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Die Funktion von Kondensatoren[Linkeycon]

I. Funktionen von Kondensatoren


Als eines der passiven Bauelemente erfüllen Kondensatoren folgende Funktionen: Sie werden in Stromversorgungsschaltungen zum Überbrücken, Entkoppeln, Filtern und zur Energiespeicherung eingesetzt. Die Einzelheiten sind wie folgt:


  1. Umgehung
    Ein Bypass-Kondensator ist ein Energiespeicher, der lokale Komponenten mit Energie versorgt. Dadurch kann die Ausgabe des Spannungsreglers gleichmäßiger gestaltet und der Lastbedarf verringert werden. Ähnlich wie ein kleiner Akku kann ein Bypass-Kondensator geladen und dann entladen werden, um Komponenten mit Strom zu versorgen.
    Um die Impedanz zu minimieren, sollte der Bypass-Kondensator so nah wie möglich an den Stromversorgungs- und Erdungspins des Lastgeräts platziert werden. Dadurch können die Erhöhung des Erdpotentials und Störungen durch zu hohe Eingangswerte wirksam verhindert werden. Unter Ground Bounce versteht man den Spannungsabfall an der Erdungsverbindung, wenn eine große Stromspitze hindurchfließt.
  2. Entkopplung
    Entkopplung, auch als Entkopplung bezeichnet. In einem Schaltkreis kann immer zwischen der Antriebsquelle und der angetriebenen Last unterschieden werden.
    Wenn die Lastkapazität relativ groß ist, muss die Treiberschaltung den Kondensator laden und entladen, um den Signalübergang abzuschließen. Wenn die Anstiegsflanke steil ist, ist der Strom groß. In diesem Fall zieht der Antriebsstrom eine große Menge an Stromversorgungsstrom. Aufgrund der Induktivität und des Widerstands im Schaltkreis (insbesondere der Induktivität an den Chip-Pins, die einen Rückprall verursachen kann) ist dieser Strom im Vergleich zur normalen Situation tatsächlich eine Art Rauschen, das den normalen Betrieb der vorherigen Stufe beeinträchtigt. Dies ist die sogenannte „Kopplung“.
    Ein Entkopplungskondensator wirkt wie eine „Batterie“, um den Stromänderungen der Antriebsschaltung gerecht zu werden und gegenseitige Kopplungsstörungen zu vermeiden. Es ist leichter zu verstehen, wenn man die Konzepte von Bypass- und Entkopplungskondensatoren kombiniert.
    Tatsächlich erfüllt ein Bypass-Kondensator auch eine Entkopplungsfunktion. Im Allgemeinen bezieht sich ein Bypass-Kondensator auf einen Hochfrequenz-Bypass, der einen Pfad mit niedriger Impedanz zur Entladung von hochfrequentem Schaltrauschen bereitstellt.
    Hochfrequenz-Bypass-Kondensatoren sind normalerweise klein. Je nach Resonanzfrequenz liegen sie oft bei 0,1 μF, 0,01 μF usw. Die Kapazität von Entkopplungskondensatoren ist üblicherweise größer, vielleicht 10 μF oder sogar mehr, was auf der Grundlage der Verteilungsparameter in der Schaltung und der Stärke der Antriebsstromänderung bestimmt wird.
    Der Unterschied besteht darin, dass beim Bypassen die Störungen im Eingangssignal herausgefiltert werden, während beim Entkoppeln die Störungen im Ausgangssignal herausgefiltert werden, um zu verhindern, dass das Störsignal zur Stromversorgung zurückkehrt.
  3. Filtern
    Theoretisch (unter der Annahme, dass es sich bei dem Kondensator um einen reinen Kondensator handelt) gilt: Je größer die Kapazität, desto kleiner die Impedanz und desto höher die Frequenz, die durchgelassen werden kann. In Wirklichkeit sind die meisten Kondensatoren größer als 1 μF jedoch Elektrolytkondensatoren, die eine große induktive Komponente haben. Daher steigt die Impedanz bei höheren Frequenzen.
    Manchmal wird ein Elektrolytkondensator mit großer Kapazität parallel zu einem kleinen Kondensator geschaltet. In diesem Fall lässt der große Kondensator niederfrequente Signale durch und der kleine Kondensator hochfrequente Signale. Die Funktion eines Kondensators besteht darin, hochfrequente Signale durchzulassen und niederfrequente Signale zu blockieren. Je größer der Kondensator, desto einfacher können niederfrequente Signale durchkommen, und je größer der Kondensator, desto einfacher können hochfrequente Signale durchkommen.
    Insbesondere beim Filtern wird ein großer Kondensator (1000 μF) zum Filtern niederfrequenter Signale und ein kleiner Kondensator (20 pF) zum Filtern hochfrequenter Signale verwendet.
    Einige Internetnutzer vergleichen den Filterkondensator anschaulich mit einem „Wasserteich“. Da sich die Spannung am Kondensator nicht plötzlich ändert, ist bekannt, dass die Dämpfung umso größer ist, je höher die Signalfrequenz ist. Genau wie in einem Wasserteich ändert sich die Wassermenge im Kondensator nicht ohne Weiteres durch eine kleine Ladung oder Entladung.
    Es wandelt die Spannungsänderung in eine Stromänderung um. Je höher die Frequenz, desto größer ist der Spitzenstrom und somit die Pufferung der Spannung. Beim Filtern handelt es sich um einen Lade- und Entladevorgang.
  4. Energiespeicherung
    Energiespeicherkondensatoren sammeln Ladungen über Gleichrichter und übertragen die gespeicherte Energie über Konverterleitungen an den Ausgangsanschluss der Stromversorgung. Üblicherweise werden Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit einer Nennspannung von 40 – 450 VDC und einem Kapazitätswert zwischen 220 – 150.000 μF verwendet.
    Je nach den unterschiedlichen Anforderungen an die Stromversorgung verwenden die Komponenten manchmal Reihen- oder Parallelschaltungen oder eine Kombination dieser Verbindungsmethoden. Für Stromversorgungen mit einer Leistung von über 10 KW werden üblicherweise größere, kesselförmige Schraubanschlusskondensatoren verwendet.
    Bei der Anwendung in Signalschaltungen erfüllen Kondensatoren hauptsächlich die Funktionen der Kopplung, Schwingung/Synchronisierung und wirken als zeitkonstantes Element:
  5. Kupplung
    Beispielsweise verfügt der Emitter eines Transistorverstärkers über einen Selbstvorspannungswiderstand. Dieser Widerstand verursacht nicht nur einen Spannungsabfall im Signal, sondern führt es auch zum Eingangsanschluss zurück und stellt so die Kopplung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal her. Dieser Widerstand ist die Komponente, die die Kopplung verursacht.
    Wenn parallel zu diesem Widerstand ein Kondensator angeschlossen wird, verringert sich aufgrund der relativ geringen Impedanz eines Kondensators mit entsprechender Kapazität gegenüber Wechselstromsignalen der durch den Widerstand verursachte Kopplungseffekt. Daher wird dieser Kondensator als Entkopplungskondensator bezeichnet.
  6. Oszillation/Synchronisation
    Zu dieser Kategorie gehören RC- und LC-Oszillatoren sowie die Lastkondensatoren von Kristallen.
  7. Zeit - Konstante
    Dies ist der gemeinsame Integralkreis, der durch die Reihenschaltung von R und C gebildet wird. Wenn eine Eingangssignalspannung an den Eingangsanschluss angelegt wird, steigt die Spannung am Kondensator (C) allmählich an.
    Der Ladestrom nimmt mit steigender Spannung ab. Die Eigenschaften des Stroms, der durch den Widerstand (R) und den Kondensator (C) fließt, werden durch die folgende Formel beschrieben: 

