продукта.

Как выбрать оптимальный MLCC для замены электролитического конденсатора (PDF)

Вы можете просмотреть рекомендованные продукты на замену, просто щелкнув.

TDK предлагает обширную линейку MLCC для достижения успеха в замене алюминиевых и танталовых электролитических конденсаторов. Пожалуйста, выберите правильный MLCC для вашего приложения, чтобы повысить надежность ваших продуктов.

Краткое руководство по замене электролитического конденсатора на MLCC

В последние годы производство MLCC с высокой емкостью от нескольких десятков до более 100 мкФ сделало возможным замену танталовых и алюминиевых электролитических конденсаторов.
Переход на MLCC в широком диапазоне потребительских и промышленных устройств развивается благодаря их высокому номинальному напряжению, превосходному контролю пульсаций, длительному сроку службы и высокой надежности.

* Слабым местом MLCC с высокой диэлектрической проницаемостью является уменьшение емкости из-за температуры или приложения постоянного напряжения (температурная характеристика, характеристика смещения постоянного тока).Кроме того, функция чрезвычайно низкого ESR может вызвать аномальные колебания и возникновение антирезонанса, поэтому при замене конденсаторов необходимо соблюдать осторожность.

* Пожалуйста, выберите правильный MLCC для вашего приложения, чтобы повысить надежность ваших продуктов.

Поддержка продукта

Инструменты технической поддержки

TDK бесплатно предоставляет следующие инструменты поддержки дизайна на нашем веб-сайте. Пожалуйста, используйте их для проектирования схем и мер противодействия ЭМС.

■ TVCL: модели электронных компонентов для симуляторов схем

Это имитационные модели для воспроизведения характеристик электронных компонентов TDK в симуляторах. Предлагаются S-параметр, модель эквивалентной схемы, SPICE-модель, а также библиотеки для различных симуляторов. Мы рекомендуем модель смещения постоянного тока, которая учитывает частоту и характеристики смещения постоянного тока, для проектирования схемы источника питания.

Конденсатор электролитический

Конденсатор обзор

Электролитические конденсаторы в основном используются при требуется хранение большого количества заряда в небольшом объеме.В электролитические конденсаторы, жидкий электролит действует как один из электроды (в основном действуют как катод). Чтобы лучше понять концепция электролитического конденсатора сначала нам нужно знать работа общего конденсатора.

Конденсатор — электронное устройство, которое хранит электрический заряд. Он состоит из двух токопроводящих пластин. разделены изоляционным материалом, называемым диэлектриком.Разные типы изоляционных материалов используются для строительства диэлектрик в зависимости от использования.

Проводящие пластины конденсатора хорошие проводники электричества. Поэтому они легко позволяют электрический ток через них. С другой стороны, диэлектрик Среда или материал плохо проводят электричество. Следовательно, он не пропускает через него электрический ток.

При подаче напряжения на конденсатор в таким образом, чтобы отрицательная клемма аккумулятора была подключен к правой боковой пластине и положительной клемме батарея подключена к левой боковой пластине, конденсатор начинает заряжаться.

Из-за этого напряжения питания, электроны начинают течь от отрицательного вывода аккумулятор и дотянитесь до правой боковой пластины.Дойдя вправо боковой пластине, электроны испытывают сильное сопротивление со стороны диэлектрический материал, потому что диэлектрический материал плохой проводник электричества.

В результате большое количество электронов попал в ловушку на правой боковой пластине конденсатора. Однако эти большие количество электронов прикладывает силу или электрическое поле к левая боковая пластина.Следовательно, электроны на левой боковой пластине испытывать силу отталкивания от избыточных электронов справа пластина. В результате электроны удаляются от левой боковой пластины и тянется к плюсовой клемме аккумулятора.

Следовательно, правая боковая пластина становится больше отрицательно заряжен (отрицательный заряд создается) из-за получение лишних электронов. С другой стороны, левая сторона пластина становится более положительно заряженной (накапливается положительный заряд) из-за потери электронов.В результате напряжение устанавливается между пластинами. Вот так нормальный конденсатор работает.

Электролитический конденсатор также заряжается в основном аналогичным образом. Однако материал, используемый в конструкция электролитического конденсатора отличается.

электролитический определение конденсатора

Электролитический конденсатор — это разновидность конденсатор, который использует электролит (ионную проводящую жидкость) в качестве одна из его проводящих пластин для достижения большей емкости или хранение высокого заряда.

Что такое электролит?

Электролит — жидкий электрический проводник. в котором электрический ток переносится движущимися ионами. Для Например, в нашей крови электролиты или минералы несут электрический ток. заряжать. Наиболее распространенные электролиты — это натрий, калий, хлорид, кальций и фосфор.

