Sebagai salah satu komponen pasif, kapasitor memiliki fungsi berikut: digunakan dalam rangkaian catu daya untuk melakukan pemintas, pelepasan sambungan, penyaringan, dan penyimpanan energi. Dengan rincian sebagai berikut:
-
Melewati
Kapasitor bypass adalah perangkat penyimpan energi yang menyediakan energi untuk komponen lokal. Ini dapat membuat keluaran regulator tegangan lebih seragam dan mengurangi permintaan beban. Mirip dengan baterai kecil yang dapat diisi ulang, kapasitor bypass dapat diisi dan kemudian dikosongkan untuk menyalurkan daya ke komponen.
Untuk meminimalkan impedansi, kapasitor bypass harus ditempatkan sedekat mungkin dengan pin catu daya dan pin ground perangkat beban. Hal ini secara efektif dapat mencegah peningkatan potensi tanah dan kebisingan yang disebabkan oleh nilai input yang berlebihan. Ground bounce merujuk pada penurunan voltase pada koneksi ground saat lonjakan arus besar melewatinya.
-
Pemisahan
Decoupling, juga dikenal dengan istilah de-coupling. Dalam suatu rangkaian, ia selalu dapat dibagi menjadi sumber penggerak dan beban yang digerakkan.
Jika kapasitansi beban relatif besar, rangkaian penggerak perlu mengisi dan mengeluarkan kapasitor untuk menyelesaikan transisi sinyal. Jika tepian yang menanjak curam, arusnya besar. Dalam kasus ini, arus penggerak akan menarik sejumlah besar daya - arus suplai. Karena induktansi dan resistansi dalam rangkaian (terutama induktansi pada pin chip, yang dapat menyebabkan rebound), arus ini sebenarnya merupakan semacam gangguan dibandingkan dengan situasi normal, yang akan memengaruhi operasi normal tahap sebelumnya. Inilah yang disebut "kopling".
Kapasitor decoupling berfungsi seperti "baterai" untuk menghadapi perubahan arus pada rangkaian penggerak dan menghindari gangguan kopling timbal balik. Lebih mudah dipahami dengan menggabungkan konsep kapasitor bypass dan decoupling.
Faktanya, kapasitor bypass juga memiliki fungsi decoupling. Secara umum, kapasitor bypass mengacu pada bypass frekuensi tinggi, yang menyediakan jalur impedansi rendah agar derau peralihan frekuensi tinggi dapat dilepaskan.
Kapasitor bypass frekuensi tinggi biasanya berukuran kecil. Berdasarkan frekuensi resonansi, seringkali bernilai 0,1 μF, 0,01 μF, dan seterusnya. Kapasitansi kapasitor decoupling biasanya lebih besar, mungkin 10 μF atau bahkan lebih besar, yang ditentukan berdasarkan parameter distribusi di sirkuit dan besarnya perubahan arus penggerak.
Perbedaannya adalah bahwa bypass menyaring gangguan pada sinyal masukan, sementara decoupling menyaring gangguan pada sinyal keluaran untuk mencegah sinyal gangguan kembali ke catu daya.
-
Penyaringan
Secara teoritis (dengan asumsi kapasitor adalah kapasitor murni), semakin besar kapasitansinya, semakin kecil impedansinya, dan semakin tinggi frekuensi yang dapat melewatinya. Namun, pada kenyataannya, sebagian besar kapasitor yang lebih besar dari 1 μF adalah kapasitor elektrolit, yang memiliki komponen induktif besar. Oleh karena itu, impedansi akan meningkat pada frekuensi yang lebih tinggi.
Kadang-kadang, kapasitor elektrolit berkapasitas besar dihubungkan secara paralel dengan kapasitor kecil. Dalam hal ini, kapasitor besar memungkinkan sinyal frekuensi rendah untuk lewat, dan kapasitor kecil memungkinkan sinyal frekuensi tinggi untuk lewat. Fungsi kapasitor adalah untuk melewatkan sinyal frekuensi tinggi dan memblokir sinyal frekuensi rendah. Makin besar kapasitor, makin mudah sinyal frekuensi rendah melewatinya, dan makin besar kapasitor, makin mudah sinyal frekuensi tinggi melewatinya.
Khususnya dalam penyaringan, kapasitor besar (1000 μF) digunakan untuk menyaring sinyal frekuensi rendah, dan kapasitor kecil (20 pF) digunakan untuk menyaring sinyal frekuensi tinggi.