II. Auswahl der Kondensatoren


Wie sollten wir im Allgemeinen einen geeigneten Kondensator für unsere Schaltung auswählen? Die folgenden Aspekte sollten berücksichtigt werden:


  1. Kapazitätswert
  2. Bemessungs-Stehspannung
  3. Kapazität - Wertfehler
  4. Kapazitätsänderung unter Gleichspannung
  5. Geräuschpegel
  6. Kondensatortyp
  7. Kondensatorspezifikationen
    Gibt es eine Abkürzung? Tatsächlich sind die Auswahlparameter für Peripheriekomponenten, die als Peripheriekomponenten eines Geräts gelten, im Datenblatt oder in den Lösungen fast aller Geräte klar angegeben. Das heißt, die Grundvoraussetzungen für die Geräteauswahl können entsprechend ermittelt und anschließend weiter verfeinert werden.
    Tatsächlich kommt es bei der Auswahl eines Kondensators nicht nur auf die Kapazität und das Gehäuse an. Dies hängt von der Anwendungsumgebung des Produkts ab. Spezielle Schaltungen erfordern spezielle Kondensatoren.
    Nachfolgend wird die Einteilung der Chip-Kondensatoren nach der Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums vorgenommen. Die Dielektrizitätskonstante beeinflusst direkt die Stabilität der Schaltung.
    NP0 oder CH (K < 150):
    Sie weisen die stabilste elektrische Leistung auf und bleiben bei Temperatur-, Spannungs- und Zeitschwankungen grundsätzlich unverändert. Sie eignen sich für Hochfrequenzschaltungen mit hohen Stabilitätsanforderungen. Aufgrund des kleinen K-Werts ist es schwierig, Kondensatoren mit großer Kapazität in den Gehäusen 0402, 0603 und 0805 zu erhalten. Beispielsweise beträgt die maximale Kapazität im 0603-Gehäuse im Allgemeinen weniger als 10 nF.
    X7R oder YB (2000 < K < 4000):
    Sie haben eine relativ stabile elektrische Leistung. Die Leistungsänderung ist nicht signifikant (?C < ±10 %), wenn sich Temperatur, Spannung und Zeit ändern. Sie eignen sich für Gleichstromsperr-, Kopplungs-, Bypass- und Vollfrequenz-Identifikationsschaltungen mit nicht zu hohen Anforderungen an die Kapazitätsstabilität.
    Y5V oder YF (K > 15000):
    Die Kapazitätsstabilität ist schlechter als die von X7R (?C < +20% - -80%). Der Kapazitätsverlust reagiert empfindlicher auf Testbedingungen wie Temperatur und Spannung. Aufgrund ihres großen K-Werts eignen sie sich jedoch für einige Gelegenheiten mit hohen Kapazitätswertanforderungen.