В электролитах ионы бывают двух типов, а именно: анионы (-) и катионы (+).Анион — это ион с большим числом электронов, чем протонов. Мы знаем, что электроны отрицательно заряжены, а протоны заряжены положительно. Из-за количество электронов больше, чем протонов, общий заряд атом или анион становятся отрицательными. Поэтому анионы называют отрицательно заряженные ионы. Эти отрицательно заряженные анионы несут отрицательный заряд.

С другой стороны, катион имеет меньшее количество электронов, чем протонов.Из-за меньшего количества электронов, чем протонов, общий заряд атома или катиона становится положительным. Поэтому катионы называют положительно заряженные ионы. Эти положительно заряженные катионы несут положительный заряжать.

Типы электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы классифицируются по три типа в зависимости от материала, из которого изготовлен диэлектрик:

Конденсаторы алюминиевые электролитические
Конденсаторы электролитические танталовые
Конденсаторы электролитические ниобиевые

В этом руководстве алюминий электролитический конденсатор объяснен.Алюминий, тантал и ниобий электролитические конденсаторы работают аналогичным образом. Тем не менее материал, из которого изготовлены электроды, разный.

Алюминий электролитический конденсатор

Алюминиевый электролитический конденсатор изготовлен из две алюминиевые фольги, слой оксида алюминия, электролитическая бумага или бумажная прокладка, пропитанная электролитической жидкостью или растворами и жидкий или твердый электролит.Электролитическая жидкость содержит атомы или молекулы которые потеряли или приобрели электроны.

В алюминиевом электролитическом конденсаторе, анод (+) и катод (-) изготовлены из чистой алюминиевой фольги. Анодная алюминиевая фольга покрыта тонким слоем изоляционный оксид алюминия (алюминиевый элемент с кислородом элемент). Эта изолирующая алюминиевая фольга действует как диэлектрик электролитический конденсатор, блокирующий прохождение электрического тока.Катод и анод с оксидным покрытием разделены электролитическая бумага (пропитанная электролитической жидкостью).

Катодная алюминиевая фольга также покрыта очень тонкий изолирующий оксидный слой или диэлектрик естественной формы самолетом. Однако этот оксидный слой очень тонкий по сравнению с оксидный слой сформирован на аноде.

Следовательно, конструкция из алюминия электролитический конденсатор выглядит как два конденсатора, соединенные в серия с анодной емкостью C _A и катодом емкость C _K.

Общая емкость конденсатора составляет полученная таким образом из формулы последовательного соединения двух конденсаторы.

Где, C _A = емкость анода

C _K = Емкость катода

C _ecap = Общая емкость электролитического конденсатора

Мы знаем, что емкость или заряд емкость конденсатора прямо пропорциональна поверхности площадь токопроводящих пластин или электродов и наоборот пропорциональна толщине диэлектрика.Другими словами, конденсаторы с большими электродами хранят большое количество заряда в то время как конденсаторы с небольшими электродами хранят небольшое количество заряда. Аналогичным образом конденсаторы очень толстой диэлектрик сохраняет небольшой заряд, тогда как конденсаторы с очень тонким диэлектриком хранит очень большое количество заряда.

В обычных конденсаторах диэлектрик очень толстый, что приводит к низкой емкости на единицу объема.В электролитические конденсаторы, электролит действует как настоящий катод с большой площадью поверхности и очень прочным диэлектриком. тонкий. Поэтому из-за большой площади поверхности электрод и тонкий диэлектрик, большой запас заряда достигается в электролитических конденсаторах.

Электропроводность электролитический конденсатор увеличивается при повышении температуры и уменьшается при понижении температуры.В результате емкость или накопитель заряда алюминиевого электролита конденсатор также увеличивается при повышении температуры и уменьшается при понижении температуры. Следовательно емкость алюминиевого электролитического конденсатора в значительной степени влияет изменение температуры.

Большинство электролитических конденсаторов поляризованный, то есть напряжение, подаваемое на клеммы, должно быть в правильной полярности (положительный вывод подключен к положительному выводу и отрицательный подключен к отрицательной клемме).Если он подключен в обратное или неправильное направление, конденсатор может быть коротким замкнутый, то есть большой электрический ток течет через конденсатор, и это может привести к необратимому повреждению конденсатора.

В поляризованных конденсаторах знак минус (-) или Знак плюс (+) четко обозначен на любом из двух выводов. Эта полярность должна соблюдаться.

Символ электролитического конденсатора

Показан символ электролитического конденсатора. на рисунке ниже.Электролитический конденсатор представлен двумя параллельными прямыми или одной прямой и одной изогнутая линия.

Знак плюс или минус пишется рядом с любым линий, чтобы обозначить, положительный он или отрицательный клемма (анод или катод). Напряжение должно подаваться на правильный терминал. В противном случае конденсатор может выйти из строя.

