ฉันสามารถแทนที่ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าด้วยเซรามิกทั้งหมดได้หรือไม่?

ฉันกำลังออกแบบวงจรแหล่งจ่ายไฟสำหรับระบบที่ต้องการอุปกรณ์สิ้นเปลืองคำถามของฉันคือ

• เป็นไปได้หรือไม่ที่จะเปลี่ยนแคปอิเล็กโทรไลต์ทั้งหมด (ส่วนใหญ่เป็น 100 ยูเอฟ) ด้วยเซรามิก? เซรามิกมีข้อ จำกัด อะไรบ้าง?

• ฉันควรใช้พิกัดแรงดันไฟฟ้า 2x สำหรับเซรามิกส์ที่ทำด้วยอิเล็กโทรไลต์หรือไม่

• ระลอกปัจจุบันให้คะแนนอะไร? มันเป็นปัจจัยสำคัญหรือไม่ในการเลือกเซรามิกเหมือนอิเล็กโทรไลติค?

เพิ่ม 1/9/2014:ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อ จำกัด ของเซรามิก

ฉันพบวิดีโอที่ยอดเยี่ยมนี้ส่งโดย Dave ที่ EEVBlog แสดงข้อ จำกัด ของฝาครอบเซรามิกประเภทต่าง ๆ และวิธีที่พวกเขาได้รับผลกระทบจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และแรงดันไบอัส น่าดู!

100 µF ผลักดันขีด จำกัด ของฝาเซรามิกจริงๆ หากแรงดันไฟฟ้าของคุณอยู่ในระดับต่ำโวลต์ถึง 10 หรืออาจจะ 20 โวลต์การต่อขนานกันหลาย ๆ เซรามิกอาจจะสมเหตุสมผล

ฝาเซรามิคความจุสูงมีชุดข้อดีและข้อเสียของตัวเอง ข้อดีคือความต้านทานอนุกรมที่ต่ำกว่ามากและความสามารถในการกระเพื่อมของกระแสที่สูงขึ้นมีประโยชน์ต่อความถี่ที่สูงขึ้นความไวต่อความร้อนน้อยกว่าอายุการใช้งานที่ดีขึ้นมากและในกรณีส่วนใหญ่ความทนทานเชิงกลที่ดีกว่า พวกเขามีปัญหาของตัวเองเช่นกัน ความจุสามารถลดลงอย่างมีนัยสำคัญด้วยแรงดันไฟฟ้าและเซรามิก (ที่เก็บพลังงานมากขึ้นต่อปริมาตร) เซรามิกส์แสดงผลแบบเพียโซมักเรียกว่า "ไมโครโฟนิกส์" ในกรณีที่ไม่ถูกต้องสิ่งนี้สามารถนำไปสู่การสั่น แต่นั่นหายาก

สำหรับการสลับแหล่งจ่ายไฟเซรามิกส์มักจะแลกเปลี่ยนได้ดีกว่าอิเล็กโทรไลต์เว้นแต่ว่าคุณต้องการความจุมากเกินไป นี่เป็นเพราะพวกเขาสามารถใช้กระแสกระเพื่อมและความร้อนได้ดีกว่า อายุการใช้งานของอิเล็กโทรไลต์ลดลงอย่างรุนแรงจากความร้อนซึ่งมักเป็นปัญหากับแหล่งจ่ายไฟ

คุณไม่จำเป็นต้องแยกแยะเซรามิกให้มากเท่ากับอิเล็กโทรไลต์เพราะอายุการใช้งานของเซรามิกส์นั้นใหญ่กว่าเริ่มต้นด้วยและมีฟังก์ชั่นของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้น้อยกว่ามาก สิ่งที่ต้องระวังสำหรับเซรามิกส์คือวัตถุที่มีความหนาแน่นนั้นทำจากวัสดุที่ไม่ใช่เชิงเส้นซึ่งจะแสดงเป็นความจุที่ลดลงที่ปลายสูงของช่วงแรงดันไฟฟ้า

เพิ่มเกี่ยวกับ microphonics:

ไดอิเล็กทริกบางตัวเปลี่ยนขนาดร่างกายเป็นฟังก์ชันของสนามไฟฟ้าที่ใช้ สำหรับหลาย ๆ คนแล้วเอฟเฟกต์นั้นเล็กมากจนคุณไม่สังเกตและสามารถเพิกเฉยได้ อย่างไรก็ตามเซรามิกบางชนิดมีเอฟเฟกต์แรงพอที่คุณจะได้ยินการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้น โดยปกติแล้วคุณจะไม่ได้ยินเสียงตัวเก็บประจุด้วยตัวเอง แต่เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ถูกบัดกรีอย่างเหนียวแน่นกับบอร์ดการสั่นสะเทือนของตัวเก็บประจุขนาดเล็กอาจทำให้บอร์ดขนาดใหญ่ขึ้นสั่นสะเทือนโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความถี่สั่นพ้องของบอร์ด ผลลัพธ์สามารถได้ยินได้ค่อนข้างมาก

แน่นอนว่าการย้อนกลับก็ทำงานเช่นกันเนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพโดยทั่วไปทำงานได้ทั้งสองวิธีและอันนี้ก็ไม่มีข้อยกเว้น เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้สามารถเปลี่ยนแปลงขนาดของตัวเก็บประจุการเปลี่ยนขนาดของมันโดยการใช้ความเค้นสามารถเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด ในความเป็นจริงตัวเก็บประจุทำหน้าที่เป็นไมโครโฟน สามารถรับแรงสั่นสะเทือนทางกลที่บอร์ดอยู่ภายใต้และพวกเขาสามารถเข้าสู่สัญญาณไฟฟ้าบนบอร์ด ตัวเก็บประจุชนิดนี้จะหลีกเลี่ยงในวงจรเสียงความไวสูงด้วยเหตุนี้

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังสิ่งนี้ให้ค้นหาคุณสมบัติของแบเรียมติตาเนตเป็นตัวอย่าง นี่เป็นไดอิเล็กตริกทั่วไปสำหรับแคปเซรามิกบางตัวเนื่องจากมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ต้องการโดยเฉพาะความหนาแน่นพลังงานค่อนข้างดีเมื่อเทียบกับช่วงของเซรามิกส์ ทำได้โดยการเปลี่ยนอะตอมของไทเทเนียมระหว่างสถานะพลังงานสองสถานะ อย่างไรก็ตามขนาดที่มีประสิทธิภาพของอะตอมนั้นแตกต่างกันระหว่างสถานะพลังงานทั้งสองดังนั้นขนาดของขัดแตะจึงเปลี่ยนไปและเราได้รับการเปลี่ยนรูปแบบทางกายภาพเป็นหน้าที่ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

เรื่องเล็ก ๆ น้อย:ฉันเพิ่งพบปัญหานี้เช่นกัน ฉันออกแบบ gizmo ที่เชื่อมต่อกับพลังงาน DCC (Digital Command and Control) ที่ใช้โดยรถไฟจำลอง DCC เป็นวิธีการส่งกำลังไฟฟ้า แต่ยังให้ข้อมูลกับ "สต็อกกลิ้ง" เฉพาะบนแทร็ก มันเป็นสัญญาณพลังงานที่แตกต่างกันถึง 22 V. ข้อมูลดำเนินการโดยการพลิกขั้วที่มีเวลาที่กำหนด อัตราการพลิกกลับอยู่ที่ประมาณ 5-10 kHz ในการรับพลังงานอุปกรณ์เต็มคลื่นแก้ไขสิ่งนี้ อุปกรณ์ของฉันไม่ได้พยายามถอดรหัสข้อมูล DCC เพียงได้รับพลังงานเล็กน้อย ฉันใช้ไดโอดตัวเดียวกับคลื่นครึ่งปรับ DCC ลงบนฝาเซรามิก 10 .F เสียกำลังใจบนหมวกนี้ในช่วงปิดรอบครึ่งมีเพียงประมาณ 3 V แต่ 3 Vpp นั้นเพียงพอที่จะทำให้มันร้องเพลงได้ วงจรทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบ แต่คณะกรรมการทั้งหมดส่งเสียงสะอื้นที่น่ารำคาญมาก นั่นเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ในผลิตภัณฑ์ ดังนั้นสำหรับเวอร์ชันการผลิตสิ่งนี้จึงถูกเปลี่ยนเป็น 20 µF electrolytic cap ฉันไปกับเซรามิคในตอนแรกเพราะมันถูกกว่าเล็กกว่าและควรมีชีวิตที่ยืนยาวกว่า โชคดีที่อุปกรณ์นี้ไม่น่าจะใช้งานที่อุณหภูมิสูงดังนั้นอายุการใช้งานของฝาปิดด้วยไฟฟ้าควรจะดีกว่าการจัดอันดับเคสที่แย่ที่สุด