III. Klassifizierung von Kondensatoren


Es gibt viele Möglichkeiten, Kondensatoren zu klassifizieren, und sie können basierend auf ihren Materialeigenschaften in die folgenden Hauptkategorien unterteilt werden:


  1. Aluminium-Elektrolytkondensatoren
    Der Kapazitätsbereich beträgt 0,1 μF – 22000 μF. Sie sind die beste Wahl für Anwendungen mit hohem Welligkeitsstrom, langer Lebensdauer und großer Kapazität und werden häufig in der Stromversorgungsfilterung, Entkopplung und anderen Szenarien eingesetzt.
  2. Folienkondensatoren
    Der Kapazitätsbereich beträgt 0,1 pF – 10 μF. Sie verfügen über geringe Toleranzen, eine hohe Kapazitätsstabilität und einen äußerst geringen piezoelektrischen Effekt. Daher sind sie die erste Wahl für X- und Y-Sicherheitskondensatoren und EMI/EMV-Anwendungen.
  3. Tantalkondensatoren
    Der Kapazitätsbereich beträgt 2,2 μF – 560 μF. Sie haben einen niedrigen äquivalenten Serienwiderstand (ESR) und eine niedrige äquivalente Serieninduktivität (ESL). Ihre Welligkeitsabsorption, ihr Einschwingverhalten und ihre Rauschunterdrückung sind besser als die von Aluminium-Elektrolytkondensatoren, was sie zur idealen Wahl für hochstabile Stromversorgungen macht.
  4. Keramikkondensatoren
    Der Kapazitätsbereich beträgt 0,5 pF – 100 μF. Sie sind das Ergebnis einzigartiger Materialien und Dünnschichttechnologie und entsprechen dem aktuellen Designkonzept „leichter, dünner und energieeffizienter“.
  5. Superkondensatoren
    Der Kapazitätsbereich beträgt 0,022 F – 70 F. Aufgrund ihrer extrem hohen Kapazitätswerte werden sie auch als „Goldkondensatoren“ oder „Faradkondensatoren“ bezeichnet. Ihre Hauptmerkmale sind eine extrem hohe Kapazität und gute Lade-/Entladeeigenschaften, wodurch sie sich für die Speicherung elektrischer Energie und die Notstromversorgung eignen. Sie weisen jedoch eine relativ geringe Spannungsfestigkeit und einen engen Betriebstemperaturbereich auf.

IV. Mehrschichtige Keramikkondensatoren


Bei Kondensatoren sind Miniaturisierung und hohe Kapazität die ständigen Entwicklungstrends. Unter ihnen schreitet die Entwicklung von Mehrschicht-Keramikkondensatoren (MLCC) am schnellsten voran.
Mehrschichtige Keramikkondensatoren werden häufig in tragbaren Produkten verwendet. Der technologische Fortschritt digitaler Produkte hat in den letzten Jahren jedoch neue Anforderungen an diese gestellt.
Beispielsweise erfordern Mobiltelefone höhere Übertragungsraten und eine bessere Leistung; Basisbandprozessoren erfordern hohe Geschwindigkeit und niedrige Spannung; LCD-Module erfordern eine geringe Dicke (0,5 mm) und Kondensatoren mit großer Kapazität.
Auch die raue Automobilumgebung stellt besondere Anforderungen an Mehrschicht-Keramikkondensatoren. Erstens müssen sie hitzebeständig sein. Die im Auto verbauten Vielschicht-Keramikkondensatoren müssen einer Betriebstemperatur von 150 °C standhalten. Zweitens ist im Batterieschaltkreis ein Kurzschlussschutz erforderlich.
Das heißt, Miniaturisierung, hohe Geschwindigkeit, hohe Leistung, Hitzebeständigkeit und hohe Zuverlässigkeit sind zu den wichtigsten Eigenschaften von Keramikkondensatoren geworden.
Die Kapazität von Keramikkondensatoren ändert sich mit der Gleichvorspannung. Die Gleichstromvorspannung verringert die Dielektrizitätskonstante. Daher ist es notwendig, die Abhängigkeit der Dielektrizitätskonstante von der Spannung aus Materialsicht zu reduzieren und die DC-Bias-Spannungseigenschaften zu optimieren.
In Anwendungen sind mehrschichtige Keramikkondensatoren vom Typ X7R (X5R) häufiger anzutreffen. Ihre Kapazität konzentriert sich hauptsächlich auf Werte über 1000 pF. Der wichtigste Leistungsindex dieses Kondensatortyps ist der äquivalente Serienwiderstand (ESR), der eine hervorragende Leistung bei geringem Stromverbrauch bei der Stromversorgungsentkopplung von Schaltkreisen mit hohem Welligkeitsstrom, Filtern und Schaltkreisen zur Kopplung niederfrequenter Signale zeigt.
Ein anderer Typ von Mehrschicht-Keramikkondensator ist der Typ C0G. Seine Kapazität liegt meist unter 1000 pF. Der wichtigste Leistungsindex dieses Kondensatortyps ist der Verlustfaktor-Tangentenwert tgδ (DF).
Der DF-Wertebereich herkömmlicher C0G-Produkte mit Edelmetallelektroden (NME) beträgt (2,0 – 8,0)×10⁻⁴, während der Bereich innovativer C0G-Produkte mit unedlen Metallelektroden (BME) bei (1,0 – 2,5)×10⁻⁴ liegt, also etwa 31 % – 50 % des ersteren.
Dieser Produkttyp weist in GSM-, CDMA-, Schnurlostelefon-, Bluetooth- und GPS-Systemen mit T/R-Modulschaltungen einen deutlich niedrigen Stromverbrauch auf und wird häufig in verschiedenen Hochfrequenzschaltungen wie Oszillations-/Synchronisator- und Zeitgeberschaltungen verwendet.