Преимущества электролитических конденсаторов

Достигнут большой накопитель заряда
Низкая стоимость

Недостатки электролитических конденсаторов

Большой ток утечки
Короткий срок службы

Приложения электролитических конденсаторов

Различные применения электролитических конденсаторы включают:

Фильтры
Цепи постоянной времени

% PDF-1.2 % 201 0 объект > эндобдж xref 201 75 0000000016 00000 н. 0000001851 00000 н. 0000001972 00000 н. 0000002833 00000 н. 0000003007 00000 н. 0000003091 00000 н. 0000003503 00000 н. 0000003564 00000 н. 0000003763 00000 н. 0000003957 00000 н. 0000004146 00000 п. 0000004207 00000 н. 0000004421 00000 н. 0000004481 00000 н. 0000004685 00000 н. 0000004745 00000 н. 0000004964 00000 н. 0000005024 00000 н. 0000005218 00000 п. 0000005278 00000 н. 0000005477 00000 н. 0000005537 00000 н. 0000005962 00000 н. 0000006022 00000 н. 0000006246 00000 н. 0000006306 00000 н. 0000006552 00000 н. 0000006612 00000 н. 0000006965 00000 н. 0000007025 00000 н. 0000007085 00000 н. 0000007146 00000 н. 0000007369 00000 н. 0000007456 00000 н. 0000007478 00000 н. 0000008093 00000 н. 0000008115 00000 п. 0000009189 00000 н. 0000009395 00000 н. 0000009518 00000 н. 0000010598 00000 п. 0000010812 00000 п. 0000011890 00000 н. 0000012008 00000 п. 0000012228 00000 п. 0000012837 00000 п. 0000012859 00000 п. 0000013103 00000 п. 0000013736 00000 п. 0000014528 00000 п. 0000014639 00000 п. 0000015368 00000 п. 0000015390 00000 н. 0000016207 00000 п. 0000016229 00000 п. 0000017045 00000 п. 0000017067 00000 п. 0000018144 00000 п. 0000018354 00000 п. 0000018425 00000 п. 0000018530 00000 п. 0000019364 00000 п. 0000019386 00000 п. 0000020223 00000 п. 0000020245 00000 п. 0000020322 00000 п. 0000020525 00000 п. 0000020603 00000 п. 0000020712 00000 п. 0000020820 00000 н. 0000020928 00000 п. 0000021036 00000 п. 0000021858 00000 п. 0000002036 00000 н. 0000002811 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 202 0 объект > эндобдж 203 0 объект > эндобдж 274 0 объект > поток Hc«e«π

Оценка активных балансировочных схем для суперконденсаторов — Европейский институт пассивных компонентов

by Чиприан Ионеску, Андрей Друмеа, Пол Сваста, Александру Василе, Норосел Кодряну
Университет «Политехника» в Бухаресте, Румыния, Центр технологической электроники и технологий межсоединений, UPB-CETTI

, представленный К.Ионеску на 2-м заседании PCNS 10-13 сентября 2019 г., Бухарест, Румыния, в качестве доклада 5.3.

Абстракция Суперконденсаторы

считаются многообещающей технологией, дополняющей батареи. Из-за их низких номинальных напряжений обычно строят батареи суперконденсаторов с последовательным соединением, чтобы получить более высокие уровни напряжения. Из-за параметров производственной дисперсии во время работы в нескольких циклах заряда-разряда очень вероятно возникновение неравномерного состояния заряда (SOC).Во время зарядки постоянным током конденсатор, который первым достигает номинального уровня напряжения, может быть поврежден в ходе дальнейшего процесса зарядки.

Для предотвращения этого предусмотрена дополнительная схема, кратко названная балансирующей схемой. Схема балансировки с резисторами и диодами — простое решение, но с большими потерями мощности и скромными характеристиками. Улучшенное решение — использовать транзисторы для обхода зарядного тока, когда на каждом выводе конденсатора обнаруживается перенапряжение.Еще лучшим решением является использование интеллектуального управления с использованием микроконтроллера или выделенных схем для контроля последовательного соединения суперконденсаторов.

В этой статье мы представляем наш опыт, основанный на специализированной интегральной схеме. Схема была разработана TI на основе схем, уже используемых для литий-ионных аккумуляторов. Интегральная схема bq33100 [1] обеспечивает больше, чем просто балансировку батарей суперконденсаторов, являясь однокристальным решением, которое предоставляет множество функций для управления зарядом, мониторинга и защиты максимум 5 последовательных конденсаторов.Схема bq33100 может быть запрограммирована на периодическое или по команде определение емкости и эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) группы последовательно включенных суперконденсаторов во время нормальной работы. Мы представим результаты, которые доказали эффективность балансировки для батареи, которая использует 5 конденсаторов по 22Ф, начиная с разных SOC на каждом конденсаторе и для разных зарядных токов. Тестовая плата, построенная вокруг схемы, является производительной, энергоэффективной и может быть дополнительно улучшена для обеспечения контроля балансировки для большей емкости за счет увеличения тока зарядки и байпаса.

