เราสามารถสร้างตัวเก็บประจุบนบอร์ด PCB ได้ไหม?

สำหรับขนาดของตัวเก็บประจุ nF หรือ µF ฉันหวังว่าฉันสามารถสร้างพวกมันบนบอร์ด PCB ตัวเก็บประจุเป็นเหมือนชั้นโลหะสองชั้นและบางสิ่งอยู่ระหว่างพวกเขา

เป็นไปได้ไหม

ไม่ได้ซื้อตัวเก็บประจุเพียงแค่ออกแบบตัวเก็บประจุบนบอร์ด PCB ชั้นโลหะสองชั้นบนบอร์ด PCB

คุณจะมีเวลาที่ยากลำบากในการบรรลุ 1 nF เพียงแค่วางโครงทองแดงบนบอร์ดFR-4สองชั้น ความจุจะได้รับประมาณโดยสมการแผ่นขนาน:

$C = \dfrac{ \epsilon A }{ d }$

ในกรณีนี้

$C = \dfrac{(4.7)(8.854 \times 10^{-12}) A }{ (1.6 \times 10^{-3} ) }$

หรือ

$C = A (2.6 \times 10^{-8}\mathrm{F/m^2})$

หมายความว่าคุณต้องการพื้นที่ทองแดง0.38 ม. ²หรือ 380 ซม. ²เพื่อให้ได้ 1 nF ฉันใช้ 4.7 เป็นค่าคงที่ไดอิเล็กทริกทั่วไป ( ความอนุญาติเชิงอนุญาติ ) สำหรับ FR-4 และ 1.6 มม. เป็นความหนาของบอร์ดทั่วไป

ไม่ใช่เรื่องแปลกที่จะสร้างตัวเก็บประจุสเกล pF ตามภูมิภาคทองแดงขนาน แต่โดยทั่วไปแล้วจะทำในบอร์ดหลายชั้นซึ่งเทอมdสามารถมีขนาดเล็กกว่ามาก ตัวเก็บประจุชนิดนี้ที่สร้างขึ้นสามารถรับESRและESL ที่ต่ำกว่าตัวเก็บประจุแบบไม่ต่อเนื่องดังนั้นจึงมีประโยชน์สำหรับการข้ามแหล่งจ่ายไฟในวงจรความถี่สูงมาก

นอกจากนี้ยังมี บริษัท ที่ทำวัสดุพิเศษที่สามารถเคลือบขึ้นใน PCB หลายชั้นเพื่อให้มีชั้นความเป็นฉนวนคงที่สูงทำให้สามารถสร้างมูลค่าตัวเก็บประจุที่ใหญ่ขึ้นโดยการทำลวดลายโลหะ 3Mคือหนึ่งเดียว เหล่านี้มักจะเรียกว่าตัวเก็บประจุฝังตัวหรือตัวเก็บประจุฝังอยู่ ติดต่อร้านผลิต PCB ของคุณเพื่อดูว่าพวกเขารองรับวัสดุประเภทนี้หรือไม่

เป็นไปได้ที่จะสร้างตัวเก็บประจุด้วยวิธีนั้น แต่คุณสามารถลืม µF ได้ มันน่าจะอยู่ในช่วง pF

ฉันคิดว่าสูตรการคำนวณความจุของตัวเก็บประจุแบบจานจะเหมาะสมที่นี่ $C = \dfrac{\varepsilon A}{d}$

จะเป็นการยากที่จะสร้างพื้นที่ขนาดใหญ่บน PCB และคุณไม่สามารถทำการแยกแผ่นโดยพลการเล็ก ๆ น้อย ๆ เพราะมันจะยากสำหรับเราที่จะสร้างมันขึ้นมาและคุณอาจจะต้องการให้มีแรงดันไฟฟ้าข้ามมัน .

และใช่นี่หมายความว่าคุณได้รับความจุบนกระดานจากร่องรอยโดยปกติแล้วมันจะไม่คุ้มค่ามากนัก แต่มันก็สำคัญโดยเฉพาะถ้าคุณมีร่องรอยยาว ๆ ที่อยู่ใกล้กันและคุณกำลังทำงานด้วยความถี่สูง

สำหรับตัวเก็บประจุบน PCB ที่เราต้องดูที่สูตรธรรมดาสำหรับตัวเก็บประจุแบบขนานแผ่นมีพื้นที่ A, ระยะทาง d ระหว่างแผ่นเปลือกโลกและญาติ permittivity \$\varepsilon_r$