V. Missverständnisse über den Austausch von Elektrolytkondensatoren durch Tantalkondensatoren


Es wird allgemein angenommen, dass Tantalkondensatoren eine bessere Leistung aufweisen als Aluminiumkondensatoren. Dies liegt daran, dass das Dielektrikum von Tantalkondensatoren aus Tantalpentoxid besteht, das nach der Anodisierung gebildet wird, und dass seine dielektrische Fähigkeit (üblicherweise durch ε dargestellt) höher ist als die des Aluminiumoxid-Dielektrikums von Aluminiumkondensatoren.
Daher kann bei gleichem Kapazitätswert das Volumen von Tantalkondensatoren kleiner gemacht werden als das von Aluminiumkondensatoren. (Die Kapazität eines Elektrolytkondensators hängt von der Dielektrizitätskapazität des Mediums und seinem Volumen ab. Bei einer festen Kapazität gilt: Je höher die dielektrische Fähigkeit, desto kleiner kann das Volumen gemacht werden und umgekehrt.) Darüber hinaus sind die Eigenschaften von Tantal relativ stabil. Daher wird allgemein angenommen, dass Tantalkondensatoren eine bessere Leistung aufweisen als Aluminiumkondensatoren.
Diese Methode, die Leistung von Kondensatoren anhand der Anode zu beurteilen, ist jedoch veraltet. Der entscheidende Faktor für die Leistungsfähigkeit von Elektrolytkondensatoren ist derzeit nicht die Anode, sondern der Elektrolyt, also die Kathode.
Durch Kombination verschiedener Kathoden und Anoden können unterschiedliche Typen von Elektrolytkondensatoren entstehen, deren Leistung stark variiert. Kondensatoren mit gleicher Anode können aufgrund unterschiedlicher Elektrolyte erhebliche Leistungsunterschiede aufweisen. Im Allgemeinen ist der Einfluss der Anode auf die Leistung von Kondensatoren viel geringer als der der Kathode.
Es gibt auch die Ansicht, dass Tantalkondensatoren eine bessere Leistung als Aluminiumkondensatoren aufweisen, hauptsächlich weil Tantalkondensatoren in Kombination mit einer Mangandioxidkathode eine deutlich bessere Leistung als Aluminiumelektrolytkondensatoren aufweisen. Wenn die Kathode eines Aluminium-Elektrolyt-Kondensators durch Mangandioxid ersetzt wird, kann seine Leistung tatsächlich erheblich verbessert werden.
Es ist sicher, dass der ESR einer der Hauptparameter zur Messung der Eigenschaften eines Kondensators ist. Bei der Auswahl eines Kondensators sollten wir jedoch Missverständnisse vermeiden, etwa die Annahme, je niedriger der ESR, desto besser, und je höher die Qualität, desto besser. Bei der Bewertung eines Produkts müssen wir es umfassend aus allen Aspekten und Blickwinkeln betrachten und dürfen die Rolle des Kondensators nicht überbewerten.
Die Struktur eines herkömmlichen Elektrolytkondensators umfasst eine Anode, eine Kathode und einen Elektrolyten. Die Anode besteht aus passiviertem Aluminium und die Kathode aus reinem Aluminium. Der Schlüssel liegt also in der Anode und dem Elektrolyten. Die Qualität der Anode hängt von Faktoren wie Spannungsfestigkeit und Dielektrizitätskoeffizient ab.
Im Allgemeinen ist der ESR von Tantal-Elektrolytkondensatoren viel kleiner als der von Aluminium-Elektrolytkondensatoren mit der gleichen Kapazität und Spannungsfestigkeit, und ihre Hochfrequenzleistung ist besser. Wenn ein Kondensator in einer Filterschaltung (z. B. einem 50-Hz-Bandpassfilter) verwendet wird, muss auf die Auswirkungen von Kapazitätsänderungen auf die Filterleistung geachtet werden.