Введение в балансировку заряда конденсаторов

Суперконденсаторы или EDLC теперь рассматриваются как многообещающая альтернатива аккумулятору для хранения энергии, но не только. Определенным недостатком суперконденсаторов является их низкое номинальное напряжение. Использование в автомобильных приложениях при номинальном напряжении около 14 В требует последовательного соединения, типичного для шести (или пяти) отдельных EDLC, обычно называемых ячейками. Таким образом, полезная емкость уменьшается до C / 6 (или C / 5), см. Рис.1.

Рис. 1. Последовательное соединение суперконденсаторов (ячеек) для формирования модуля суперконденсатора (SM) или батареи

Для увеличения емкости при последовательном соединении необходимо построить модуль суперконденсатора (SM), используя также параллельные соединения. Это параллельное соединение также полезно для уменьшения эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) модуля [2]. В SM очень вероятно, что SOC каждой ячейки будет неравным при реальной работе под нагрузкой и несколькими циклами заряда-разряда.

Ячейка с более высокой емкостью покажет пониженное SOC (или напряжение). Неравномерное распределение будет более очевидным в процессе зарядки. На процесс зарядки последовательно соединенных конденсаторов влияют неодинаковые значения емкости. EDLC как электронный компонент подвержен собственному изменению параметров от устройства к устройству, например емкости, тока утечки или ESR (эквивалентного последовательного сопротивления).

Эти различия в емкости вызваны производственными отклонениями или старением.Емкость суперконденсатора может изменяться до ± 20% от номинального значения. Это изменение емкости может создавать изменение напряжения суперконденсатора во время процесса заряда-разряда (динамическое). Напряжения отдельных конденсаторов в процессе зарядки током I0 можно записать как:

(1)

с C1 по Cn — емкость устройства от 1 до n соответственно.

Во время пауз в процессе заряда-разряда различные значения тока утечки конденсаторов могут создавать разброс напряжений отдельных конденсаторов (статический), определяемый как:

(2)

, где от IL1 до ILn — ток утечки конденсаторов от 1 до n соответственно.

И последнее, но не менее важное: изменение, которое существует в значениях ESR конденсатора, также создает некоторую дисперсию (динамику) в отдельных напряжениях, когда последовательное соединение суперконденсатора подвергается процессу заряда-разряда. Получаемые напряжения:

(3)

, где от R1 до Rn — это ESR конденсатора от 1 до n соответственно, а I0 — зарядный ток.

Из (1) видно, что во время зарядки постоянным током конденсаторы с большей емкостью будут заряжаться до более низких напряжений, а конденсаторы с меньшей емкостью будут заряжаться до более высоких напряжений.Таким образом, распределение напряжения изначально зависит от значений емкости, а после завершения зарядки оно зависит от тока утечки.

Если схема зарядки имеет соответствие напряжения, которое установлено равным сумме номинальных напряжений конденсаторов, существует риск того, что некоторые из конденсаторов будут заряжены выше предельного напряжения. Чтобы предотвратить это, необходимо использовать некоторые методы. Самым простым пассивным методом реализации баланса напряжений является схема, показанная на рис.2.Схема балансировки использует для каждого конденсатора C1-Cn резистор R1-Rn, подключенный параллельно ему.

Значения сопротивлений выбираются в соответствии с током утечки суперконденсатора. Это параллельное соединение резисторов широко используется для последовательно соединенных электролитических конденсаторов. Эта резистивная схема балансировки может уравновешивать напряжения в режиме ожидания и не обеспечивает динамической балансировки. Другим недостатком является потеря энергии во время процесса зарядки-разрядки, что ограничивает использование схемы в маломощных приложениях или низких скоростях зарядки / разрядки.

Рис. 2. Схема пассивной балансировки с резисторами

Другим методом уравновешивания напряжений SM является схема, представленная на рис. 3. Схема состоит из стабилитронов DZ1 – DZn, параллельно подключенных к суперконденсаторам, вместо резисторов. Максимальное напряжение зарядки конденсатора ограничено диодом из-за напряжения ограничения. Эта схема имеет преимущество перед резистивной тем, что отсутствуют потери мощности до достижения конденсатором номинального напряжения, а также в режиме ожидания.

Рис. 3. Схема пассивной балансировки с стабилитронами (фиксирующие диоды)

Основным недостатком такой схемы балансировки является отсутствие возможности динамической балансировки напряжения. Фактически, можно было бы добиться динамического ограничения напряжения, но для этого потребовались бы ограничивающие диоды большой мощности. Сложности реализации схемы связаны с использованием низковольтных стабилитронов (2,4-2,6 В).

