English
русский
Tiếng Việt
Español
Tụ điện áp song song: Xếp hạng ngân hàng thực sự là gì
Hướng dẫn thực tế về điện dung, chia sẻ dòng điện và trần điện áp chi phối bất kỳ dãy tụ điện song song nào.
Sáu tụ điện gắn vào 470 µF nằm thành một hàng trên liên kết 400 V DC của mô-đun sạc. Bản vẽ gọi nhóm là ngân hàng 2.820 µF và mọi người đọc con số đó là số học vô hại. Sau đó, có người hỏi điều gì sẽ xảy ra nếu hai trong số sáu vị trí được bố trí các bộ phận 350 V thay vì 450 V và căn phòng trở nên yên tĩnh.
Đây là câu trả lời trước khi lý luận. Các tụ điện mắc song song đều có cùng một điện áp, điện dung của chúng cộng lại với nhau, điện trở nối tiếp tương đương của chúng giảm xuống và định mức điện áp của toàn bộ tụ điện bằng mức thấp nhất trong hàng. Không phải mức trung bình, không phải cao nhất và không phải thứ mà bố cục có thể cải thiện.
Chỉ một câu nói đó thôi cũng quyết định liệu ngân hàng có sống sót sau sự kiện đột biến điện áp hay xả hết chất điện phân vào một buổi chiều nóng nực. Những gì tiếp theo là những gì thực sự thay đổi khi các tụ điện được đặt song song, những gì không thay đổi chút nào và những chi tiết nào có xu hướng bị ảnh hưởng trong quá trình đánh giá chất lượng.
Một điện áp, phí chung: Những thay đổi kết nối song song
Trong sự sắp xếp song song, các cực được nối với nhau, do đó mọi tụ điện đều có hiệu điện thế như nhau. Phí không chia đều; nó chia tỷ lệ với điện dung. Ở 48 V, tụ điện 1.000 µF tích trữ điện tích gấp mười lần so với tụ điện 100 µF đặt bên cạnh nó, trong khi cả hai đều chịu ứng suất bởi cùng một điện áp.
Số học rất đơn giản. Tổng điện dung là tổng của các giá trị riêng lẻ và năng lượng được lưu trữ theo tổng số đó:
- C tổng = C1 C2... Cn
- Năng lượng dự trữ = 1/2 x C tổng x V bình phương
- Điện trở tương đương và độ tự cảm kết hợp như những nghịch đảo, vì vậy chúng giảm khi các bộ phận được thêm vào
| Tài sản | Ngân hàng hàng loạt | Ngân hàng song song |
|---|---|---|
| Tổng điện dung | đối ứng thêm | Giá trị thêm trực tiếp |
| Điện áp trên mỗi phần | Chia; tụ điện nhỏ nhất chiếm phần lớn nhất | Giống hệt nhau cho mọi tụ điện trong dãy |
| Đánh giá điện áp của nhóm | Thêm vào, miễn là có sự cân bằng | Bằng với xếp hạng đơn thấp nhất |
| Cân bằng phần cứng | Thường được yêu cầu | Không bắt buộc |
| Vai trò điển hình | Dây điện cao thế và các liên kết xếp chồng lên nhau | Lưu trữ số lượng lớn, tách rời, chia sẻ gợn sóng |
| Rủi ro phần yếu nhất | Quá điện áp trên tụ điện nhỏ nhất | Quá nóng ở tụ điện có ESR thấp nhất |
Xếp hạng điện áp của một ngân hàng song song, được nêu rõ ràng
Điện dung thêm song song. Đánh giá điện áp không. Ngân hàng chỉ đơn giản là kế thừa số thấp nhất trong hàng.
Một tụ điện 63 V và một tụ điện 35 V mắc song song tạo thành một dãy 35 V. Phần 63 V chạy rất xa so với trần của nó, điều này vô hại đối với tụ điện và gây hiểu nhầm cho bất kỳ ai đọc ghi chú sơ đồ.
Có lớp thứ hai cho quy tắc: điện áp định mức không phải là điện áp làm việc. Điện phân nhôm thường được vận hành với biên độ. Ở mức 80% điện áp định mức là mức cơ bản chung cho các thiết kế ở nhiệt độ phòng; các thiết kế có độ gợn sóng cao hoặc 105 °C thường đạt tới 70% và các sản phẩm công nghiệp có tuổi thọ cao vẫn có thể giảm xuống.