Beberapa netizen secara gamblang mengibaratkan kapasitor penyaring dengan sebuah "kolam air". Karena tegangan melintasi kapasitor tidak berubah secara tiba-tiba, dapat diketahui bahwa semakin tinggi frekuensi sinyal, semakin besar redamannya. Sama seperti kolam air, jumlah air dalam kapasitor tidak mudah berubah karena sedikitnya muatan atau pengosongan muatan.
Mengubah perubahan tegangan menjadi perubahan arus. Makin tinggi frekuensi, makin besar pula arus puncak, sehingga menyangga tegangan. Penyaringan adalah proses pengisian dan pengeluaran.
-
Penyimpanan Energi
Kapasitor penyimpan energi mengumpulkan muatan melalui penyearah dan mengirimkan energi yang tersimpan ke terminal keluaran catu daya melalui kabel konverter. Kapasitor elektrolit aluminium dengan tegangan terukur 40 - 450 VDC dan nilai kapasitansi antara 220 - 150.000 μF umumnya digunakan.
Sesuai dengan kebutuhan catu daya yang berbeda, komponen terkadang menggunakan seri, paralel, atau kombinasi dari metode koneksi ini. Untuk catu daya dengan tingkat daya melebihi 10 KW, biasanya digunakan kapasitor terminal sekrup berbentuk tangki yang lebih besar.
Ketika diaplikasikan pada rangkaian sinyal, kapasitor terutama menjalankan fungsi kopling, osilasi/sinkronisasi, dan bertindak sebagai elemen konstanta waktu.:
-
Kopel
Misalnya, pada penguat transistor, emitor memiliki resistor bias sendiri. Resistor ini tidak hanya menyebabkan penurunan tegangan pada sinyal tetapi juga menyalurkannya kembali ke terminal masukan, membentuk kopling antara sinyal masukan dan keluaran. Resistor ini adalah komponen yang menyebabkan kopling.
Jika sebuah kapasitor dihubungkan secara paralel melintasi resistor ini, karena impedansi kapasitor dengan kapasitas yang sesuai terhadap sinyal AC relatif kecil, efek kopling yang disebabkan oleh resistor berkurang. Oleh karena itu, kapasitor ini disebut kapasitor decoupling.
-
Osilasi/Sinkronisasi
Kategori ini mencakup osilator RC, LC, dan kapasitor beban kristal.
-
Waktu - Konstan
Ini adalah rangkaian integral umum yang dibentuk oleh hubungan seri R dan C. Ketika tegangan sinyal masukan diterapkan ke terminal masukan, tegangan melintasi kapasitor (C) secara bertahap naik.
Arus pengisian berkurang saat tegangan naik. Karakteristik arus yang melewati resistor (R) dan kapasitor (C) dijelaskan dengan rumus berikut:
Saya
=
(
V
/
R
)
Bahasa Inggris:
−
(
T
/
CR
)
Secara umum, bagaimana cara memilih kapasitor yang sesuai untuk rangkaian kita? Aspek-aspek berikut harus dipertimbangkan:
-
Nilai kapasitansi
-
Tegangan tahan terukur
-
Kapasitansi - kesalahan nilai
-
Perubahan kapasitansi di bawah tegangan bias DC
-
Tingkat kebisingan
-
Jenis kapasitor
-
Spesifikasi kapasitor
Apakah ada jalan pintas? Faktanya, sebagai komponen periferal suatu perangkat, Lembar Data atau Solusi hampir setiap perangkat secara jelas menunjukkan parameter pemilihan komponen periferal. Artinya, persyaratan dasar untuk pemilihan perangkat dapat diperoleh sesuai dengan itu, dan kemudian disempurnakan lebih lanjut.
Sebenarnya, saat memilih kapasitor, yang diperhatikan bukan hanya kapasitansinya dan kemasannya. Itu tergantung pada lingkungan aplikasi produk. Rangkaian khusus memerlukan kapasitor khusus.
Berikut ini adalah klasifikasi kapasitor chip menurut konstanta dielektrik dielektriknya. Konstanta dielektrik secara langsung mempengaruhi stabilitas sirkuit.
NP0 atau CH (K < 150):
Mereka memiliki kinerja kelistrikan paling stabil, pada dasarnya tidak berubah meski suhu, voltase, dan waktu berubah. Cocok untuk sirkuit frekuensi tinggi dengan persyaratan stabilitas tinggi. Mengingat nilai K yang kecil, sulit untuk mendapatkan kapasitor berkapasitas besar dalam paket 0402, 0603, dan 0805. Misalnya, dalam paket 0603, kapasitansi maksimum umumnya kurang dari 10 nF.
