パルス電圧コンバータ用のコンデンサの選択。スキーム、説明

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パルス電圧コンバータ用コンデンサの選定。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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パルス電圧変圧器を構築するとき、整流器の出力と変圧器の一次巻線のサポートの両方にどのコンデンサを配置するかという問題がすぐに生じます。これは無駄な質問ではありません。良いパルスコンデンサを見つけるのは簡単ではありませんでした。

まず、必要なコンデンサを決めましょう。二次バスの電圧 - 35、50、または 63V に応じて、寸法制限に従って - 1000 μF (50-63V)、2200 μF (35V) の容量を持つフレキシブルリード。単純化するために、1000 V で 50 uF という単一の公称値に限定します。これは、標準電解質の 16 * 36 mm のサイズにほぼ対応します。モスクワで広く入手可能な台湾企業 Ark Electronic の GS シリーズ (標準、105C) を絶対的な出発点として取り上げます。比較のために、インパルスアーク SZ と純血種のアメリカンマロリーを並べてみましょう。

電解質の家族アルバム。主なパラメータ

コンストラクティブ。当社は、ねじ端子用の大型ジャー、超小型 (4 ～ 8 mm) コンテナ、アキシャルリード付きコンテナ (電流ループが長くなり、取り付けが非効率的) を直ちに切断し、いずれかの規格に限定します。 フレキシブルラジアルリード またはリジッドフック端子 ターミナルの下にある、基板にはんだ付けすることもできます。

温度範囲、寿命、信頼性グレード

耐用年数と故障間隔は、温度範囲の上限と密接に関係しています。電解液の組成と「包装」技術に応じて、上限は+85℃（標準）、+105℃（増加）、+125〜140℃（高温容器）に設定されます。耐用年数はこの温度に合わせて特別に設定されており、標準タイプの場合は 1000 時間であり、最大許容一定動作電圧まで充電されたコンデンサのパラメータが「グリーンゾーン」に留まることが保証される時間として定義されます。。原則として、静電容量 (20%)、損失正接 (+50% 以下)、漏れ電流 (保証された最大値以下) の偏差が監視されます。パルス電解液の場合、ESR および/または総インピーダンスの増加も正規化されます。

スイッチング電圧変換器用コンデンサの選択

（クリックして拡大）

明らかに過小評価されているとはいえ、1000 時間は途方もなく短い期間です。ただし、+10℃まで 25 度ごとに温度が下がると、耐用年数は 105 倍になります。したがって、同じ条件下で 4℃ とマークされた容器は、85℃ とマークされた容器よりも XNUMX 倍耐久性があります。カーアンプ内でのストレスの多い生活環境を考慮し、標準化された容量に制限します。 +105℃以上。信頼性/耐久性が向上したコンデンサ (オンボード) は 1000 時間以上、最大 20.000 時間の耐久性を備えていますが、これでは不足しています。技術的な理由から、小型のケースで高い信頼性を得るのは難しいため、多くの上級シリーズでは直径 5000 mm 以上の場合は 10 時間以上を保証しますが、8 mm 以下の場合は 2000 時間しか保証しません。

漏れ電流 コンデンサは私たちにとって重要ではありません。低漏れ電流向けに特別に定格された容量があります。電流の順序 (制限 U および T での選択された定格の場合) は次のとおりです。

標準 (Ark GS 105C) : I(mA) < 0.03 C(mF)U(V) = 1.5 mA

パルス電源 (Ark SZ 105C) の場合: I(mA) < 0.01 C(mF)U(V) + 0.003 = 0.5 mA

漏れ電流の改善 (Ark SL 105C) : I(mA) < 0.002 C(mF)U(V) = 0.1 mA

マロリーのリークはほぼ同じです

約 40.000 µF の静電容量を持つネットワークアンプの場合、標準コンデンサの漏れ電流は 80 mA、63 V での電力損失は 5 ワットですが、特に実際のコンデンサには最大容量が供給されていないため、これはそれほど重要ではありません。電圧はありますが、かなり低くなります。車のアンプでは、総静電容量は数倍小さいため、駆動電流は無視されます。

注意！ブルジョワ文学では、デフォルトではすべての動的パラメータが 120 Hz に正規化されており、GOST のような 50 Hz ではありません。

損失係数 すべての標準コンデンサは 0.15 ～ 0.25 の範囲内に収まります。「パルス」損失角の正接は半分の約0.06～0.15で、0.15は低い動作電圧に対応し、0.06～0.10は50～100Vの電圧に対応します。このため、トランスの一次側の直前の入力 12V 回路では、+35..+50V とマークされた容量が見られますが、パルスサージを考慮しても、電圧は +20 ～ 25V で十分です。高電圧 (100 ～ 150 V 以上) では、損失正接は再び増加します。