ฉันเห็นจากความคิดเห็นที่มีการอภิปรายเกี่ยวกับสาเหตุที่บางครั้งการเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟเป็นเสียงหอน บางส่วนอาจเป็นเพราะฝาเซรามิก แต่ส่วนประกอบแม่เหล็กเช่นตัวเหนี่ยวนำสามารถสั่นด้วยเหตุผลสองประการ อย่างแรกคือมีการบังคับลวดแต่ละบิตในตัวเหนี่ยวนำตามสัดส่วนของกำลังสองที่ผ่าน แรงนี้อยู่ด้านข้างกับลวดทำให้ขดลวดสั่นหากไม่ยึดไว้กับที่ ประการที่สองมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กคล้ายกับผลกระทบ piezo ไฟฟ้าสถิตที่เรียกว่า magnetostriction วัสดุแกนเหนี่ยวนำสามารถเปลี่ยนขนาดได้เล็กน้อยเป็นฟังก์ชั่นของสนามแม่เหล็กที่ใช้ เฟอร์ไรต์ไม่ได้แสดงผลนี้อย่างยิ่งยวด แต่มีอยู่เล็กน้อยและอาจมีวัสดุอื่น ๆ ในสนามแม่เหล็ก ฉันเคยทำงานกับผลิตภัณฑ์ที่ใช้เอฟเฟ็กต์การสะท้อนกลับของแม่เหล็กเป็นตัวรับแรงแม่เหล็ก และใช่,

มีเหตุผลสองประการที่จะไม่เปลี่ยนการออกแบบจากอิเล็กโตรไลติกเป็นเซรามิกที่ยังไม่ได้กล่าวถึง:

• การออกแบบตัวควบคุมเชิงเส้นบางแบบต้องการ ESR ที่สูงขึ้นของอิเล็กโทรไลต์บนตัวเก็บประจุเอาต์พุตเพื่อรักษาเสถียรภาพ

• เซรามิกส์มีความแข็งแรงน้อยกว่าอิเล็กโตรไลติกเมื่อถูกดัดงอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในขนาดใหญ่พูด 1206 ขึ้นไปเช่นคุณจะต้องมีค่าสูงกว่า 10 - 20 ยูเอฟที่มี WV ที่เหมาะสมเซรามิกส์จะแตกได้อย่างง่ายดายหากมีการดิ้นในคณะกรรมการ ความยืดหยุ่นที่สร้างความเสียหายอาจเกิดขึ้นในสนามหรืออาจเกิดขึ้นกับวิธีการบางอย่างในการจำลองบอร์ดออกมาจากแผงที่พวกเขาผลิตขึ้นมา

ตามคำถามที่มาของ OP และตามคำตอบที่ดีของแลง:

IPC-9592A (ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์แปลงพลังงานที่มีความน่าเชื่อถือสูง) อ้างอิงแนวทางที่ได้มาดังต่อไปนี้:

MLCCs เซรามิกคงที่:

• แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง <= 80% ของคะแนนของผู้ผลิต
• อุณหภูมิ: ต่ำสุด 10 ° C ต่ำกว่าระดับของผู้ผลิต
• ขนาด: ขนาดใหญ่กว่า 1210 ไม่แนะนำเนื่องจากอาจมีการแตกร้าว

ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าอลูมิเนียม:

• แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง <= 80% ของคะแนนของผู้ผลิต (<= 90% สำหรับอุปกรณ์ 250V หรือสูงกว่า)
• อายุการใช้งาน / ความทนทาน:> = 10 ปีที่ 40 ° C โหลด 80% สำหรับอุปกรณ์ Class II (ศูนย์ข้อมูล) หรือ 5 ปีสำหรับอุปกรณ์ Class I (เกรดผู้บริโภค)

คะแนนอายุการใช้งาน / ความทนทานของตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคเป็นหน้าที่ของความเครียดทั้งหมด - แรงดันไฟฟ้ากระแสไฟกระเพื่อมและอุณหภูมิแวดล้อม หากฝาครอบอยู่ในการไหลเวียนของอากาศที่ดีก็อาจทำให้ระลอกคลื่นมากขึ้นและรักษาอายุการใช้งานนาน หมวกร้อนจะไม่มีชีวิตที่ยืนยาว

สำหรับตัวเก็บประจุเซรามิกมันก็เกี่ยวกับอุณหภูมิ อุณหภูมิโดยรอบและกระแสระลอกคลื่นจะส่งผลให้อุณหภูมิสูงขึ้น ไม่ได้หมายความว่าเซรามิกส์จะไม่แก่ - วัสดุอิเล็กทริกบางตัว (วัสดุClass 2เช่น X7R และ Y5V) จะลดลงในความสามารถในการเก็บประจุเมื่อเวลาผ่านไป - วัสดุ Class 1ส่วนใหญ่มีภูมิคุ้มกันต่อเรื่องนี้

นอกจากนี้ตามที่แลงระบุว่าวัสดุ dieletric บางตัวได้รับผลกระทบจากความจุที่สำคัญในการทำหน้าที่ของแรงดันไบอัส DC อีกครั้งวัสดุ Class 2 ประสบกับสิ่งนี้วัสดุ Class 1 ส่วนใหญ่ไม่ได้

หากคุณใช้ตัวเก็บประจุชนิดใดประเภทหนึ่งให้รักษาแรงดันไฟฟ้าสูงสุดไว้ที่ระดับต่ำกว่า 80% ของความเค้น

ESR ที่ต่ำกว่ามากของตัวเก็บประจุเซรามิก (เทียบกับตัวทำละลายอิเล็กทริก) มีความเกี่ยวข้องกับความคิดเห็นของลูปข้อเสนอแนะ สมมติว่าตัวแปลงของคุณเป็นสวิตช์และมีตัวกรอง LC เอาท์พุทอาจจำเป็นต้องใช้เครือข่ายการชดเชยประเภท 3 เพื่อทำให้ตัวแปลงเสถียร

ESR ต่ำทำให้เกิดการวนรอบ open-roll ที่ -40 dB / ทศวรรษสำหรับช่วงเวลาที่ยาวนาน (ESR ศูนย์ถูกผลักออกมาเมื่อ ESR ลดลง) ซึ่งจำเป็นต้องได้รับเพิ่ม + 20dB / ทศวรรษในเครือข่ายการชดเชยสำหรับความถี่ข้าม จะอยู่ที่ -20dB / ทศวรรษ (ซึ่งเป็นหนึ่งในสามของเกณฑ์ความมั่นคงของลูปที่ผู้ออกแบบพลังงานมองหาพร้อมกับมาร์จิ้นและระยะขอบ)

ฉันอาจจะผิด แต่การสลับไปใช้ตัวพิมพ์ใหญ่แบบเซรามิคจะสร้างการลดทอนเสียงสะท้อนระหว่างตัวพิมพ์ใหญ่และตัวแยกแคปที่มีขนาดเล็กลง ถ้าไม่มีการเลือกอย่างระมัดระวังการเหนี่ยวนำของแค็ปจำนวนมากจะสอดคล้องกับความจุของแคปแยกตัว สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นกับแทนทาลัมและแคปอิเล็กโทรไลติคเนื่องจาก ESR ของอุปกรณ์เหล่านั้นทำให้เกิดการสั่นพ้อง อีกครั้งฉันอาจผิดเพราะฉันไม่เคยลองในทางปฏิบัติ