X7R atau YB (2000 < K < 4000):
Mereka memiliki kinerja listrik yang relatif stabil. Perubahan kinerja tidak signifikan (?C < ±10%) saat suhu, tegangan, dan waktu berubah. Cocok untuk sirkuit pemblokiran DC, penggandengan, pemintas, dan identifikasi frekuensi penuh dengan persyaratan yang tidak terlalu tinggi untuk kestabilan kapasitansi.
Y5V atau YF (K > 15000):
Stabilitas kapasitansi lebih buruk dibandingkan dengan X7R (?C < +20% - -80%). Kehilangan kapasitansi lebih sensitif terhadap kondisi pengujian seperti suhu dan tegangan. Akan tetapi, karena nilai K-nya yang besar, mereka cocok untuk beberapa kesempatan dengan persyaratan nilai kapasitansi yang tinggi.
Ada banyak cara untuk mengklasifikasikan kapasitor, dan mereka dapat dibagi menjadi beberapa kategori utama berikut berdasarkan karakteristik materialnya:
-
Kapasitor Elektrolit Aluminium
Kisaran kapasitansinya adalah 0,1 μF - 22000 μF. Mereka merupakan pilihan terbaik untuk aplikasi dengan arus riak tinggi, masa pakai lama, dan kapasitas besar serta digunakan secara luas dalam penyaringan catu daya, pemisahan sambungan, dan skenario lainnya.
-
Kapasitor Film
Kisaran kapasitansinya adalah 0,1 pF - 10 μF. Mereka memiliki toleransi kecil, stabilitas kapasitansi tinggi, dan efek piezoelektrik yang sangat rendah. Oleh karena itu, mereka menjadi pilihan pertama untuk kapasitor pengaman X dan Y serta aplikasi EMI/EMC.
-
Kapasitor Tantalum
Kisaran kapasitansinya adalah 2,2 μF - 560 μF. Mereka memiliki resistansi seri ekivalen (ESR) dan induktansi seri ekivalen (ESL) yang rendah. Kemampuan penyerapan riak, respons transien, dan penekanan kebisingannya lebih baik daripada kapasitor elektrolit aluminium, sehingga menjadikannya pilihan ideal untuk catu daya dengan stabilitas tinggi.
-
Kapasitor Keramik
Kisaran kapasitansinya adalah 0,5 pF - 100 μF. Mereka adalah hasil dari bahan yang unik dan teknologi lapisan tipis, yang memenuhi konsep desain terkini yaitu "lebih ringan, lebih tipis, dan lebih hemat energi".
-
Superkapasitor
Kisaran kapasitansinya adalah 0,022 F - 70 F. Dengan nilai kapasitansi yang sangat tinggi, mereka juga dikenal sebagai "kapasitor emas" atau "kapasitor farad". Fitur utamanya adalah kapasitansi yang sangat tinggi dan karakteristik pengisian/pengosongan yang baik, membuatnya cocok untuk penyimpanan energi listrik dan cadangan pasokan daya. Akan tetapi, mereka memiliki tegangan tahan yang relatif rendah dan rentang suhu operasi yang sempit.
Untuk kapasitor, miniaturisasi dan kapasitansi tinggi merupakan tren pengembangan yang konstan. Di antara semuanya, pengembangan kapasitor keramik multilayer (MLCC) adalah yang tercepat.
Kapasitor keramik multilapis banyak digunakan dalam produk portabel. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan teknologi produk digital telah memaksakan persyaratan baru pada produk tersebut.
Misalnya, telepon seluler memerlukan kecepatan transmisi yang lebih tinggi dan kinerja yang lebih baik; prosesor pita dasar memerlukan kecepatan tinggi dan tegangan rendah; modul LCD memerlukan kapasitor ketebalan rendah (0,5 mm) dan berkapasitas besar.
Lingkungan otomotif yang keras juga memiliki persyaratan khusus untuk kapasitor keramik multilapis. Pertama, mereka harus tahan panas. Kapasitor keramik multilapis yang dipasang di mobil harus mampu menahan suhu operasi 150°C. Kedua, desain proteksi terhadap kegagalan hubung singkat diperlukan di sirkuit baterai.
Artinya, miniaturisasi, kecepatan tinggi, kinerja tinggi, tahan panas, dan keandalan tinggi telah menjadi karakteristik utama kapasitor keramik.
