Mga Kapasitor ng Boltahe in Parallel: Ano Talaga ang Bank Rating
Isang praktikal na gabay sa kapasidad, kasalukuyang pagbabahagi at ang boltahe na kisame na namamahala sa anumang parallel na capacitor bank.
Anim na 470 µF snap-in capacitor ang magkakasunod na nakaupo sa 400 V DC na link ng isang charging module. Tinatawag ng drawing ang grupo na isang 2,820 µF na bangko, at binabasa ng lahat ang numerong iyon bilang hindi nakakapinsalang arithmetic. Pagkatapos ay may nagtatanong kung ano ang mangyayari kung ang dalawa sa anim na posisyon ay napuno ng 350 V na bahagi sa halip na 450 V, at tahimik ang silid.
Narito ang sagot bago ang pangangatwiran. Ang mga capacitor na kahanay ay nakikita ang parehong boltahe, ang kanilang mga kapasidad ay nagsasama-sama, ang kanilang katumbas na paglaban sa serye ay bumaba, at ang rating ng boltahe ng buong bangko ay katumbas ng pinakamababang rating sa hilera. Hindi ang average, hindi ang pinakamataas, at hindi isang bagay na maaaring mapabuti ng layout.
Ang solong pangungusap na iyon ang magpapasya kung ang isang bangko ay nakaligtas sa isang surge event o naglalabas ng electrolyte sa isang mainit na hapon. Ang sumusunod ay kung ano ang aktwal na nagbabago kapag ang mga capacitor ay inilagay sa parallel, kung ano ang hindi nagbabago, at kung aling mga detalye ang may posibilidad na kumagat sa panahon ng kwalipikasyon.
Isang Boltahe, Nakabahaging Pagsingil: Ano ang Binabago ng Parallel Connection
Sa isang parallel arrangement ang mga terminal ay pinagsama-sama, kaya ang bawat kapasitor ay nakikita ang parehong potensyal na pagkakaiba. Ang bayad ay hindi nahahati nang pantay; ito ay nahahati sa proporsyon sa kapasidad. Sa 48 V, ang isang 1,000 µF capacitor ay nag-iimbak ng sampung beses ang singil ng 100 µF capacitor na nakaupo sa tabi nito, habang ang dalawa ay binibigyang diin ng eksaktong parehong boltahe.
Ang aritmetika ay simple. Ang kabuuang kapasidad ay ang kabuuan ng mga indibidwal na halaga, at ang nakaimbak na enerhiya ay sumusunod sa kabuuang iyon:
- C kabuuang = C1 C2 ... Cn
- Enerhiya na nakaimbak = 1/2 x C kabuuang x V squared
- Ang katumbas na paglaban at inductance ay pinagsama bilang reciprocals, kaya bumabagsak ang mga ito habang idinagdag ang mga bahagi
| Ari-arian | Serye bangko | Parallel na bangko |
|---|---|---|
| Kabuuang kapasidad | Idinagdag ng mga gantimpala | Direktang idinagdag ang mga halaga |
| Boltahe sa bawat bahagi | Hinahati; ang pinakamaliit na kapasitor ay tumatagal ng pinakamalaking bahagi | Magkapareho para sa bawat kapasitor sa bangko |
| Rating ng boltahe ng pangkat | Idinagdag, sa kondisyon na ang pagbabalanse ay nasa lugar | Katumbas ng pinakamababang solong rating |
| Pagbabalanse ng hardware | Karaniwang kinakailangan | Hindi kinakailangan |
| Karaniwang tungkulin | Mataas na boltahe na mga string at nakasalansan na mga link | Bulk storage, decoupling, ripple sharing |
| Pinakamahina na bahagi ng panganib | Overvoltage sa pinakamaliit na kapasitor | Overheating sa pinakamababang-ESR capacitor |
Ang Voltage Rating ng isang Parallel Bank, Malinaw na Nakasaad
Ang kapasidad ay nagdaragdag nang magkatulad. Ang rating ng boltahe ay hindi. Ang bangko ay nagmamana lamang ng pinakamababang numero sa hanay.
Isang 63 V na kapasitor at isang 35 V na kapasitor na naka-wire sa parallel na bumubuo ng isang 35 V na bangko. Ang 63 V na bahagi ay tumatakbo nang malayo sa sarili nitong kisame, na hindi nakakapinsala para sa kapasitor at nakaliligaw para sa sinumang nagbabasa ng tala ng eskematiko.
Mayroong pangalawang layer sa panuntunan: ang rate na boltahe ay hindi gumagana ang boltahe. Ang mga aluminyo electrolytics ay karaniwang pinapatakbo na may margin. Ang pag-upo sa 80 porsiyento ng na-rate na boltahe ay isang karaniwang baseline para sa mga disenyo ng temperatura ng silid; Ang mga high-ripple o 105 °C na mga disenyo ay kadalasang lumilipat sa 70 porsiyento, at ang pang-matagalang mga produktong pang-industriya ay maaaring bumaba pa rin.
