Отключаемые счетчики электроэнергии на пульте. Все с документами пломбами, гарантией и без посредников!

Импульсные преобразователи напряжения – Выбор конденсаторов

Импульсные преобразователи напряжения – Выбор конденсаторов

© klausmobile 2001 – по материалам зарубежной прессы

При построении импульсного ПН сразу встает вопрос – какие конденсаторы ставить как на выход выпрямителя, так и на подпорку первичной обмотки трансформатора. Вопрос не праздный – хорошие импульсные конденсаторы найти оказалось нелегко.

Определимся для начала, какие конденсаторы нам нужны. По напряжению на вторичной шине – 35, 50 или 63В, гибкие выводы, по габаритным ограничениям – емкостью 1000 мкФ (50-63В), 2200 мкФ (35В). Для упрощения – ограничусь единственным номиналом 1000мкФ на 50В что примерно соответствует размеру 16*36мм для стандартных электролитов. За абсолютное начало отсчета примем широко доступную в Москве серию GS (Стандарт, 105С) тайваньской фирмы Ark Electronic. Для сравнения поставим рядом импульсный Ark SZ и чистопородных американцев Mallory.

Семейный альбом электролитов – Ключевые параметры

Конструктив. Сразу отсечем большие банки под винтовые клеммы, субминиатюрные (4-8мм) емкости, емкости с аксиальными выводами (удлиняется токовая петля, неэффективный монтаж) – ограничиваясь либо стандартными гибкими радиальными выводами либо жесткими выводами-крюками под клемму, их тоже можно распаивать на плату.

Температурный диапазон, срок эксплуатации (Lifetime), категория надежности (Reliability Grade). Срок эксплуатации и время наработки на отказ тесно увязано с верхней границе температурного диапазона. В зависимости от состава и технологии "упаковки" электролита верхняя граница устанавливается на уровне +85С (стандарт), +105С (повышенная), +125-140С (высокотеипературные емкости). Срок эксплуатации устанавливается именно для этой температуры, он составляет 1000 часов для стандартных типов и определяется как время, за которое параметры конденсатора, заряженного до предельно допустимого постоянного рабочего напряжения, гарантированно останутся в "зеленой зоне". Как правило, контролируются отклонения: емкости (20%), тангенса угла потерь (не выше +50% ) и тока утечки (не выше гарантированного максимума). Для импульсных электролитов – нормируют также повышение ЭПС и(или) полного импеданса.

1000 часов – смехотворно малый срок, пускай и заведомо заниженный. Зато при снижении температуры на каждые 10 градусов вплоть до +25С, срок эксплуатации удваивается. Таким образом, емкость с маркировкой 105С в равных условиях в 4 раза долговечнее емкости с маркировкой 85С! Учитывая напряженные условия жизни в автомобильном усилителе – ограничимся емкостями нормированными +105С и выше. Конденсаторы повышенной надежности/долговечности (бортовые) нормируются и на сроки более 1000 часов, вплоть до 20.000 часов, но это дефицит. По технологическим причинам получить высокую надежность в миниатюрном корпусе сложно, поэтому многие продвинутые серии гарантируют 5000+ часов для диаметра 10 мм и выше, а 8 мм и ниже – только 2000 часов.

Ток утечки (Leakage Current) конденсатора для нас не принципиален. Существуют емкости, специально нормированные на малый ток утечки. Порядок токов (для выбранного номинала на предельных U и Т) такой –

Для сетевого усилителя с емкостями порядка 40.000 мкФ ток утечки стандартных емкостей составит 80мА, мощность потерь при 63В – 5 Ватт, что не так уж существенно, тем более в реальной жизни на емкость подается не предельное напряжение, а существенно меньше. В автомобильном усилителе суммарная емкость в разы меньше, так что током уиечки пренебрегаем.

Внимание! В буржуйской литературе все динамические параметры ПО УМОЛЧАНИЮ нормируются на 120Гц, а не 50Гц как в ГОСТе.

Тангенс угла потерь (Dissipation Factor) всех стандартных конденсаторов укладывается в диапазон 0.15-0.25. Тангенс угла потерь "импульсных" вдвое меньше, порядка 0.06-0.15, причем 0.15 соответствует малым рабочим напряжениям, а 0.06-0.10 – напряжениям 50-100В. Именно по этой причине во входной, 12В цепи непосредственно перед первичкой трансформатора можно увидеть емкости, маркированные +35..+50В, хотя даже с учетом импульсных выбросов напряжение достаточно и +20-25В. На высоких (выше 100-150В) напряжениях тангенс потерь вновь возрастает.

Предельный ток пульсаций (Ripple Current) – принципиален для фильтров питания, чем больше тем лучше! Определяется конструктивом (омическое сопротивление обкладок и выводов) и характеристиками электролита. С повышением частоты пульсаций от примерно 10 Гц до 1кГц допустимый ток пульсаций повышается примерно с 75% до 125-150% от нормы, далее для стандартных емкостей высокий собственный импеданс принудительно ограничивает ток ниже нормы. С понижением температуры до 40-60С норма тока также повышается, но не более чем вдвое.

Порядок нормированных токов для нашего конденсатора (почувствуйте разницу)

В отечественной практике используют норму предельных пульсаций НАПРЯЖЕНИЯ синуса 50 Гц на емкости. Этот параметр и ток пульсаций взаимозаменимы. Напряжение удобно тем, что для всей серии достаточно одного этого параметра, мало зависящего от емкости. А ток (для конкретного номинала) более приближен к физическому смыслу процессов, разрушающих емкость.