Kapasitansi kapasitor keramik berubah sesuai dengan tegangan bias DC. Tegangan bias DC mengurangi konstanta dielektrik. Oleh karena itu, perlu untuk mengurangi ketergantungan konstanta dielektrik pada tegangan dari aspek material dan mengoptimalkan karakteristik tegangan bias DC.
Dalam aplikasi, kapasitor keramik multilayer tipe X7R (X5R) lebih umum. Kapasitansinya terutama berfokus pada nilai di atas 1000 pF. Indeks kinerja utama kapasitor jenis ini adalah resistansi seri ekivalen (ESR), yang menunjukkan kinerja daya rendah yang sangat baik dalam pemisahan catu daya dari rangkaian arus riak tinggi, penyaringan, dan rangkaian penggabungan sinyal frekuensi rendah.
Tipe lain dari kapasitor keramik multilayer adalah tipe C0G. Kapasitansinya sebagian besar di bawah 1000 pF. Indeks kinerja utama dari kapasitor jenis ini adalah nilai tangen faktor disipasi tgδ (DF).
Kisaran nilai DF produk elektroda logam mulia (NME) tradisional C0G adalah (2,0 - 8,0)×10⁻⁴, sedangkan kisaran nilai DF produk elektroda logam dasar (BME) inovatif C0G adalah (1,0 - 2,5)×10⁻⁴, yang mana kira-kira 31% - 50% dari nilai DF sebelumnya.
Jenis produk ini menunjukkan karakteristik konsumsi daya rendah yang signifikan dalam sistem GSM, CDMA, telepon nirkabel, Bluetooth, dan GPS dengan sirkuit modul T/R dan sering digunakan dalam berbagai sirkuit frekuensi tinggi, seperti sirkuit osilasi/sinkronisasi dan pengatur waktu.
Secara umum dipercaya bahwa kapasitor tantalum memiliki kinerja yang lebih baik daripada kapasitor aluminium. Hal ini karena dielektrik kapasitor tantalum adalah tantalum pentoksida yang terbentuk setelah anodisasi, dan kemampuan dielektriknya (biasanya dilambangkan dengan ε) lebih tinggi daripada dielektrik aluminium oksida dari kapasitor aluminium.
Oleh karena itu, untuk nilai kapasitansi yang sama, volume kapasitor tantalum dapat dibuat lebih kecil daripada volume kapasitor aluminium. (Kapasitas kapasitor elektrolit bergantung pada kemampuan dielektrik media dan volumenya. Ketika kapasitansinya tetap, semakin tinggi kemampuan dielektriknya, semakin kecil volume yang dapat dibuat, dan sebaliknya.) Selain itu, sifat-sifat tantalum relatif stabil. Jadi, secara umum dianggap bahwa kapasitor tantalum memiliki kinerja yang lebih baik daripada kapasitor aluminium.
Akan tetapi, metode penilaian kinerja kapasitor berdasarkan anoda ini sudah ketinggalan zaman. Saat ini, faktor utama yang menentukan kinerja kapasitor elektrolit bukanlah anoda, tetapi elektrolit, yaitu katoda.
Katoda dan anoda yang berbeda dapat dikombinasikan untuk membentuk berbagai jenis kapasitor elektrolit, dan kinerjanya sangat bervariasi. Kapasitor dengan anoda yang sama dapat memiliki perbedaan kinerja yang signifikan karena elektrolit yang berbeda. Secara umum, dampak anoda terhadap kinerja kapasitor jauh lebih kecil daripada dampak katoda.
Ada pula pandangan yang menyatakan bahwa kapasitor tantalum memiliki kinerja yang lebih baik daripada kapasitor aluminium, terutama karena kapasitor tantalum berkinerja jauh lebih baik daripada kapasitor elektrolit aluminium bila dikombinasikan dengan katoda mangan dioksida. Jika katoda kapasitor elektrolit aluminium diganti dengan mangan dioksida, kinerjanya sebenarnya dapat ditingkatkan secara signifikan.
Sudah pasti bahwa ESR merupakan salah satu parameter utama untuk mengukur karakteristik sebuah kapasitor. Namun, saat memilih kapasitor, kita harus menghindari kesalahpahaman seperti meyakini bahwa semakin rendah ESR, semakin baik, dan semakin tinggi kualitasnya, semakin baik. Saat mengevaluasi suatu produk, kita harus mempertimbangkannya secara komprehensif dari semua aspek dan sudut dan tidak melebih-lebihkan peran kapasitor.