Hindi gumagana ang mga boltahe ng surge rating. Ang isang bahagi na pinahihintulutan ang isang maikling surge sa rate ng boltahe nito ay hindi dapat hilingin na patuloy na manirahan doon, at ang isang parallel na bangko ay nag-aalok ng walang nakabahaging margin na hindi magkakaroon ng isang kapasitor.
| Na-rate na boltahe | 80 porsiyentong target | 70 porsiyentong target |
|---|---|---|
| 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 |
Bakit Nakikita ng Mga Parallel Bank ang Kanilang Board Space
Ang parallel na koneksyon ay naghahati ng paglaban at inductance sa parehong paraan ng pagsasama-sama ng mga resistor. Limang capacitor na may 100 milliohms ng ESR ang kumikilos, bilang isang grupo, tulad ng isang 20 milliohm component. Ang mas mababang katumbas na paglaban ay nangangahulugan ng mas kaunting panloob na pag-init sa isang partikular na ripple current, at ang mas kaunting pag-init ay nangangahulugan ng mas mahabang buhay; ang pamilyar na tuntunin ng hinlalaki ay ang bawat 10 °C na pagbawas sa core temperature ay halos doble ang buhay ng serbisyo.
Ang ripple current ay hindi nahahati nang pantay, bagaman. Ito ay nahahati ayon sa impedance, kaya ang pinakamababang-ESR capacitor sa bangko ay nagdadala ng pinakamalaking bahagi at nagpapatakbo ng pinakamainit. Ang pagsuri lamang sa kabuuang ripple rating ng bangko, sa halip na sa bawat bahagi, ay kung paano lumabas ang isang mainit na init sa ilalim ng isang thermal camera.
Bago ang layout ay nagyelo, ito ay nagkakahalaga ng muling pagbisita kung paano hinuhubog ng ESR ang ripple current at init sa isang aluminum electrolytic capacitor, dahil ang relasyon na iyon ay nagtatakda ng tunay na limitasyon ng isang parallel na bangko.
Mga Hindi Magtugmang Bahagi at ang Stress na Lumilipat
Ang dalawang capacitor mula sa parehong production run ay maaaring mag-iba ng 20 porsiyento sa capacitance at mas malaki sa ESR, lalo na kapag nagmula sila sa magkaibang lote o magkaibang kondisyon ng imbakan. Sa isang parallel na bangko na kumalat ay nagpapakita ng hindi pantay na pagbabahagi ng kasalukuyang kaysa sa hindi pantay na boltahe.
Ang pagkakasunud-sunod ng kabiguan ay nagkakahalaga ng pagbaybay, dahil ito ay counterintuitive. Ang pinakamababang-ESR na bahagi ay nagdadala ng pinakamaraming ripple current at nagpapatakbo ng pinakamainit. Pinatuyo ng init ang electrolyte, na nagpapataas ng ESR at nagpapababa ng kapasidad. Habang umaakyat ang ESR nito, bumababa ang bahagi nito sa kasalukuyang, at ang natitirang mga capacitor ay sumisipsip ng pagkakaiba. Ang bangko ay bihirang nabigo nang sabay-sabay; pinaikot nito ang stress mula sa isang bahagi hanggang sa isang bahagi hanggang sa maibulalas ng isa.
Huwag kailanman paghaluin ang mga rating ng boltahe sa loob ng isang parallel na bangko, kahit na sa panahon ng pagbuo ng prototype. Kung ang isang bangko ay kailangang pagsamahin ang mga serye o mga lote, sukatin ang ESR bago mag-assemble at i-freeze ang bill ng mga materyales sa pamamagitan ng kwalipikasyon, dahil ang isang tahimik na pagbabago ng supplier ay maaaring maglipat ng kasalukuyang balanse sa mga paraang walang schematic na makikita.
Mahalaga ang Copper Kasing Capacitance
Ang trace at busbar resistance ng ilang milliohms ay walang kaugnayan sa 1 A at mapagpasyahan sa 100 A. Kung ang tansong landas sa isang kapasitor ay 30 mm na mas mahaba kaysa sa landas patungo sa kapitbahay nito, ang kasalukuyang split ay susunod sa tanso, hindi sa datasheet. Ang mga simetriko na layout, pantay na haba na mga sanga at isang nakabahaging star point ay ang mga karaniwang pag-aayos.
Ang parehong logic ay nalalapat sa mataas na dalas, kung saan ang katumbas na serye ng inductance ay nangingibabaw. Binabawasan lamang ng mga parallel capacitor ang loop inductance ng bangko kapag nagbabahagi sila ng compact return path; ikalat ang mga ito sa isang malawak na loop at ang benepisyo ay sumingaw.