$C=\varepsilon_0\varepsilon_r \frac{A}{d}$

ลองใช้ตัวเลขทั่วไป: PCB ของเรามีพื้นที่ 100 มม. x 100 มม. = 0.01 ม. ²ความหนาของแกนคือ 1.5 มม. และ FR4 (หรือที่เรียกว่า "PCB-type epoxy") เป็นประมาณ 4.2 ดังนั้น,$\varepsilon_r$

$C=8.85 \cdot 10^{-12} \frac{\mathrm{F}}{\mathrm{m}} \cdot 4.2 \cdot\frac{0.01\space\mathrm{m}^2}{0.0015\space\mathrm{m}}$

$C=248\space\mathrm{pF}$

แม้ว่าเราใช้ทินเนอร์อิเล็กทริก (แกน FR4) และอาจเป็นบอร์ดหลายชั้นสำหรับมากกว่าสองแผ่นการเข้าสู่ nF จะยิ่งใหญ่และเราอยู่ไกลจากช่วง µF

อย่างไรก็ตามคุณสามารถใช้ตัวเก็บประจุบางตัวที่ขอบบอร์ดของคุณและกระจายแรงดันไฟฟ้าไปทั่วบอร์ดโดยใช้ระนาบทองแดงสองอันทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุแบบไม่ต่อเนื่องขนานกับตัวเก็บประจุ PCB ของคุณสามารถทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุก้อนที่สมบูรณ์แบบเกือบสมบูรณ์แบบให้ตรรกะที่รวดเร็วหรือการออกแบบพลังงานของคุณเป็นฝอยที่อบอุ่น

คุณจะไม่ใช้ตัวเก็บประจุ PCB หากคุณต้องการค่าที่แน่นอนหรือใหญ่ แต่คุณสามารถใช้มันเพื่อสร้างระบบการกระจายพลังงานที่ดีในการออกแบบที่สมบูรณ์ของคุณ

รูปแบบของตัวเก็บประจุที่ลึกลับมากขึ้นนั้นใช้ตัวเก็บประจุแบบหมุนรอบและวางขั้วไฟฟ้าทั้งสองไว้บนชั้นทั้งสองในรูปแบบเศษส่วนแบบพัน ไม่มีโซลูชันแบบปิดและมีความอ่อนไหวต่อการผลิตที่อ่อนไหวมากดังนั้นจึงไม่มีประโยชน์ในกรณีนี้ การเพิ่มความจุจะอยู่ในช่วง 4X ถึง 5X เพิ่งกล่าวถึงเพื่อความสมบูรณ์ ไม่แนะนำเลย

จากการทดลองเมื่อปีที่แล้วฉันพยายามสร้างตัวเก็บประจุด้วยการห่อแผ่นอลูมิเนียมฟอยล์โดยคั่นด้วยแผ่นกระดาษรอบ ๆ ม้วนสองสามครั้ง ฉันคิดว่าฉันมีแค่ประมาณ 20 nF หรือประมาณนั้น น้อยมาก. คงยากที่จะได้ทุกที่ใกล้กับ pcb เพราะฉันใช้แผ่นอัลค่อนข้างมาก

เป็นไปได้ไหม ใช่!

ถ้าฉันใช้คำต่อคำของคุณกับคำถามคุณสามารถสร้างตัวพิมพ์ใหญ่ขนาดนั้นบน PCB ที่มีขนาดใหญ่มาก ฉันไม่ทราบสมการของการคำนวณขนาด PCB แต่ฉันคิดว่ามันจะใหญ่กว่าราคาของตัวเก็บประจุที่คุณต้องการสร้างบน PCB

ฉันได้สร้าง cap สองด้านด้วยบอร์ด "double sided PCB" มานานแล้ว ฉันมีค่าประมาณ 30-150 pf ฉันเคลือบ pCB บนพื้นผิวและขอบเสมอเพื่อช่วยเพิ่มความสามารถในการแยกแรงดันไฟฟ้า ฉันจะไม่ยอมให้พวกมันมากกว่าสองร้อยโวลต์เพราะที่ความถี่ RF พวกมันจะค่อนข้างร้อน !! ฉันใช้พวกมันในกับดักคอยส์สำหรับเสาอากาศและหากการออกแบบอย่างเหมาะสมสามารถจัดการได้สูงสุดประมาณ 300w (PEP) โดยไม่มีปัญหา ฉันสงสัยว่าสามารถจัดการได้มากกว่านั้น ฉันแน่ใจว่าจะไม่รับประกันให้พวกเขาทำงานในระดับเหล่านั้น ฉันใช้พวกมันในเสาอากาศที่ติดกับดัก QTH และนอกสถานที่ทางวิทยุ แต่เรามักจะอยู่ในระดับพลังงาน "เท้าเปล่า"