Struktur kapasitor elektrolit umum meliputi anoda, katoda, dan elektrolit. Anodanya terbuat dari aluminium pasif, dan katodanya terbuat dari aluminium murni. Jadi, kuncinya terletak pada anoda dan elektrolit. Kualitas anoda terkait dengan masalah seperti tegangan tahan dan koefisien dielektrik.
Secara umum, ESR kapasitor elektrolit tantalum jauh lebih kecil daripada kapasitor elektrolit aluminium dengan kapasitansi dan tegangan tahan yang sama, dan kinerja frekuensi tingginya lebih baik. Jika kapasitor digunakan dalam rangkaian filter (seperti filter band-pass 50 Hz), perhatian harus diberikan pada dampak perubahan kapasitansi pada kinerja filter.
Dalam desain tertanam, MCU diharuskan untuk beralih dari mode kerja yang mengonsumsi daya dan memproses secara intensif ke mode siaga/tidur yang berdaya rendah. Transisi ini dapat dengan mudah menyebabkan peningkatan tajam dalam kehilangan saluran, dengan laju peningkatan yang tinggi, mencapai 20 A/ms atau bahkan lebih cepat.
Kapasitor bypass biasanya digunakan untuk mengatasi masalah bahwa regulator tegangan tidak dapat beradaptasi dengan perubahan beban yang disebabkan oleh perangkat berkecepatan tinggi dalam sistem, memastikan stabilitas keluaran catu daya dan respons transien yang baik.
Kapasitor bypass adalah perangkat penyimpan energi yang menyediakan energi untuk komponen lokal. Ini dapat membuat keluaran regulator tegangan lebih seragam dan mengurangi permintaan beban. Mirip dengan baterai kecil yang dapat diisi ulang, kapasitor bypass dapat diisi dan kemudian dikosongkan untuk menyalurkan daya ke komponen.
Untuk meminimalkan impedansi, kapasitor bypass harus ditempatkan sedekat mungkin dengan pin catu daya dan pin ground perangkat beban. Hal ini secara efektif dapat mencegah peningkatan potensi tanah dan kebisingan yang disebabkan oleh nilai input yang berlebihan. Ground bounce merujuk pada penurunan voltase pada koneksi ground saat lonjakan arus besar melewatinya.
Perlu dicatat bahwa kapasitor bypass berkapasitas besar dan kecil mungkin diperlukan, dan kadang-kadang bahkan diperlukan beberapa kapasitor keramik dan kapasitor tantalum. Kombinasi semacam itu dapat memecahkan masalah yang mungkin disebabkan oleh perubahan bertahap pada arus beban dan juga memberikan pemisahan yang cukup untuk menekan lonjakan tegangan dan arus.
Dalam kasus perubahan beban yang sangat besar, tiga atau lebih kapasitor dengan kapasitansi yang berbeda diperlukan untuk memastikan pasokan arus yang cukup sebelum pengatur tegangan menstabilkan tegangan. Kapasitor berkapasitas kecil frekuensi tinggi digunakan untuk menekan proses transien cepat, kapasitor berkapasitas besar frekuensi rendah digunakan untuk menekan proses transien kecepatan sedang, dan sisanya diserahkan pada pengatur tegangan.
Perlu diingat juga bahwa pengatur tegangan juga mengharuskan kapasitor ditempatkan sedekat mungkin dengan terminal keluaran tegangan.
Pandangan umum adalah bahwa kapasitor eksternal berkapasitas relatif besar dengan resistansi seri ekuivalen (ESR) yang kecil dapat secara efektif menyerap arus puncak (riak) selama konversi cepat.
Namun, terkadang pilihan seperti itu dapat dengan mudah menyebabkan ketidakstabilan pada regulator tegangan (terutama regulator tegangan linier LDO). Oleh karena itu, perlu dipilih secara wajar nilai kapasitansi kapasitor berkapasitas kecil dan kapasitor berkapasitas besar. Selalu ingat bahwa regulator tegangan adalah penguat, dan ia dapat menunjukkan semua masalah yang mungkin dimiliki penguat.
Karena kecepatan respons konverter DC/DC relatif lambat, kapasitor decoupling keluaran memainkan peran dominan dalam tahap awal langkah beban. Oleh karena itu, kapasitor berkapasitas besar tambahan dibutuhkan untuk memperlambat konversi cepat relatif terhadap konverter DC/DC, dan kapasitor frekuensi tinggi digunakan untuk memperlambat konversi cepat relatif terhadap kapasitor besar.