Сильноточные и мощные стабилитроны недоступны в этом диапазоне напряжений.Кроме того, на напряжение пробоя диодов Vz влияет большой разброс параметров и большие колебания температуры. Лучшая схема должна выполнять автоматическую балансировку напряжений и предотвращать возникновение перенапряжения отдельных суперконденсаторов при последовательном соединении при сохранении зарядного тока для SM.

Решение для этой схемы балансировки, представленное на рис. 4, основано на переключаемых резисторах. Схема состоит из резисторов и переключателей SW1 на SWn. Резисторы
R1 – Rn подключены параллельно конденсатору C1 – Cn с помощью переключателей SW1 – SWn.

Рис. 4. Схема автоматической балансировки с коммутируемыми резисторами

Напряжения конденсаторов контролируются, и если напряжение повышается выше заранее установленного порога (например, 2,5 В), на переключатель подается команда. Таким образом, зарядный ток отводится через резистор. После того, как напряжение на конденсаторе было уменьшено, естественно (из-за саморазряда) до величины ниже опорного напряжения, переключатель будет выключен.

При включении переключателя в резисторах наблюдаются некоторые потери мощности, но в любом случае эта схема представляет собой хорошее решение для балансировки.Решением для реализации этой схемы является использование транзисторов в качестве переключателей байпаса и эталонов напряжения для сравнения напряжений конденсаторов с выбранным порогом. Схема балансировочной цепи, построенной по этому принципу, показана на рис. 5 а), а изображение практической реализации — на рис. 5 б). [3]

Рис. 5. а) Схематическое изображение балансировочной цепи. б) Модуль суперконденсатора (SM) с шестью конденсаторами
200F / 2,7 В и балансировочными цепями

Схема рассчитана на напряжение около 2 В.62 В и ток байпаса до 1А. Ограничение в текущей области определяется тепловыделением в R1 и Q2. Принцип работы основан на отведении зарядного тока через резистор (R1) и транзистор (Q2), как было показано в предыдущем разделе.

Когда напряжение на выводах конденсатора достигает заданного предела, транзистор Q1 начинает проводить через него ток, что приводит к открытию транзистора Q2. Транзистор Q1 представляет собой маломощный SMD-транзистор BC807-40, а Q2 — сильноточный и высокомощный транзистор FZT849.Резистор R7 обеспечивает положительную обратную связь, которая ускоряет включение транзистора Q2.

Опорное напряжение обеспечивается точностью запрещенной зоны цепи опорного напряжения LM4004 и был установлен внутри 2.048V. Светодиод предназначен как индикатор и загорится, когда Q2 будет включен, это означает, что балансировочная цепь активна. Лучшее решение — это новые разработанные интеллектуальные схемы зарядки и управления суперконденсаторами. Решение, основанное на принципе, показанном на рис.4 представлен в следующем разделе.

II. Режим работы интеллектуальной балансировочной цепи

В нашей реализации интеллектуальной схемы балансировки мы использовали интегральную схему bq33100 [1], которая обеспечивает балансировку не только модулей суперконденсаторов. В то же время это однокристальное решение, которое предоставляет множество функций для управления зарядкой, мониторинга и защиты. Он может индивидуально контролировать 2, 3, 4 или 5 серий суперконденсаторов с индивидуальной балансировкой или до 9 последовательных конденсаторов с меньшим контролем, при этом измеряется только напряжение батареи.Блок-схема системы, построенной на базе bq33100, представлена на рис. 6.

Рис.6: Блок-схема активной схемы балансировки и контроля на базе микросхемы bq33100

Мы использовали оценочную плату от Texas Instruments (TI), построенную на схеме bq33100. Плата рассчитана на последовательное соединение пяти суперконденсаторов. Система включает коммуникационный адаптер SM Bus для подключения к ПК через порт USB и блок питания. Также использовался специальный, но настраиваемый пакет бесплатного программного обеспечения от TI [4].

Подробная схема системы представлена на рис. 7. Это основано на рекомендациях по проектированию и примечаниях к применению из [1]. Напряжение источника питания платы должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить зарядное напряжение батареи суперконденсаторов, (> n × 2,5 В), где n — количество последовательно соединенных суперконденсаторов в банке, или для обеспечения минимального питания блока суперконденсаторов. IC.

Правая часть цепи отвечает за зарядку. Напряжения используется для зарядки установлен для стабилизатора Q1 и схемы D2, типа TL431, прецизионный источник опорного напряжения.Процесс зарядки контролируется pMOS-транзистором Q6. Существует возможность использовать четыре напряжения зарядки, управляя состоянием включения-выключения транзисторов Q2 и Q3, их затворы подключены к управляющей цепи. Четыре возможных уровня напряжения: 10,5, 11,1, 11,8 и 12,4 В.