VI. Anwendungsprobleme von Bypass-Kondensatoren


Beim eingebetteten Design muss die MCU von einem stromverbrauchenden, verarbeitungsintensiven Arbeitsmodus in einen Leerlauf-/Schlafmodus mit geringem Stromverbrauch wechseln können. Diese Übergänge können leicht zu einem starken Anstieg der Leitungsverluste führen, mit einer hohen Anstiegsrate, die 20 A/ms oder sogar mehr erreichen kann.
Bypass-Kondensatoren werden normalerweise verwendet, um das Problem zu lösen, dass sich Spannungsregler nicht an Laständerungen anpassen können, die durch Hochgeschwindigkeitsgeräte im System verursacht werden. Dadurch werden die Stabilität der Stromversorgungsausgabe und ein gutes Einschwingverhalten gewährleistet.
Ein Bypass-Kondensator ist ein Energiespeicher, der lokale Komponenten mit Energie versorgt. Dadurch kann die Ausgabe des Spannungsreglers gleichmäßiger gestaltet und der Lastbedarf verringert werden. Ähnlich wie ein kleiner Akku kann ein Bypass-Kondensator geladen und dann entladen werden, um Komponenten mit Strom zu versorgen.
Um die Impedanz zu minimieren, sollte der Bypass-Kondensator so nah wie möglich an den Stromversorgungs- und Erdungspins des Lastgeräts platziert werden. Dadurch können die Erhöhung des Erdpotentials und Störungen durch zu hohe Eingangswerte wirksam verhindert werden. Unter Ground Bounce versteht man den Spannungsabfall an der Erdungsverbindung, wenn eine große Stromspitze hindurchfließt.
Es ist zu beachten, dass sowohl Bypass-Kondensatoren mit großer als auch mit kleiner Kapazität erforderlich sein können und manchmal sogar mehrere Keramikkondensatoren und Tantalkondensatoren erforderlich sind. Eine solche Kombination kann die Probleme lösen, die durch die möglicherweise sprunghafte Änderung des Laststroms verursacht werden, und bietet außerdem eine ausreichende Entkopplung, um Spannungs- und Stromspitzen zu unterdrücken.
Bei sehr großen Laständerungen sind drei oder mehr Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitäten erforderlich, um eine ausreichende Stromversorgung sicherzustellen, bevor der Spannungsregler die Spannung stabilisiert. Hochfrequente Kondensatoren mit kleiner Kapazität werden verwendet, um schnelle Übergangsvorgänge zu unterdrücken, niederfrequente Kondensatoren mit großer Kapazität werden verwendet, um mittelschnelle Übergangsvorgänge zu unterdrücken, und der Rest wird dem Spannungsregler überlassen.
Es sollte auch beachtet werden, dass Spannungsregler auch Kondensatoren erfordern, die so nah wie möglich am Spannungsausgangsanschluss platziert werden müssen.

VII. Äquivalenter Serienwiderstand (ESR) von Kondensatoren


Die allgemeine Ansicht ist, dass ein externer Kondensator mit relativ großer Kapazität und kleinem äquivalenten Serienwiderstand (ESR) den Spitzenstrom (Welligkeit) während der schnellen Umwandlung effektiv absorbieren kann.
Manchmal kann eine solche Wahl jedoch leicht zu Instabilitäten bei Spannungsreglern führen (insbesondere bei linearen Spannungsreglern LDO). Daher ist es notwendig, die Kapazitätswerte von Kondensatoren mit kleiner und großer Kapazität sinnvoll auszuwählen. Bedenken Sie immer, dass ein Spannungsregler ein Verstärker ist und alle Probleme aufweisen kann, die ein Verstärker haben kann.
Da die Reaktionsgeschwindigkeit von DC/DC-Wandlern relativ langsam ist, spielt der Ausgangsentkopplungskondensator in der Anfangsphase eines Lastschritts eine dominierende Rolle. Daher werden zusätzliche Kondensatoren mit großer Kapazität benötigt, um die schnelle Umwandlung im Vergleich zum DC/DC-Wandler zu verlangsamen, und Hochfrequenzkondensatoren werden verwendet, um die schnelle Umwandlung im Vergleich zum großen Kondensator zu verlangsamen.
Im Allgemeinen sollte der äquivalente Serienwiderstand von Kondensatoren mit großer Kapazität entsprechend gewählt werden, um sicherzustellen, dass der Spitzenwert und die Spitze der Ausgangsspannung innerhalb des im Datenblatt des Geräts angegebenen Bereichs liegen.
Bei Hochfrequenzumwandlungen können Kondensatoren mit kleiner Kapazität im Bereich von 0,01 μF bis 0,1 μF die Anforderungen gut erfüllen. Oberflächenmontierte Keramikkondensatoren oder Mehrschicht-Keramikkondensatoren (MLCC) haben einen kleineren ESR.
Darüber hinaus sind bei diesen Kapazitätswerten ihr Volumen und ihre Stücklistenkosten relativ angemessen. Wenn die lokale Niederfrequenzentkopplung nicht ausreicht, verringert sich die Eingangsspannung bei der Umwandlung von Niederfrequenz in Hochfrequenz. Der Spannungsabfallprozess kann mehrere Millisekunden dauern und die Dauer hängt hauptsächlich von der Regelverstärkung des Spannungsreglers und der Zeit ab, die benötigt wird, um einen großen Laststrom bereitzustellen.
Die parallele Verwendung von Kondensatoren mit einem großen ESR ist kostengünstiger als die Verwendung eines einzelnen Kondensators mit einem extrem niedrigen ESR. Allerdings muss hierfür ein Gleichgewicht zwischen der Leiterplattenfläche, der Anzahl der Komponenten und den Kosten gefunden werden.