ไชโยสังเกตข้อมูลล่าช้าเล็กน้อย> ขออภัยหากนี่ไม่ใช่สิ่งที่คาดหวัง

ฉันมักจะใช้วิธีนี้สำหรับระบบความถี่สูงพลังงานปฏิกิริยาสูง อย่างไรก็ตามฉันต้องการเตือนว่าวัสดุ PCB "ปกติ" เช่น textolite ใยแก้ว FR4 ทำหน้าที่ไม่เป็นไปตามที่คาดไว้ มันมีสีแทน (fi) ประมาณ 0.035 ในความหมายของสิ่งก่อสร้างของฉันตัวเก็บประจุ 100 pF ที่ 4 kV และ 10 แอมป์ที่ 100 MHz จะได้รับ "ร้อน" เล็กน้อย .... ในวินาทีแรก 200 C และหลังจากนาที 400 C

บางครั้งฉันพยายามติดกาวที่หม้อน้ำทั้งสองด้านพยายามที่จะจุ่มลงในน้ำยาหล่อเย็น ฯลฯ เหตุผลก็ไม่ดีเลย ภาพถ่ายอินฟราเรดแสดงให้เห็นถึงพื้นผิวที่มีอุณหภูมิสม่ำเสมอโดยที่ไม่มีการแก้ไขใด ๆ รอบ ๆ เส้นลวดดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่าเหตุผลที่ทำให้เกิดความร้อนไดอิเล็กทริกและไม่ใช่ผล Foucault ในทองแดง

ทางออกที่ดีที่สุดที่ฉันพบในกรณีของฉันคือ Rogers Inc. ผลิต PCB ที่ใช้เทฟลอนซึ่งผลิตจากวัสดุที่แตกต่างกัน ความแตกต่างนั้นคุ้มค่าเงินแน่นอน และแน่ใจว่าตัวเก็บประจุนี้มีราคาถูกกว่าเช่น Vishay จาก kVAR ซีรีส์หรือ Jennings เป็นต้น

ประการที่สอง: บ่อยครั้งที่ "ผู้คนเทสลาคอยส์" ต้องการสิ่งต่าง ๆ เช่น 40 kV แคปและพวกเขากำลังทำงานที่ความถี่ต่ำในช่วง kHz ดังนั้นความร้อนไดอิเล็กทริกจึงไม่สำคัญสำหรับพวกเขา จากนั้นไม่มีอะไรดีไปกว่ากระเบื้องปูพื้นพีวีซีปูพรมชนิดกึ่งแข็งในรูรูนหนาประมาณ 2 ... 3 มม. ใส่ฟอลลีทองแดงสองใบแล้วม้วนเข้าใน "ไส้กรอก" วัสดุนี้ "ตามที่มันเป็น" อาจยังคงอยู่ถึง 40 kV หรือที่รุนแรง 50 และมีเอปไซลอนระหว่าง 2.7 และ 3.3 โดยมีค่าการกระจายระหว่าง 0.006 ถึง 0.017 ดังนั้นยกเว้นทองแดงที่อาจ "เดิน" เล็กน้อยหรือก่อตัวเป็นอากาศในกระเป๋า PVC ควรมองเห็นวัสดุที่เป็นตัวเก็บประจุที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ PCB ใยแก้ว - อีพ็อกซี่

3) ฉันอ่านที่นี่เกี่ยวกับการทดลองของคน ๆ หนึ่งเกี่ยวกับกระดาษ มันเขียนไว้ว่าตัวเลขบนผลิตภัณฑ์กระดาษ: ฟิล์มกระดาษแก้ว: e = 6.7 ... 7.6 และ tan = 0.065 ... 0.01, เส้นใยกระดาษ 6.5 และ 0.005; กระดาษคราฟท์ 1.8 และ 0.001-0.0015 เศษผ้าฝ้าย 1.7 และ 0.0008-0.0065; pressboard 3.2 และ 0.008 สำหรับกรณีของกระดาษที่มีการชุบประเภทนั้นมีเหตุผลสารเคมีที่ทำให้มีการซึมออกมาจะมีผลกระทบหลัก ดังนั้นกระดาษจึงเป็นวัสดุที่ค่อนข้างสูญเสียแม้ว่ามันจะทำหน้าที่ได้ดีกว่า PCB