Обычно во время зарядки мы всегда использовали максимальный уровень, остальные уровни используются схемами bq33100 для других целей, например, для процесса обучения, о котором говорилось ранее.Максимальный зарядный ток устанавливается с помощью значений резисторов R2 и R3 соответственно подключены к цепи опорного D1. В текущей реализации Imax = Vref / Req, где Vref = 2,5 В — типичное значение для D1, а Req = 10 Ом / 2 = 5 Ом. В результате максимальный зарядный ток составляет 500 мА.

Рис. 7. Полная принципиальная схема оценочной платы суперконденсатора с использованием схемы bq33100

В модуле суперконденсатора конденсаторы подключены последовательно и подключаются снаружи к разъему TB2.Общие точки между двумя соседними конденсаторами подключены к выводам IC bq3310 с помощью резисторов R8-R11 с требуемым значением 1 кОм. Контакты VC1-VC5 микросхемы используются для контроля напряжения, а также для управления балансировкой. Исключение составляют клеммы конденсатора C5, для которых предусмотрены два контакта: один для контроля напряжения (вывод 10-VC5), а другой вывод (вывод 13-VC5BAL) используется для управления процессом балансировки.

Высокая точность измерений достигается за счет использования в ИС 16-битного дельта-сигма АЦП с 16-канальным мультиплексированием.АЦП используется для измерения напряжений всех отдельных конденсаторов или всей батареи, а также для измерения тока заряда / разряда, а также для измерения температуры с помощью термистора Th2. ток через батарею измеряется с помощью шунтирующего резистора R18 с сопротивлением 20 мОм.

Балансировка осуществляется за счет управления пятью pMOS-транзисторами Q4 A и B, Q5 A и B и Q9. Сопротивления нагрузки представлены R14-R17 и R31, имеющими значение 100 Ом. Это приводит к уравновешивающему току 25 мА, примерно 20-й части максимального зарядного тока.Более высокие токи балансировки возможны за счет уменьшения значений сопротивления. Это приводит к более высокой скорости балансировки за счет более высокого рассеяния и более мощных МОП-транзисторов.

Специально созданная для измерения емкости и ESR плата имеет разрядную цепь, построенную на Q7, Q8, R28, R27, R26 и D4. Биполярный переходной транзистор Q7 обеспечивает постоянный ток, R27 и R28 являются потребляющей нагрузкой, а Q8 — переключателем для запуска разряда. Диод D4 используется в целях защиты.Без D4, когда напряжение модуля суперконденсатора низкое, вывод REG27 ИС всегда находится на уровне 2,7 В, а переход база-коллектор Q7 может иметь прямое смещение.

Интегральная схема bq33100 может быть запрограммирована на определение через определенные интервалы времени или по определенной команде емкости и эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) модуля суперконденсатора во время нормальной работы. Этот процесс называется «обучением». Основные этапы этой процедуры, полностью контролируемой ИС, представлены на рис.8. Интегральная схема bq33100 выполняет следующую последовательность для определения емкости и ESR:

Charge to V Learn Max, значение, обычно меньшее, чем Vmax суперконденсаторов, 2,4 В для одной ячейки, поэтому 12 В для модуля серии из 5 суперконденсаторов
Разряд с использованием нагрузки постоянного тока (до 500 мА) до определенного напряжения и запись напряжения и времени
Заряд до V Learn Max,
Разряд с использованием нагрузки постоянного тока и внутренней записью тока и времени
Расчет емкости и ESR на основе записанного напряжения и тока
Определение нового напряжения зарядки для нормальной работы (5 × 2.4V)

Рис. 8. Циклы, используемые схемой для измерения емкости и ESR (обучение)

Отметив точки на рис. 8, мы можем использовать (4) и (5) для расчета емкости и ESR соответственно.

(4)

(5)

Для обеспечения последовательной связи использовался коммерческий модуль SMBus EV2300 [5] от TI, подключенный к разъему J1.

Рис. 9. Экран программного обеспечения bqEVSW, показывающий напряжения конденсаторов, условия зарядки и регистры флагов

Для связи с оценочной платой мы использовали бесплатное оценочное программное обеспечение от TI, названное bqEVSW [4], [6], которое имеет возможность изменять регистры bq33100 и устанавливать различные параметры для работы.Большинство параметров по умолчанию изменять не нужно. Мы изменили параметры специально для тока зарядки и перенапряжения, защиты от перегрузки по току.

Программное обеспечение ИС использует передовые алгоритмы и фактические измеренные данные для определения SOC и доступной емкости батареи суперконденсаторов. Часть рабочего экрана bqEVSW показана на рис. 9. Можно увидеть напряжения на каждом конденсаторе, почти завершенный процесс балансировки и регистры флагов FC- Full Charge и CB- Capacitor Balancing, которые установлены (красный цвет). .