VIII. Elektrische Parameter von Elektrolytkondensatoren


Hier beziehen sich Elektrolytkondensatoren hauptsächlich auf Aluminium-Elektrolytkondensatoren, und ihre grundlegenden elektrischen Parameter umfassen die folgenden fünf Punkte:

  1. Kapazitätswert Der Kapazitätswert eines Elektrolytkondensators hängt von der Impedanz ab, die er beim Betrieb mit Wechselspannung aufweist. Daher variiert der Kapazitätswert, d. h. der AC-Kapazitätswert, mit der Betriebsfrequenz, der Spannung und der Messmethode. Gemäß der Norm JISC 5102 sind die Messbedingungen für die Kapazität eines Aluminium-Elektrolytkondensators eine Frequenz von 120 Hz, eine maximale Wechselspannung von 0,5 Vrms und eine Gleichvorspannung von 1,5 – 2,0 V. Es lässt sich feststellen, dass die Kapazität eines Aluminium-Elektrolytkondensators mit zunehmender Frequenz abnimmt.
  2. Tan δ (Dissipationsfaktor Tangens) Im Ersatzschaltbild eines Kondensators wird das Verhältnis des Serienersatzwiderstands ESR zur kapazitiven Reaktanz 1/ωC ​​als Tan δ bezeichnet, wobei der ESR bei 120 Hz berechnet wird. Offensichtlich steigt Tan δ mit zunehmender Messfrequenz und auch mit abnehmender Messtemperatur.
  3. Impedanz Z Der Widerstand, der den Fluss des Wechselstroms bei einer bestimmten Frequenz behindert, wird als Impedanz (Z) bezeichnet. Es hängt eng mit dem Kapazitätswert und dem Induktivitätswert im Ersatzschaltkreis des Kondensators zusammen und ist auch mit dem ESR verwandt. \(Z = \sqrt{[ESR^2+(X_L - X_C)^2]}\) In der Formel  \(X_C = 1/ωC ​​= 1/(2πfC)\)  Und  \(X_L = ωL = 2πfL\) . Die kapazitive Reaktanz ( \(X_C\) ) eines Kondensators nimmt mit zunehmender Frequenz im Niederfrequenzbereich allmählich ab. Wenn die Frequenz weiter ansteigt und den mittleren Frequenzbereich erreicht, wird die induktive Reaktanz ( \(X_L\) ) fällt auf den Wert von ESR. Wenn die Frequenz den Hochfrequenzbereich erreicht, wird die induktive Reaktanz ( \(X_L\) ) wird dominant, sodass die Impedanz mit zunehmender Frequenz zunimmt.
  4. Leckstrom Das Dielektrikum eines Kondensators weist einen großen Widerstand gegen Gleichstrom auf. Da das Dielektrikum des Aluminiumoxidfilms jedoch in den Elektrolyten eingetaucht ist, wird beim Anlegen einer Spannung während der Neubildung und Reparatur des Oxidfilms ein sehr kleiner Strom erzeugt, der als Leckstrom bezeichnet wird. Normalerweise steigt der Leckstrom mit steigender Temperatur und Spannung.
  5. Welligkeitsstrom und Welligkeitsspannung Bei manchen Materialien werden diese beiden als „Welligkeitsstrom“ und „Welligkeitsspannung“ bezeichnet, was eigentlich Welligkeitsstrom und Welligkeitsspannung bedeutet. Sie stellen die Welligkeitsstrom-/Spannungswerte dar, denen ein Kondensator standhalten kann. Sie sind eng mit der ESR verwandt und können durch die folgende Formel ausgedrückt werden: \(U_{rms}=I_{rms}×R\) In der Formel  \(V_{rms}\)  stellt die Welligkeitsspannung dar,  \(I_{rms}\)  stellt den Welligkeitsstrom dar und  R stellt den ESR des Kondensators dar. Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass bei einer Erhöhung des Welligkeitsstroms die Welligkeitsspannung exponentiell ansteigt, selbst wenn der ESR unverändert bleibt. Mit anderen Worten: Wenn die Welligkeitsspannung zunimmt, nimmt auch der Welligkeitsstrom zu, weshalb Kondensatoren mit einem niedrigeren ESR-Wert erforderlich sind. Wenn ein Welligkeitsstrom überlagert wird, erzeugt der interne äquivalente Serienwiderstand (ESR) des Kondensators Wärme, was die Lebensdauer des Kondensators beeinträchtigt. Im Allgemeinen ist der Welligkeitsstrom proportional zur Frequenz, sodass der Welligkeitsstrom bei niedrigen Frequenzen relativ niedrig ist.

