Naponski kondenzatori Paralelno: Kakav je zapravo rejting banke
Praktičan vodič za kapacitivnost, dijeljenje struje i gornju granicu napona koja upravlja bilo kojom paralelnom baterijom kondenzatora.
Šest uskočnih kondenzatora od 470 µF smješteno je u nizu preko 400 V DC veze modula za punjenje. Crtež skupinu naziva bankom od 2820 µF, a svi taj broj čitaju kao bezopasnu aritmetiku. Zatim netko pita što se događa ako se dvije od šest pozicija popune dijelovima od 350 V umjesto 450 V, a soba se utiša.
Evo odgovora prije obrazloženja. Svi paralelni kondenzatori vide isti napon, njihovi kapaciteti se zbrajaju, njihov ekvivalentni serijski otpor opada, a nazivni napon cijele baterije jednak je najnižem nazivnom u nizu. Ne prosječno, ne najviše, niti nešto što izgled može poboljšati.
Ta jedna rečenica odlučuje hoće li banka preživjeti skok ili će ispustiti elektrolit u vrućem poslijepodnevu. Slijedi ono što se zapravo mijenja kada se kondenzatori postave paralelno, što se uopće ne mijenja i koji detalji znaju gristi tijekom kvalifikacije.
Jedan napon, zajedničko punjenje: Što mijenja paralelna veza
U paralelnom rasporedu terminali su međusobno povezani, tako da svaki kondenzator vidi istu razliku potencijala. Naboj se ne dijeli jednako; dijeli se proporcionalno kapacitetu. Na 48 V, kondenzator od 1000 µF pohranjuje deset puta veći naboj od kondenzatora od 100 µF koji se nalazi pokraj njega, dok su oba pod pritiskom potpuno istog napona.
Aritmetika je jednostavna. Ukupni kapacitet je zbroj pojedinačnih vrijednosti, a pohranjena energija slijedi taj ukupni kapacitet:
- C ukupno = C1 C2 ... Cn
- Pohranjena energija = 1/2 x C ukupno x V na kvadrat
- Ekvivalentni otpor i induktivitet kombiniraju se kao recipročne vrijednosti, tako da padaju kada se dodaju dijelovi
| Vlasništvo | Serija banka | Paralelna banka |
|---|---|---|
| Ukupni kapacitet | Recipročni dodaci | Vrijednosti se izravno dodaju |
| Napon na svakom dijelu | Dijeli; najveći udio zauzima najmanji kondenzator | Identičan za svaki kondenzator u bateriji |
| Nazivni napon grupe | Dodaje, pod uvjetom da postoji balansiranje | Jednaka je najnižoj pojedinačnoj ocjeni |
| Hardver za balansiranje | Obično je potrebno | Nije potrebno |
| Tipična uloga | Visokonaponske žice i naslagane veze | Skupna pohrana, odvajanje, dijeljenje valova |
| Rizik najslabijeg dijela | Prenapon na najmanjem kondenzatoru | Pregrijavanje u kondenzatoru s najnižim ESR-om |
Nazivni napon paralelne banke, jasno izražen
Kapacitivnost se paralelno dodaje. Nazivni napon ne. Banka jednostavno nasljeđuje najniži broj u nizu.
Kondenzator od 63 V i kondenzator od 35 V spojeni paralelno tvore banku od 35 V. Dio od 63 V teče daleko ispod vlastite gornje granice, što je bezopasno za kondenzator i dovodi u zabludu svakoga tko čita shematski prikaz.
Postoji drugi sloj pravila: nazivni napon nije radni napon. Aluminijski elektrolitičari obično rade s rezervom. Sjedenje na 80 posto nazivnog napona uobičajena je osnova za dizajne na sobnoj temperaturi; dizajni s visokom valovitošću ili 105 °C često se kreću prema 70 posto, a dugotrajni industrijski proizvodi mogu pasti još niže.
Prenaponske vrijednosti nisu radni naponi. Dio koji tolerira kratki udar pri svom nazivnom naponu ne bi trebao biti tu stalno živ, a paralelna banka ne nudi zajedničku rezervu koju ne bi imao jedan kondenzator.
| Nazivni napon | 80 posto cilja | 70 posto cilja |
|---|---|---|
| 25 V | 20 V | 17,5 V |
| 35 V | 28 V | 24,5 V |
| 50 V | 40 V | 35 V |
| 63 V | 50 V | 44 V |
| 100 V | 80 V | 70 V |
| 200 V | 160 V | 140 V |
| 400 V | 320 V | 280 V |
| 450 V | 360 V | 315 V |
Zašto paralelne banke zarađuju svoj prostor u odboru
Paralelni spoj dijeli otpor i induktivitet na isti način na koji se otpornici spajaju. Pet kondenzatora sa 100 miliohma ESR ponašaju se, kao grupa, kao komponenta od 20 miliohma. Niži ekvivalentni otpor znači manje unutarnje zagrijavanje pri danoj valovitoj struji, a manje zagrijavanje znači duži vijek trajanja; poznato pravilo je da svakih 10 °C smanjenja temperature jezgre otprilike udvostručuje vijek trajanja.
Valovita struja se ipak ne dijeli ravnomjerno. Dijeli se prema impedanciji, tako da kondenzator s najnižim ESR-om u bateriji ima najveći udio i radi najviše. Provjera samo ukupnog valovitog rejtinga banke, umjesto udjela po dijelu, je način na koji se jedna topla limenka pojavljuje pod termalnom kamerom.
Prije nego što se izgled zamrzne, vrijedi ga ponovno pogledati kako ESR oblikuje valovitost struje i topline u aluminijskom elektrolitskom kondenzatoru, jer taj odnos postavlja stvarnu granicu paralelne baterije.