III. Результат

Мы проверили эффективность балансировки двух конденсаторных батарей, в одной из которых используются 5 конденсаторов по 22Ф, а во второй — 5 суперконденсаторов по 200Ф. Эффективная емкость составляет 4,5Ф, соответственно 40Ф. Мы использовали максимальное напряжение зарядки 10,5 В, что соответствует 2,1 В для одного конденсатора. Мы использовали разные сценарии работы.

Первый заключается в том, что все конденсаторы начинают процесс зарядки от одного и того же SOC, и мы отслеживаем эволюцию отдельных конденсаторов.Эволюция напряжения, начиная с того же самого SOC, в данном случае с нуля, представлена на рис. 10.

Рис. 10. Изменение напряжения для запуска при полностью разряженных конденсаторах (22F)

Схема начинает процесс балансировки сразу после завершения процесса зарядки, то есть напряжение модуля суперконденсатора достигает запрограммированного значения (10,5 В) и устанавливается флаг FC (Полная зарядка). Когда начинается процесс балансировки, устанавливается флаг CB. Во время этого процесса через батарею проходит импульсный ток сети, пиковое значение которого не превышает 30 мА, как видно на рис.7. Требуется около 600 секунд для балансировки напряжений в диапазоне ± 1 мВ, что неплохо. Сюда входит время зарядки стека суперконденсаторов.

Рис. 11. Изменение напряжения при пуске с конденсатором C3, имеющим превышение напряжения 500 мВ

В другом сценарии суперконденсатор C3 (22F) был предварительно заряжен на 700 мВ, остальные суперконденсаторы были установлены на 200 мВ, поэтому существует разница в 500 мВ, относительно большой дисбаланс. В этом случае время, необходимое для приведения C3 к напряжению около 2.1V было очень долгим, около 1600 секунд, как видно на рис. 11.

Другая ситуация, предположим, что процесс заряда начинается с напряжений 1,1 В, за исключением суперконденсатора C2, который заряжался до 300 мВ, что сильно отличается от предыдущей ситуации, когда конденсатор имел большее начальное напряжение. Теперь разница в напряжениях составляет 800 мВ, очень большой дисбаланс, который указывает на возможную неисправность конденсатора. На рис. 12 представлены кривые зарядки.

Рис. 12. Эволюция кривых напряжения и тока при запуске с конденсатором C2, имеющим 800 мВ под напряжением

Видно, что в этом случае время, необходимое для балансировки напряжений всех конденсаторов, очень велико, около 2800 секунд.В случае модуля суперконденсатора 200F балансировка была невозможна в пределах ± 1 мВ, но в десять раз больше в пределе ± 10 мВ, достигаемом через более чем 1500 секунд, начиная с состояния полной зарядки. Мы пришли к выводу, что единственным ограничением при использовании более высоких емкостей является время, необходимое для зарядки и балансировки.

На рис. 13 а) представлена измерительная установка, на которой показан ПК, на котором запущено программное обеспечение bqEVSW, подключенный через USB к модулю SMB EV2300, оценочная плата и блоки суперконденсаторов слева.На рис. 13b) более детально представлена плата bq33100.

Рис. 13. a) Измерительная установка для оценки балансировки модулей суперконденсаторов;
б) оценочная плата на схеме bq33100

IV. Выводы

Балансировка модулей суперконденсаторов проводилась с использованием интеллектуальной схемы контроля и балансировки. Схема оценки работает хорошо, и в пределах 600 секунд задача балансировки для обычных несимметричных напряжений, которые могут появиться во время работы.В случае больших различий в начале процесса балансировки, более ± 100 мВ, процесс занимает более чем в два раза указанное время, в зависимости от начального SOC.

Схема должна быть изменена для балансировки модуля суперконденсатора, включающего конденсаторы емкостью 200 Ф, в смысле увеличения зарядного тока и тока балансировки, а также более высокой мощности нагрузки потребителя, R27 / R28 на рис. 7.

Список литературы

[1] http://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq33100.pdf, таблица данных bq33100, Texas Instruments, по состоянию на март. 2019.
[2] П.Дж. Грбович, Ультраконденсаторы в системах преобразования энергии, John Wiley & Sons Ltd, 2014.
[3] К. Ионеску, А. Василе, Р. Негрою, «Исследования схем балансировки для модулей суперконденсаторов» , 39-й Международный весенний семинар по электронным технологиям (ISSE) Местоположение: Пльзень, Чешская Республика, 18-22 мая, стр. 521-526, 2016 г.
[4] http://www.ti.com/product/BQ33100/toolssoftware, Оценочное программное обеспечение для bq33100, Texas Instruments, дата обращения: февраль.2019.
[5] http://www.ti.com/lit/ug/sluu159e/sluu159e.pdf, Руководство пользователя интерфейсной платы оценочного модуля EV2300, Texas Instruments, по состоянию на февраль 2019 г.
[6] К. Ионеску, А. Друмеа, А. Василе, Н. Кодряну, «Исследования схем активной балансировки для батарей суперконденсаторов», 41-й Международный весенний семинар по электронным технологиям (ISSE), Златибор, Сербия, 16-20 мая 2018 г.