IX. Grundlegende Formeln für Kondensatorparameter

Die Funktion von Kondensatoren[Linkeycon] 1

X. X- und Y-Sicherheitskondensatoren am Stromversorgungseingang


Am Eingang einer Wechselstromversorgung werden im Allgemeinen drei Kondensatoren hinzugefügt, um leitungsgebundene elektromagnetische Störungen zu unterdrücken.
Der Eingang einer Wechselstromversorgung ist normalerweise in drei Drähte unterteilt: stromführender Draht (L), Neutralleiter (N) und Erdungsleiter (G). Die zwischen dem stromführenden Leiter und dem Erdungsleiter sowie zwischen dem neutralen Leiter und dem Erdungsleiter parallel geschalteten Kondensatoren werden allgemein als Y-Kondensatoren bezeichnet.
Die Anschlusspositionen dieser beiden Y-Kondensatoren sind entscheidend und müssen den entsprechenden Sicherheitsnormen entsprechen, um elektrische Leckagen an elektronischen Geräten oder eine Elektrifizierung des Chassis zu verhindern, die die persönliche Sicherheit gefährden könnte. Es handelt sich daher um Sicherheitskondensatoren. Ihre Kapazitätswerte sollten nicht zu groß sein und ihre Spannungsfestigkeit muss hoch sein.
Im Allgemeinen darf der Erdableitstrom bei Maschinen, die in subtropischen Regionen betrieben werden, 0,7 mA nicht überschreiten; bei Maschinen, die in gemäßigten Regionen betrieben werden, darf der Erdableitstrom 0,35 mA nicht überschreiten. Daher sollte die Gesamtkapazität von Y-Kondensatoren im Allgemeinen 4700 pF nicht überschreiten.
Besonderer Hinweis von „Hardware Notebook“: Y-Kondensatoren sind Sicherheitskondensatoren und müssen von einer Sicherheitsprüfstelle zertifiziert werden. Die Spannungsfestigkeit von Y-Kondensatoren ist im Allgemeinen mit Sicherheitsprüfzeichen und AC250V oder AC275V gekennzeichnet, ihre tatsächliche Gleichstrom-Spannungsfestigkeit liegt jedoch bei über 5000V. Daher können Y-Kondensatoren nicht einfach durch gewöhnliche Kondensatoren ersetzt werden, die mit einer Spannungsfestigkeit von 250 V AC oder 400 V DC gekennzeichnet sind.
Der zwischen dem stromführenden Leiter und dem Neutralleiter parallel geschaltete Kondensator wird allgemein als X-Kondensator bezeichnet. Da auch die Anschlussposition dieses Kondensators entscheidend ist, muss dieser ebenfalls den Sicherheitsnormen entsprechen.
Daher gehört auch der X - Kondensator zu den Sicherheitskondensatoren. Der Kapazitätswert eines X-Kondensators darf größer sein als der eines Y-Kondensators, jedoch muss an beiden Enden des X-Kondensators ein Sicherheitswiderstand parallel geschaltet werden, um zu verhindern, dass der Netzstecker aufgrund des Lade- und Entladevorgangs des Kondensators beim Ein- oder Ausstecken des Netzkabels über längere Zeit geladen bleibt.
Sicherheitsnormen schreiben vor, dass beim Herausziehen des Stromkabels einer laufenden Maschine die Spannung (oder das Potenzial zur Erde) an beiden Enden des Stromsteckers innerhalb von zwei Sekunden weniger als 30 % der ursprünglichen Nennbetriebsspannung betragen muss.
Ebenso sind X-Kondensatoren Sicherheitskondensatoren und müssen von einer Sicherheitsprüfstelle zertifiziert werden. Die Spannungsfestigkeit von X-Kondensatoren ist im Allgemeinen mit Sicherheitsprüfzeichen und AC250V oder AC275V gekennzeichnet, ihre tatsächliche Gleichstrom-Spannungsfestigkeit liegt jedoch bei über 2000V. Verwenden Sie bei der Verwendung von X-Kondensatoren nicht einfach normale Kondensatoren mit einer Spannungsfestigkeit von 250 V AC oder 400 V DC.
Bei X-Kondensatoren handelt es sich im Allgemeinen um Polyesterfolienkondensatoren mit einem relativ großen Welligkeitsstrom. Diese Kondensatoren haben im Allgemeinen ein großes Volumen, können jedoch einen großen momentanen Lade- und Entladestrom zulassen und ihr Innenwiderstand ist relativ gering.