Secara umum, resistansi seri ekivalen kapasitor berkapasitas besar harus dipilih secara tepat untuk memastikan bahwa nilai puncak dan lonjakan tegangan keluaran berada dalam rentang yang ditentukan dalam Lembar Data perangkat.
Dalam konversi frekuensi tinggi, kapasitor berkapasitas kecil dalam kisaran 0,01 μF hingga 0,1 μF dapat memenuhi persyaratan dengan baik. Kapasitor keramik yang dipasang di permukaan atau kapasitor keramik multilapis (MLCC) memiliki ESR yang lebih kecil.
Selain itu, pada nilai kapasitansi ini, volume dan biaya BOM-nya relatif masuk akal. Jika decoupling frekuensi rendah lokal tidak mencukupi, tegangan input akan berkurang saat mengkonversi dari frekuensi rendah ke frekuensi tinggi. Proses penurunan tegangan dapat berlangsung selama beberapa milidetik, dan durasinya terutama bergantung pada penguatan regulasi regulator tegangan dan waktu yang dibutuhkan untuk menyediakan arus beban yang besar.
Menggunakan kapasitor dengan ESR besar secara paralel lebih hemat biaya daripada menggunakan kapasitor tunggal dengan ESR yang sangat rendah. Namun, hal ini memerlukan pencarian keseimbangan antara luas PCB, jumlah komponen, dan biaya.
Di sini, kapasitor elektrolit terutama mengacu pada kapasitor elektrolit aluminium, dan parameter kelistrikan dasarnya mencakup lima poin berikut:
-
Nilai Kapasitansi
Nilai kapasitansi kapasitor elektrolit bergantung pada impedansi yang ditunjukkannya saat beroperasi di bawah tegangan bolak-balik. Oleh karena itu, nilai kapasitansi, yaitu nilai kapasitansi AC, bervariasi dengan frekuensi operasi, tegangan, dan metode pengukuran. Menurut standar JISC 5102, kondisi pengukuran kapasitansi kapasitor elektrolit aluminium adalah frekuensi 120 Hz, tegangan AC maksimum 0,5 Vrms, dan tegangan bias DC 1,5 - 2,0 V. Dapat ditegaskan bahwa kapasitansi kapasitor elektrolit aluminium menurun seiring dengan peningkatan frekuensi.
-
Tan δ (Faktor Disipasi Tangent)
Dalam rangkaian ekuivalen kapasitor, rasio resistansi ekuivalen seri ESR terhadap reaktansi kapasitif 1/ωC disebut Tan δ, di mana ESR dihitung pada 120 Hz. Jelasnya, Tan δ meningkat seiring dengan peningkatan frekuensi pengukuran dan juga meningkat seiring dengan penurunan suhu pengukuran.
-
Impedansi Z
Pada frekuensi tertentu, resistansi yang menghambat aliran arus bolak-balik disebut impedansi (Z). Hal ini terkait erat dengan nilai kapasitansi dan nilai induktansi pada rangkaian ekuivalen kapasitor dan juga terkait dengan ESR.
\(Z = \sqrt{[ESR^2+(X_L - X_C)^2]}\)
Dalam rumusnya,
Persamaan X_C = 1/ωC = 1/(2πfC)
Dan
\(X_L = ωL = 2πfL\)
. Reaktansi kapasitif (
\(X_C\)
) kapasitor berangsur-angsur berkurang seiring dengan peningkatan frekuensi dalam rentang frekuensi rendah. Ketika frekuensi terus meningkat dan mencapai kisaran frekuensi menengah, reaktansi induktif (
\(X_L\)
) turun ke nilai ESR. Ketika frekuensi mencapai rentang frekuensi tinggi, reaktansi induktif (
\(X_L\)
) menjadi dominan, sehingga impedansi meningkat seiring dengan peningkatan frekuensi.
-
Arus Bocor
Dielektrik kapasitor memiliki resistansi besar terhadap arus searah. Namun, karena dielektrik film aluminium oksida terbenam dalam elektrolit, ketika tegangan diberikan, arus yang sangat kecil yang disebut arus bocor dihasilkan selama pembentukan kembali dan perbaikan film oksida. Biasanya, arus bocor meningkat seiring dengan peningkatan suhu dan tegangan.