дополнительные технические документы 2-го симпозиума PCNS можно просмотреть и загрузить в формате pdf из электронных материалов EPCI Academy :

Факты о конденсаторах для детей

Современные конденсаторы, линейкой в сантиметрах

Конденсатор (также называемый конденсатором , что является более старым термином) — это электронное устройство, которое накапливает электрическую энергию.Он похож на батарею, но может быть меньше и легче, а конденсатор заряжается или разряжается намного быстрее. Конденсаторы сегодня используются во многих электронных устройствах и могут быть изготовлены из самых разных материалов. Лейденская банка была одним из первых изобретенных конденсаторов.

Конденсаторы

обычно состоят из двух металлических пластин, которые расположены друг над другом и рядом друг с другом, но на самом деле не соприкасаются. При включении они позволяют аккумулировать энергию внутри электрического поля. Поскольку пластинам требуется много места для хранения даже небольшого количества заряда, пластины обычно свертывают в другую форму, например, в цилиндр.Иногда для специальных целей используются конденсаторы другой формы. Эффект, подобный конденсатору, может также возникнуть в результате того, что два проводника расположены близко друг к другу, независимо от того, хотите вы этого или нет.

Тип используемого конденсатора зависит от области применения. Конденсаторы бывают разных размеров. Они могут быть маленькими, как муравей, или большими, как мусорный бак. Некоторые конденсаторы регулируются.

Все конденсаторы имеют два соединения или вывода. Большинство типов конденсаторов может легко заменить кто-нибудь, имеющий базовые навыки в области электроники.Однако один из наиболее мощных типов — электролитический конденсатор — необходимо использовать правильно, иначе они могут сильно взорваться.

В то время как конденсаторы могут накапливать энергию, как и батареи, конденсаторы могут высвобождать всю свою накопленную энергию очень быстро, даже быстрее, чем за секунду. Дефибриллятор или конденсатор фотовспышки используют эту способность. Он постепенно заряжается до тех пор, пока не перестанет заполняться, а затем быстро разряжает накопленную энергию устройству, которому она нужна быстро.

Конденсаторы в пластике

Суперконденсатор

Суперконденсаторы обладают большим зарядом, чем обычные конденсаторы.Они используются для хранения электроэнергии для двигателей и других целей, когда батареи не разряжаются достаточно быстро.

Конденсаторы полистирольные пленочные

Конденсатор этого типа не предназначен для использования в высокочастотных цепях, поскольку он имеет катушку внутри. Они могут заряжаться и разряжаться даже быстрее, чем другие конденсаторы. Они используются в схемах фильтров или схемах синхронизации, работающих на частоте несколько сотен кГц или меньше.

Конденсаторы электролитические

В электролитических конденсаторах используется проводящая поверхность внутри жидкого электролита.Они не заряжаются и разряжаются так быстро, как пленочные конденсаторы. У них есть полярность, поэтому они должны быть правильно прикреплены. Есть два вывода; у одного будет +, а у другого -. Это означает, что одно отведение — положительных , а другое — отрицательных . Существует два разных стиля: осевой, когда выводы подключаются к каждому концу, и радиальный, когда выводы подключаются к одному концу. Электролитические конденсаторы напечатаны с указанием емкости и номинального напряжения.

Поскольку номинальное напряжение может быть низким, важно убедиться, что электролитический конденсатор не перезаряжен.Конденсаторы можно отделить от батареи, а затем подключить последовательно. Поскольку конденсатор поляризован, положительный вывод должен быть подключен к отрицательному. Это создает правильную полярность через электрическую цепь и предотвращает поломку.

Некоторые электролитические конденсаторы неполяризованы, что означает, что любая сторона может быть положительной или отрицательной. В основном они используются в громкоговорителях, чтобы блокировать попадание низкочастотных сигналов (басов) в высокочастотные драйверы (твитеры).

Картинки для детей

Реклама из выпуска Radio Times от 28 декабря 1923 года для конденсаторов Dubilier, для использования в беспроводных приемных устройствах
Перемежающийся конденсатор можно рассматривать как комбинацию нескольких параллельно соединенных конденсаторов.
Конденсаторные материалы. Слева направо: многослойная керамика, керамический диск, многослойная полиэфирная пленка, трубчатая керамика, полистирол, металлизированная полиэфирная пленка, электролитический алюминий.Основные деления шкалы указаны в сантиметрах.
Три алюминиевых электролитических конденсатора различной емкости.
Этот майларовый пленочный масляный конденсатор имеет очень низкую индуктивность и низкое сопротивление, чтобы обеспечить мощный (70 мегаватт) и высокоскоростной (1,2 микросекунды) разряд, необходимый для работы лазера на красителях.