Der Welligkeitsstromindex gewöhnlicher Kondensatoren ist sehr niedrig und ihr dynamischer Innenwiderstand ist hoch. Die Verwendung eines gewöhnlichen Kondensators zum Ersetzen eines X-Kondensators kann nicht nur die Anforderungen an die Stehspannung nicht erfüllen, sondern kann im Allgemeinen auch nicht die Anforderungen an den Welligkeitsstromindex erfüllen.
Tatsächlich ist es fast unmöglich, leitungsgebundene Störsignale vollständig herauszufiltern, wenn man sich nur auf Y- und X-Kondensatoren verlässt. Denn das Frequenzspektrum von Störsignalen ist sehr breit und umfasst grundsätzlich den Frequenzbereich von einigen zehn kHz bis hin zu mehreren hundert MHz oder sogar über tausend MHz.
Im Allgemeinen erfordert das Herausfiltern von Störsignalen im unteren Frequenzbereich einen Filterkondensator mit großer Kapazität. Aus Sicherheitsgründen dürfen die Kapazitätswerte von Y- und X-Kondensatoren jedoch nicht groß sein. Beim Herausfiltern hochfrequenter Störsignale ist die Filterleistung von Kondensatoren mit großer Kapazität äußerst schlecht, insbesondere die Hochfrequenzleistung von Polyesterfolienkondensatoren ist im Allgemeinen schlecht.
Weil Polyesterfolienkondensatoren im Wickelverfahren hergestellt werden und die Hochfrequenz-Reaktionseigenschaften des Polyesterfoliendielektrikums weit von denen von Keramik oder Glimmer entfernt sind. Im Allgemeinen haben Polyesterfilm-Dielektrika einen Adsorptionseffekt, der die Betriebsfrequenz des Kondensators verringert. Der Betriebsfrequenzbereich von Polyesterfolienkondensatoren liegt ungefähr bei 1 MHz. Wenn die Frequenz 1 MHz überschreitet, steigt ihre Impedanz erheblich an.
Um die von elektronischen Geräten erzeugten leitungsgebundenen Störungen zu unterdrücken, sollten daher zusätzlich zur Auswahl von Y-Kondensatoren und X-Kondensatoren mehrere Arten induktiver Filter gleichzeitig ausgewählt und kombiniert werden, um die Störungen herauszufiltern.
Induktive Filter gehören meist zu den Tiefpassfiltern, es gibt jedoch viele Spezifikationen und Typen induktiver Filter, wie etwa Differenzmodus-, Gleichtakt-, Hochfrequenz-, Niederfrequenzfilter usw. Jeder Induktortyp dient hauptsächlich dazu, Störsignale in einem bestimmten kleinen Frequenzsegment herauszufiltern und hat nur eine geringe Wirkung auf das Herausfiltern von Störsignalen anderer Frequenzen.
Im Allgemeinen hat eine Induktivität mit großer Induktivität mehr Spulenwindungen, sodass auch ihre verteilte Kapazität groß ist. Hochfrequente Störsignale werden durch die verteilte Kapazität umgangen. Darüber hinaus weist ein Magnetkern mit hoher magnetischer Permeabilität eine relativ niedrige Betriebsfrequenz auf.
Derzeit liegt die Betriebsfrequenz der Magnetkerne der meisten induktiven Filter im großflächigen Einsatz unter 75 MHz. Für Anwendungen mit Hochfrequenzanforderungen müssen hochfrequente Ringkerne ausgewählt werden. Hochfrequenz-Ringkerne haben im Allgemeinen eine geringe magnetische Permeabilität, aber eine sehr geringe Streuinduktivität, wie beispielsweise Magnetkerne aus amorphen Legierungen und Permalloy-Magnetkerne.

XI. LINKEYCON Aluminium-Elektrolytkondensatoren


LINKEYCON wurde 2017 gegründet. Es konzentriert sich auf Design, Entwicklung, Herstellung und Vertrieb von Aluminium-Elektrolytkondensatoren und ist eine Weiterentwicklung des 2005 gegründeten Unternehmens SZWX. Der Hauptsitz des Unternehmens befindet sich in Songshan Lake Science City, Dongguan, Provinz Guangdong. Es verfügt über ein Labor auf Provinzebene und hat ein Fünf-in-Eins-R & D-System, das die clientseitige Anwendungsumgebung, Materialien, Prozesse, Produkte und Fertigungstechnologie sowie ein wissenschaftliches Managementsystem abdeckt, das mit Informationstechnologie der neuen Generation erstellt wurde. Es hat sich zu einem strategischen Lieferanten für in- und ausländische Branchenführer in den Bereichen Frequenzumrichter, Wechselrichter, Beleuchtung und anderen Bereichen entwickelt. Für weitere Informationen
bitte klicken: https://www.linkeycon.com/about-us.html




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