Эквивалентное последовательное сопротивление – основной показатель пригодности емкости для импульсных применений. Оно нормируется как правило только для импульсных электролитов

Есть мнение, что заменив один большой электролит на много маленьких в параллель, можно существенно понизить импеданс. Так ли это? Сравним наш 1000 мкФ конденсатор с двумя по 470 мкФ и десятью по 100 мкФ. Для Ark SZ:

Во первых, рассеивается заблуждение что у маленькой емкости сопротивление меньше, чем у большой. Нет, это у большой – меньше. Во-вторых, эффект есть, но проявляется только при большом отрыве номинала, и неправильная разводка трасс может даже ухудшить положение. Проверим на Mallory SXR:

Опаньки! Никакого эффекта. Причем и абсолютная величина сопротивления в разы хуже тайваньца. То ли кто-то врет, то ли кто-то перестраховывается. A что если проверить на больших банках – например, наберем 0.2 Ф из конденсаторов серии Mallory СGR на 20В

Эффект проявляется только на верхних номиналах серии (от 51 к 20 мФ), там, где общий импеданс банки определяется сопротивлением выводов, и сходит на нет на "мелких" номиналах, когда импеданс начинает возрастать обратно пропорционально емкости. А индуктивность монтажа, скорее всего, приведет к ухудшению параметров, речь-то о миллиОмах и наноГенри. Так что, работая с конкретной серией, извольте либо искать подробную документацию, либо измерить емкость – но как это делать на токи в сотни ампер в кухонных условиях…. остается лишь испытанный временем метод Тыка.

Специальные типы электролитов – Буржуйская терминология

Замечания о советских конденсаторах

Многие из них нормированы наработать на отказ 5000-10000 часов при 85С. Однако технические условия "отказа" включают 50% падение емкости, трехкратный рост тангенса угла потерь и утечки, что несопоставимо с современными буржуйскими стандартами.

Уже упомянутый К50-33 выпускается (до сих пор – Северо-Задонский завод) выпускается с 4-мя аксиальными выводами, что при длине конденсатора 60-90мм раздувает токовую петлю (в первичной цепи) до неприемлемой длины. Полное сопротивление нормировано на 10-1000 кГц и составляет для всех типономиналов от 30 до 100 мОм – это хорошо. Хуже то, что в течение эксплуатации допустим его трехкратный рост. Минимальная наработка на отказ (с учетом указанных выше рамок) – 2000 часов при 85С, 5000 часов при 70С. Это единственный подлинно ВЧ электролит в советской номенклатуре. Так называемые "импульсные" алюминиевые емкости К50И-1, К50-3И, 13, 17, 21, 23 и их родичи пусковые конденсаторы К50-19 – предназначены для цепей от 150 до 1000В и к нашим задачам неприменимы. Их сопротивление не нормируется.

Танталовые "таблетки" К53-28 выпускаются вплоть до предельного номинала 10мкФ*40В, 68мкФ*16В также с аксиальными выводами. При этом полное сопротивление 0.4-10 Ом (0.4Ом как раз для 10мкФ*40В, при габаритах таблетки 15*12*5мм). Ниобиевые К53-27, также с аксиальными выводами, выпускаются предельными номиналами 10мкФ*40В, 47 мкФ*20В, 220мкФ*16В. Нормируется сопротивление на частоте 200 кГц (для этих номиналов 0.3-1.0 Ома). Что касается широко распространенных полупроводниковых Al, Nb, Tl емкостей К53 других серий – ни одна из них не нормирована на сопротивление (или ток) на высоких частотах, так что и говорить не о чем. Да и удельная емкость – неприемлемо низкая.

Так что же ставить?

Вот выборка по типам алюминиевых конденсаторов фирм, представленных на московских базарах (исключая биполярные и под винтовое крепление). Никакого единообразия! Звездочкой выделены "банки", все прочие – с гибкими выводами. Ну а где искать – вы и сами сообразите, ищите и обрящете.

Импульсные показатели

Импульсные

Стандарт

Класс надежности / Audio Grade

High Rel (5000+ часов)

    High Rel, Computer grade

Audio Grade

Прочие

Температурный класс

Long Life 105C

85С

Long Life 105C

 
Производитель            
СССР     K50-33 (1МГц)      
Ark Electronic   SZ   GA GR   SA-SS *LGS *LGB
CapXon SZ GL (св.8мм) GL (5-8мм)   TH KM   SK-SS GS LL LP HP
Elna RSG RJB RJH RJJ RSE RJ3   RSL RKA *LPK LPH *LPG *LPT *LPX ROA(Cerafine) ROS (Silmic) ROD R2O R2A RA2 RA3 *LPO *LP4 *LP5
Jamicon TL WG WL     TM WB TH *HS *HP *RP LA *AP SH-SM *LP *LS *KP
Mallory   SXR VPR   SEK SH *LP   SK SS *LPW *LPX
Nichicon       DQ GJ GN GR GY GZ *KG LN LS LU GU
Samsung TMQ TMF TMZ STL TRF TRQ   UHT TMB *HMB *PST (?) SSE-SSL LN LN7 USL SMM SEM ST-STM TRB *PS *SMS *SMU *HRB-HRL
Samwha RZ RX WD NH NF *GF *GT RS RW *HB AD-AU (?) RC-RR RV NP NS и все на B S T Q *HC *HE *CU

Категория: Источники питания
Метки:

Написать коментарий

*
= 4 + 8

Добавить изображение

Последние статьи