-
Arus Riak dan Tegangan Riak
Pada beberapa material, keduanya disebut "arus riak" dan "tegangan riak", yang sebenarnya adalah arus riak dan tegangan riak. Mereka mewakili nilai riak arus/tegangan yang dapat ditahan oleh kapasitor. Mereka berhubungan erat dengan ESR dan dapat diungkapkan dengan rumus berikut:
\(U_{rms}=I_{rms}×R\)
Dalam rumusnya,
\(V_{rms}\)
mewakili tegangan riak,
\(Saya_{rms}\)
mewakili arus riak, dan
R mewakili ESR kapasitor. Dapat dilihat dari atas bahwa ketika arus riak meningkat, bahkan jika ESR tetap tidak berubah, tegangan riak akan meningkat secara eksponensial. Dengan kata lain, ketika tegangan riak meningkat, arus riak juga meningkat, itulah sebabnya diperlukan kapasitor dengan nilai ESR yang lebih rendah. Bila arus riak ditumpangkan, resistansi seri ekivalen internal (ESR) kapasitor menghasilkan panas, yang memengaruhi masa pakai kapasitor. Secara umum, arus riak sebanding dengan frekuensi, sehingga arus riak relatif rendah pada frekuensi rendah.
![Fungsi Kapasitor [Linkeycon] 1]()
Pada input catu daya AC, umumnya tiga kapasitor ditambahkan untuk menekan gangguan yang ditimbulkan EMI.
Input dari catu daya AC biasanya dibagi menjadi tiga kabel: kabel hidup (L), kabel netral (N), dan kabel ground (G). Kapasitor yang dihubungkan secara paralel antara kabel hidup dan kabel tanah dan antara kabel netral dan kabel tanah secara umum disebut kapasitor Y.
Posisi sambungan kedua kapasitor Y ini sangat penting dan harus memenuhi standar keselamatan yang relevan untuk mencegah kebocoran listrik pada perangkat elektronik atau elektrifikasi sasis, yang dapat membahayakan keselamatan pribadi. Oleh karena itu, mereka adalah kapasitor pengaman. Nilai kapasitansinya tidak boleh terlalu besar, dan tegangan tahannya harus tinggi.
Secara umum, untuk mesin yang beroperasi di wilayah subtropis, arus bocor tanah diharuskan tidak melebihi 0,7 mA; untuk mesin yang beroperasi di wilayah beriklim sedang, arus bocor tanah diharuskan tidak melebihi 0,35 mA. Oleh karena itu, total kapasitansi kapasitor Y umumnya tidak boleh melebihi 4700 pF.
Pengingat khusus dari "Hardware Notebook": Kapasitor Y adalah kapasitor pengaman dan harus disertifikasi oleh lembaga pengujian keselamatan. Tegangan tahan kapasitor Y umumnya ditandai dengan tanda sertifikasi keselamatan dan AC250V atau AC275V, tetapi tegangan tahan DC aktualnya setinggi lebih dari 5000V. Oleh karena itu, kapasitor Y tidak dapat begitu saja diganti dengan kapasitor biasa yang diberi tanda tegangan tahan AC250V atau DC400V.
Kapasitor yang dihubungkan paralel antara kabel hidup dan kabel netral secara umum disebut kapasitor X. Karena posisi sambungan kapasitor ini juga penting, ia juga harus memenuhi standar keselamatan.
Oleh karena itu, kapasitor X juga termasuk salah satu kapasitor pengaman. Nilai kapasitansi kapasitor X diperbolehkan lebih besar dari nilai kapasitansi kapasitor Y, namun pada kedua ujung kapasitor X harus dipasang resistor pengaman yang diparalelkan, hal ini untuk mencegah agar colokan power supply tidak terisi daya dalam waktu lama akibat adanya proses charging (pengisian) dan discharging (pengosongan daya) kapasitor pada saat kabel power supply dicolokkan atau dicabut.
Standar keselamatan menetapkan bahwa saat kabel catu daya mesin yang sedang beroperasi dicabut, dalam waktu dua detik, tegangan (atau potensial ke tanah) di kedua ujung steker catu daya harus kurang dari 30% dari tegangan operasi terukur semula.
Demikian pula, kapasitor X adalah kapasitor pengaman dan harus disertifikasi oleh lembaga pengujian keselamatan. Tegangan tahan kapasitor X umumnya ditandai dengan tanda sertifikasi keselamatan dan AC250V atau AC275V, tetapi tegangan tahan DC aktualnya setinggi lebih dari 2000V. Jangan gunakan kapasitor biasa yang diberi tanda tegangan tahan AC250V atau DC400V sembarangan saat menggunakan kapasitor X.