リップル電流制限 (Ripple Current) - パワーフィルターにとって重要なので、多ければ多いほど良いです。それは設計 (プレートとリードのオーム抵抗) と電解液の特性によって決まります。リップル周波数が約 10 Hz から 1 kHz に増加すると、許容リップル電流は標準の約 75% から 125 ～ 150% に増加し、標準静電容量の場合、高い固有インピーダンスにより強制的に電流が標準以下に制限されます。温度が 40 ～ 60℃ に下がると、電流速度も増加しますが、XNUMX 倍を超えることはありません。

コンデンサの正規化された電流の次数 (違いを感じてください)

標準 (Ark GS 105C) : I(max) = 0.95 A (120 Hz 105C)

標準 (マロリー SK 85C): I(最大) = 1.35 A (120 Hz 85C)

1 kHz、65℃で同じ: I(max) = 2.0 A

パルス電源 (Ark SZ 105C) の場合: I(max) = 1.4 A

パルス電源 (Mallory SXR 105C) の場合: I(max) = 0.83 A (120Hz 105C)

120Hz、65Cで同じ：I（max）= 1.76 A

100kHz、105C で同じ: I(max) = 1.82 A

100kHz、65C で同じ: I(max) = 3.8 A

国内の実務では、静電容量に対する 50 Hz の正弦波の電圧リップル率を制限する値が使用されます。このパラメータとリップル電流は互換性があります。電圧は、シリーズ全体でこの XNUMX つのパラメータで十分であり、静電容量にほとんど依存しないため便利です。そして、（特定の定格の）電流は、容量を破壊するプロセスの物理的な意味に近いものになります。

等価直列抵抗 - パルス用途に対するコンテナの適合性を示す主な指標。原則としてパルス電解液のみに規格化されています。

標準 (Ark GS 105C): 標準化されていません

標準 (マロリー SK 85C): 130 ミリオーム (120 Hz 25C)

パルス電源(Ark SZ 105C)の場合: 50 mOhm (100 kHz 20C)

スイッチング電源用 (Mallory SXR 105C): 130 mOhm (100 kHz 25C)

ソビエト K50-33 1000uF-63V: 100-10 kHz で 1000 mOhm - まったく悪くありません。 10 kHz 未満では、0.75 Hz で約 20 オームまで直線的に増加します。確かに、サイズは26 * 60 mmで、ブルジョアサイズのXNUMX倍です。

1000 つの大きな電解質を多数の小さな電解質と並列で交換することで、インピーダンスを大幅に低減できるという意見があります。そうですか？ 470 μF コンデンサを 100 つの XNUMX μF コンデンサと XNUMX 個の XNUMX μF コンデンサと比較してみましょう。アークSZの場合：

Z（1000）=50mΩ

Z (470) = 80mΩ; Z (2*470) = 40mΩ

Z (100) = 250mΩ; Z (10*100) = 25mΩ

まず、小さな容器は大きな容器よりも抵抗が少ないという誤解が払拭されます。いいえ、大きいものは小さいです。第二に、影響はありますが、それは名目値に大きな差がある場合にのみ現れ、ルートの設定が間違っていると状況がさらに悪化する可能性があります。マロリーSXRでチェックしてみましょう:

Z（1000）=130mΩ

Z (470) = 280mΩ; Z (2*470) = 140mΩ

Z (100) = 1330mΩ; Z (10*100) = 133mΩ

おっとっと！無効。しかも抵抗の絶対値は台湾人の数倍悪い。誰かが嘘をついているか、誰かが安全策をとっているかのどちらかです。大きなバンクをチェックするとどうなるでしょうか - たとえば、0.2V で Mallory CGR シリーズコンデンサから 20 F をダイヤルします。

51mF: Z(51mF) = 8.5 ミリオーム、Z(4*51mF) = 2.2 ミリオーム、合計電流制限 4*22=88A

20 mF: Z(20mF) = 8.5 ミリオーム、Z(10*20mF) = 0.85 ミリオーム、合計電流制限 10*17=170A

7.7 mF: Z(7.7mF) = 23 ミリオーム、Z(26*7.7mF) = 0.88 ミリオーム、合計電流制限 26*8=200A

この効果は、バンクの合計インピーダンスがリード線の抵抗によって決定されるシリーズの上限定格 (51 ～ 20 mF) でのみ現れ、インピーダンスが増加し始める「小さい」定格では消えます。静電容量に反比例します。そして、設備のインダクタンスはパラメータの劣化につながる可能性が高く、ミリオームとナノヘンリーについて話しています。したがって、特定のシリーズを使用する場合は、詳細なドキュメントを参照するか、容量を測定してください。ただし、キッチン環境で数百アンペアの電流が流れる場合にこれを行うにはどうすればよいですか...残っているのは、長年の実績のある方法だけです。ティカメソッド。