Neusklađeni dijelovi i stres koji migrira
Dva kondenzatora iz iste proizvodne serije mogu se razlikovati za 20 posto u kapacitetu i znatno više u ESR-u, posebno kada dolaze iz različitih serija ili različitih uvjeta skladištenja. U paralelnoj grupi to širenje pokazuje se kao nejednaka raspodjela struje, a ne kao nejednak napon.
Slijed neuspjeha vrijedi navesti jer je kontraintuitivan. Dio s najnižim ESR-om nosi najveću valovitost struje i najtopliji je. Toplina suši elektrolit, što povećava ESR i smanjuje kapacitet. Kako njegov ESR raste, njegov udio struje pada, a preostali kondenzatori apsorbiraju razliku. Banka rijetko propada odjednom; rotira naprezanje od dijela do dijela sve dok se ne oslobodi.
Nikada nemojte miješati vrijednosti napona unutar jedne paralelne banke, čak ni tijekom izrade prototipa. Ako banka mora kombinirati serije ili lotove, izmjerite ESR prije sastavljanja i zamrznite popis materijala kroz kvalifikaciju, jer tiha promjena dobavljača može pomaknuti trenutnu ravnotežu na načine koje shema neće prikazati.
Bakar je važan jednako kao i kapacitet
Otpor tragova i sabirnica od nekoliko miliohma irelevantan je pri 1 A, a odlučujući pri 100 A. Ako je put bakra do jednog kondenzatora 30 mm duži od puta do njegovog susjeda, strujni rascjep pratit će bakar, a ne podatkovnu tablicu. Simetrični rasporedi, grane jednake duljine i zajednička zvjezdica standardni su popravci.
Ista se logika primjenjuje na visokoj frekvenciji, gdje dominira ekvivalentni serijski induktivitet. Paralelni kondenzatori smanjuju induktivitet petlje baterije samo kada dijele kompaktni povratni put; raširite ih po širokoj petlji i korist ispari.
Zbog toga se polimerni dijelovi s niskim ESR-om i skupni elektroliti često koriste zajedno: polimer se nosi s brzim rubom, elektrolitik pokriva sporiju potražnju za energijom, a bakar odlučuje hoće li oba obaviti svoj posao.
Praktični kontrolni popis za paralelne banke
Većina paralelnih bankovnih problema potječe iz pet odluka koje su donesene rano i rijetko se vraćaju. Donji popis je verzija koja se održava u proizvodnji.
- Postavite napon banke od kondenzatora najniže nazivne vrijednosti, a zatim primijenite smanjenje: 80 posto nazivne vrijednosti kao donju vrijednost za dizajne na sobnoj temperaturi, bliže 70 posto za rad s velikim valovima ili visokom temperaturom.
- Zadržite jednu ocjenu, jednu seriju i idealno jednu seriju preko banke. Mješoviti nizovi znače mješoviti ESR, a mješoviti ESR znači mješovitu struju.
- Odredite valovitost veličine po kondenzatoru, a ne po bateriji, i pretpostavite da će dio s najnižim ESR-om uzeti više od svog aritmetičkog udjela.
- Položite bakar simetrično, jer su jednake duljine puta važnije od ukupne površine bakra nakon porasta struje.
- Potvrdite toplinsku sliku pri najgorem slučaju opterećenja kamerom, a ne samo proračunskom tablicom.
- Unaprijed odlučite što neispravni kondenzator smije učiniti. Odzračivanje, kratki spoj i postupni gubitak kapaciteta tri su različita događaja s tri različite posljedice.
Kada više paralelnih kondenzatora prestane pomagati
Paralelni spoj povećava kapacitet. Nikada ne povećava naponsku sposobnost, što je zadatak serijskog niza, a serijski nizovi trebaju balansne otpornike jer se tolerancija kapaciteta izravno pretvara u neravnotežu napona.
Pohranjena energija također raste s bankom. Banka od 2,820 µF napunjena na 400 V drži otprilike 226 džula, a sve je dostupno putanji greške, ispuštenom alatu ili ruci tehničara. Otpornici za odzračivanje, definirano vrijeme pražnjenja i zaštita od kratkog spoja dio su grupe, a ne dodatni dodaci.
Još jednu suptilnost vrijedi znati. Paralelno spajanje dviju skupina vrlo različitih vrijednosti kapacitivnosti može stvoriti antirezonanciju između njih, gdje kombinirana impedancija raste na određenoj frekvenciji umjesto da pada. Rijetko je važno u skupnom skladištenju energije, a jako je važno u visokofrekventnim mrežama za odvajanje.
Pohranjena energija je opasnost u bilo kojoj paralelnoj banci. Potvrdite dimenzioniranje odzračivača, vrijeme pražnjenja i postupak zaključavanja prije prvog uključivanja i tretirajte kondenzator koji nije ispražnjen kao napon.
Tri broja odlučuju hoće li se paralelna grupa ponašati: nazivni napon, koji je najniži nazivni u nizu; kapacitet, koji je zbroj; i ESR, koji je recipročna vrijednost zbroja recipročnih vrijednosti. Kondenzator koji nosi najveću valovitost struje je onaj s najmanjim otporom, a također će biti i onaj koji se najviše zagrije.
Ispravite ih, držite bakar simetričnim i održavajte popis materijala stabilnim, a paralelne banke rade upravo ono što dizajneri traže od njih: smanjuju impedanciju, šire toplinu i kupuju godine radnog vijeka za cijenu nekoliko dodatnih komponenti. Budući da je banka uvijek jaka onoliko koliko je jaka najslabiji dio u njoj, dobavljač aluminijskih elektrolitskih kondenzatora koji može dokumentirati podatke o toleranciji i životnom vijeku u jednoj seriji čini taj izračun daleko lakšim za obranu.