Kapasitor X umumnya menggunakan kapasitor film poliester dengan arus riak yang relatif besar. Kapasitor ini umumnya berukuran besar volumenya, tetapi dapat memungkinkan arus pengisian dan pengosongan sesaat yang besar, dan resistansi internalnya relatif kecil.
Indeks arus riak kapasitor biasa sangat rendah, dan resistansi internal dinamisnya tinggi. Menggunakan kapasitor biasa untuk menggantikan kapasitor X tidak hanya tidak memenuhi persyaratan ketahanan tegangan tetapi juga secara umum tidak dapat memenuhi persyaratan indeks arus riak.
Faktanya, hampir mustahil untuk sepenuhnya menyaring sinyal interferensi yang terhantar hanya dengan mengandalkan kapasitor Y dan kapasitor X. Karena spektrum frekuensi sinyal interferensi sangat luas, pada dasarnya meliputi rentang frekuensi dari puluhan KHz hingga beberapa ratus MHz atau bahkan lebih dari seribu MHz.
Secara umum, penyaringan sinyal interferensi low-end memerlukan kapasitor filter berkapasitas besar, namun karena keterbatasan kondisi keselamatan, nilai kapasitansi kapasitor Y dan kapasitor X tidak dapat besar. Untuk menyaring sinyal interferensi kelas atas, kinerja penyaringan kapasitor berkapasitas besar sangat buruk, terutama kinerja frekuensi tinggi kapasitor film poliester yang umumnya buruk.
Karena kapasitor film poliester diproduksi melalui proses penggulungan, dan karakteristik respons frekuensi tinggi dari dielektrik film poliester jauh dari keramik atau mika. Secara umum, dielektrik film poliester memiliki efek penyerapan, yang mengurangi frekuensi operasi kapasitor. Rentang frekuensi operasi kapasitor film poliester kira-kira sekitar 1 MHz. Ketika frekuensi melebihi 1 MHz, impedansinya akan meningkat secara signifikan.
Oleh karena itu, untuk menekan gangguan konduksi yang dihasilkan oleh perangkat elektronik, selain memilih kapasitor Y dan kapasitor X, beberapa jenis filter induktif harus dipilih secara bersamaan dan dikombinasikan untuk menyaring gangguan tersebut.
Filter induktif kebanyakan termasuk ke dalam filter low-pass, tetapi ada banyak spesifikasi dan tipe filter induktif, seperti mode diferensial, mode umum, frekuensi tinggi, frekuensi rendah, dan sebagainya. Setiap jenis induktor terutama bekerja dengan menyaring sinyal-sinyal interferensi dalam segmen frekuensi kecil tertentu dan memiliki pengaruh kecil dalam menyaring sinyal-sinyal interferensi pada frekuensi-frekuensi lainnya.
Secara umum, induktor dengan induktansi besar memiliki lilitan kumparan yang lebih banyak, sehingga kapasitansi terdistribusinya juga besar. Sinyal interferensi frekuensi tinggi akan dilewati melalui kapasitansi terdistribusi. Selain itu, inti magnetik dengan permeabilitas magnetik tinggi memiliki frekuensi operasi yang relatif rendah.
Saat ini, frekuensi operasi inti magnetik sebagian besar filter induktif yang digunakan secara luas berada di bawah 75 MHz. Untuk aplikasi dengan persyaratan frekuensi tinggi, inti magnetik toroidal frekuensi tinggi harus dipilih. Inti magnetik toroidal frekuensi tinggi umumnya memiliki permeabilitas magnetik yang rendah tetapi induktansi kebocoran yang sangat kecil, seperti inti magnetik paduan amorf dan inti magnetik permalloy.
LINKEYCON didirikan pada tahun 2017. Perusahaan ini berfokus pada desain, pengembangan, manufaktur, dan penjualan kapasitor elektrolit aluminium dan merupakan peningkatan dari SZWX yang didirikan pada tahun 2005. Kantor pusat perusahaan tersebut berlokasi di Kota Sains Danau Songshan, Dongguan, Provinsi Guangdong. Memiliki laboratorium tingkat provinsi dan telah membangun lima R & Sistem D yang mencakup lingkungan aplikasi sisi klien, material, proses, produk, dan teknologi manufaktur, serta sistem manajemen ilmiah yang dibangun dengan teknologi informasi generasi baru. Telah menjadi pemasok strategis bagi para pemimpin industri dalam dan luar negeri dalam bidang konverter frekuensi, inverter, pencahayaan, dan bidang lainnya. Untuk informasi lebih lanjut,
silahkan klik:
https://www.linkeycon.com/about-us.html