特殊なタイプの電解質 - ブルジョワ用語

オーディオグレード- 曖昧な用語。これには、パワーフィルター用の高い放電電流を備えた高線形コンデンサーと、あらゆる種類の無極性「クロスオーバー用」「スルー」コンデンサーなどが含まれています。大量テクノロジーの野郎たち。最初のカテゴリーに当てはまるものを表に含めただけです

バラスト - LDS およびモーター用のバラスト、160 ～ 400V、最大 22 uF。インパルス指標は平均的です。

コンピュータグレード - インパルスパラメータとは何の関係もありません! これは中間の信頼性基準であり、家庭用のものよりは優れていますが、車載用のものよりは劣っています。原則として、2000 ～ 3000 時間の動作時間は、パラメータの維持に関してやや厳しい許容誤差で正規化されています。

偏向 - 偏向線走査システム用、25..100V、最大100μFの静電容量。インパルスインジケーターは良好です。

高エネルギー - XNUMX 回の放電の高エネルギー (大電流) 高リップル電流 -高リップル電流

高温 - 超高信頼性 (オンボード)、125C 以上に指定されています。体積と重量は標準の4〜8倍です。

フォトフラッシュ - フォトフラッシュ用、300V、1-100 µF、低漏れ電流、標準パルス性能。

ソ連のコンデンサーに関するメモ

それらの多くは、5000℃で 10000 ～ 85 時間、故障までに動作すると評価されています。しかし、「故障」の技術的条件には、容量の 50% の低下、損失と漏れの正接の XNUMX 倍の増加が含まれており、これは現代のブルジョワの標準とは比較にならないものです。

すでに述べた K50-33 (依然としてセヴェロ・ザドンスキー工場で生産されている) は4本のアキシャルリードで生産されており、コンデンサの長さが60～90mmであるため、(一次回路内の)電流ループが許容できない長さまで膨張します。インピーダンスは 10 ～ 1000 kHz で正規化され、すべての公称値で 30 ～ 100 mOhm の範囲になります。これは良好です。さらに悪いことに、動作中は 2000 倍の増加が許容されることです。故障間隔の最小時間 (上記の枠組みを考慮すると) は、85℃ で 5000 時間、70℃ で 50 時間です。これは、ソ連の命名法における唯一の真の高周波電解質です。いわゆる「パルス」アルミニウムコンデンサ K1I-50、K3-13I、17、21、23、50 およびそれらに関連する始動コンデンサ K19-150 は、1000 ～ XNUMX V の回路を対象としており、私たちのタスクには適用できません。彼らの抵抗は標準化されていません。

タンタル「タブレット」K53-28 は、最大定格 10 µF * 40V、68 µF * 16V まで製造されており、アキシャルリードも付いています。この場合、合計抵抗は 0.4 ～ 10 オームです (0.4 オームは、タブレットの寸法 10 * 40 * 15mm の 12 μF * 5V の場合のみです)。ニオブ K53-27 もアキシャルリード付きで、最大定格 10 µF * 40V、47 µF * 20V、220 µF * 16V で入手可能です。抵抗は 200 kHz の周波数で正規化されています (これらの定格では 0.3 ～ 1.0 オーム)。他のシリーズの広く普及している半導体 Al、Nb、Tl コンデンサ K53 については、いずれも高周波での抵抗 (または電流) が標準化されていないため、話すことは何もありません。そして、比容量は許容できないほど低いです。

だから何を置くのですか？

以下は、モスクワのバザールで展示された各社のアルミニウムコンデンサの種類の抜粋です (バイポーラおよびネジ留めのものを除く)。統一性がない！「銀行」にはアスタリスクが付いていますが、その他の銀行にはフレキシブル端末が付いています。さて、どこを見るべきか - あなた自身がそれを理解し、検索すれば、それを見つけるでしょう。

インパルス指標	パルス			標準
信頼性 / オーディオグレード	高リリース (5000 時間以上)			高リリース、コンピューターグレード	オーディオグレード	他の
温度クラス	長寿命105C		85S	長寿命105C
Производитель
ソ連			K50-33（1MHz）
アークエレクトロニック		SZ		GA GR		SA-SS * LGS * LGB
キャプション	SZ GL (8mm以上)	GL (5-8mm)		TH KM		SK-SS GS LL LP HP
エルナ	RSG RJB RJH RJJ	RSE RJ3		RSL RKA LPK LPH LPG LPT LPX	ROA(セラファイン) ROS(シルミック) ROD R2O R2A RA2 RA3 *LPO	* LP4 * LP5
ジャミコン	TL WG WL			TM WB TH HS HP *RP	LA*AP	SH-SM * LP * LS * KP
マロリー		SXR VPR		SEK SH *LP		SK SS LPW LPX
ニチコン				DQ GJ GN GR GY GZ	*KG	LN LS 陸区
サムスン	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
サムファ	RZ	RX WD NH	NF * GF * GT	RS RW・HB	AD-AU(?)	RC-RR RV NP NS および BSTQ HC HE *CU のすべて

出版物：klausmobile.narod.ru

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