Ito ang dahilan kung bakit ang mga low-ESR polymer parts at bulk electrolytics ay madalas na ginagamit nang magkasama: ang polymer ay humahawak sa mabilis na gilid, ang electrolytic ay sumasaklaw sa mas mabagal na pangangailangan ng enerhiya, at ang tanso ang nagpapasya kung ang alinman sa mga gawain nito.
Isang Praktikal na Checklist para sa Parallel Banks
Karamihan sa mga magkakatulad na problema sa bangko ay nagbabalik sa limang desisyon na ginawa nang maaga at bihirang balikan. Ang listahan sa ibaba ay ang bersyon na nananatili sa produksyon.
- Itakda ang boltahe ng bangko mula sa pinakamababang rating na kapasitor, pagkatapos ay ilapat ang derating: 80 porsiyento ng rating bilang isang palapag para sa mga disenyong may temperatura sa silid, mas malapit sa 70 porsiyento para sa mataas na ripple o mataas na temperatura na tungkulin.
- Panatilihin ang isang rating, isang serye at perpektong isang lote sa buong bangko. Ang mixed lots ay nangangahulugang mixed ESR, at mixed ESR ay nangangahulugang mixed current.
- Laki ng ripple sa bawat capacitor kaysa sa bawat bangko, at ipagpalagay na ang pinakamababang-ESR na bahagi ay kukuha ng higit pa sa bahagi ng arithmetic nito.
- Ilagay ang tanso nang simetriko, dahil ang pantay na haba ng landas ay mas mahalaga kaysa sa kabuuang lugar ng tanso kapag tumaas ang mga alon.
- Kumpirmahin ang thermal picture sa ilalim ng worst-case load gamit ang isang camera, hindi lamang gamit ang isang spreadsheet.
- Magpasya nang maaga kung ano ang pinapayagan na gawin ng isang nabigong kapasitor. Ang pag-vent, shorting at unti-unting pagkawala ng kapasidad ay tatlong magkakaibang kaganapan na may tatlong magkakaibang kahihinatnan.
Kapag Mas Maraming Capacitor sa Parallel na Huminto sa Pagtulong
Ang parallel na koneksyon ay nagpapataas ng kapasidad. Ito ay hindi kailanman nagpapataas ng kakayahan sa boltahe, na siyang trabaho ng isang serye ng string, at ang mga string ng serye ay nangangailangan ng pagbabalanse ng mga resistor dahil ang capacitance tolerance ay direktang nagiging boltahe imbalance.
Ang naka-imbak na enerhiya ay lumalaki din kasama ng bangko. Ang isang 2,820 µF na bangko na naka-charge sa 400 V ay nagtataglay ng humigit-kumulang 226 joules, lahat ng ito ay magagamit sa isang fault path, isang nahulog na tool o kamay ng isang technician. Ang mga bleeder resistor, isang tinukoy na oras ng paglabas at proteksyon ng short-circuit ay bahagi ng bangko, hindi mga opsyonal na extra.
Ang isa pang subtlety ay nagkakahalaga ng pag-alam. Ang paghahalintulad ng dalawang grupo ng magkaibang mga halaga ng kapasidad ay maaaring lumikha ng isang anti-resonance sa pagitan nila, kung saan ang pinagsamang impedance ay tumataas sa isang tiyak na dalas sa halip na bumabagsak. Ito ay bihirang mahalaga sa maramihang pag-iimbak ng enerhiya, at ito ay napakahalaga sa mga high-frequency na decoupling network.
Ang nakaimbak na enerhiya ay ang panganib sa anumang parallel na bangko. Kumpirmahin ang bleeder sizing, discharge time at lockout procedure bago ang unang power-up, at ituring ang isang capacitor na hindi na-discharge bilang live.
Tatlong numero ang magpapasya kung ang isang parallel na bangko ay kumikilos: ang rating ng boltahe, na siyang pinakamababang rating sa hilera; ang kapasidad, na siyang kabuuan; at ang ESR, na siyang katumbas ng kabuuan ng mga katumbas. Ang kapasitor na nagdadala ng pinakamaraming ripple current ay ang may pinakamababang resistensya, at ito rin ang magiging pinakamainit.
Kunin ang mga iyon, panatilihing simetriko ang tanso at panatilihing matatag ang bill ng mga materyales, at ginagawa ng mga parallel na bangko ang eksaktong hinihiling ng mga taga-disenyo sa kanila: pinapababa nila ang impedance, nagkakalat ng init at bumili ng mga taon ng buhay ng serbisyo para sa halaga ng ilang dagdag na bahagi. Dahil ang bangko ay kasinglakas lamang ng pinakamahinang bahagi nito, ang isang aluminum electrolytic capacitor supplier na maaaring magdokumento ng tolerance at panghabambuhay na data sa isang serye ay ginagawang mas madaling ipagtanggol ang pagkalkulang iyon.