Xếp hạng tăng đột biến không phải là điện áp làm việc. Không nên yêu cầu một bộ phận chịu được sự đột biến ngắn ở điện áp định mức của nó liên tục ở đó và một bộ sạc song song không có biên độ chung mà một tụ điện đơn lẻ sẽ không có.
| Điện áp định mức | mục tiêu 80 phần trăm | mục tiêu 70 phần trăm |
|---|---|---|
| 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 | 315V |
Tại sao các ngân hàng song song kiếm được không gian hội đồng quản trị của họ
Kết nối song song phân chia điện trở và điện cảm giống như cách kết hợp điện trở. Năm tụ điện có ESR 100 milliohm hoạt động như một nhóm, giống như một thành phần 20 milliohm. Điện trở tương đương thấp hơn có nghĩa là lượng nhiệt bên trong ít hơn ở dòng điện gợn sóng nhất định và lượng nhiệt ít hơn có nghĩa là tuổi thọ cao hơn; nguyên tắc chung quen thuộc là cứ giảm nhiệt độ lõi 10°C thì tuổi thọ sử dụng sẽ tăng gần gấp đôi.
Tuy nhiên, dòng điện gợn sóng không phân chia đều. Nó phân chia theo trở kháng, do đó, tụ điện có ESR thấp nhất trong dãy sẽ chiếm phần lớn nhất và chạy nóng nhất. Việc chỉ kiểm tra tổng xếp hạng gợn sóng của ngân hàng, thay vì tỷ lệ chia sẻ trên mỗi bộ phận, là cách mà một hơi ấm có thể xuất hiện dưới camera nhiệt.
Trước khi bố cục bị đóng băng, cần xem lại ESR định hình dòng điện gợn sóng và nhiệt như thế nào trong một tụ điện điện phân nhôm, bởi vì mối quan hệ đó đặt ra giới hạn thực sự của một dãy song song.
Các bộ phận không khớp và sự căng thẳng di chuyển
Hai tụ điện trong cùng một quá trình sản xuất có thể khác nhau 20% về điện dung và nhiều hơn đáng kể về ESR, đặc biệt khi chúng đến từ các lô khác nhau hoặc điều kiện bảo quản khác nhau. Trong một dãy song song, mức chênh lệch hiển thị dưới dạng chia sẻ dòng điện không đồng đều thay vì điện áp không đồng đều.
Trình tự thất bại đáng được giải thích rõ ràng vì nó phản trực giác. Phần có ESR thấp nhất mang dòng điện gợn nhất và chạy nóng nhất. Nhiệt làm khô chất điện phân, làm tăng ESR và giảm điện dung. Khi ESR của nó tăng lên, phần dòng điện của nó giảm xuống và các tụ điện còn lại sẽ hấp thụ phần chênh lệch. Ngân hàng hiếm khi thất bại cùng một lúc; nó xoay căng thẳng từ phần này sang phần khác cho đến khi người ta có thể trút giận.
Không bao giờ trộn lẫn các mức điện áp bên trong một dãy song song, ngay cả trong quá trình xây dựng nguyên mẫu. Nếu ngân hàng phải kết hợp hàng loạt hoặc lô, hãy đo ESR trước khi lắp ráp và đóng băng hóa đơn nguyên vật liệu thông qua việc đánh giá chất lượng, bởi vì sự thay đổi nhà cung cấp âm thầm có thể làm thay đổi số dư hiện tại theo những cách mà không có sơ đồ nào thể hiện được.
Đồng quan trọng như điện dung
Điện trở dấu vết và thanh cái vài miliohm không liên quan ở 1 A và có tính quyết định ở 100 A. Nếu đường dẫn đồng tới một tụ điện dài hơn 30 mm so với đường dẫn đến tụ điện lân cận, thì sự phân chia dòng điện sẽ đi theo đồng chứ không phải bảng dữ liệu. Bố cục đối xứng, các nhánh có độ dài bằng nhau và điểm sao được chia sẻ là các bản sửa lỗi tiêu chuẩn.
Logic tương tự được áp dụng ở tần số cao, trong đó độ tự cảm nối tiếp tương đương chiếm ưu thế. Các tụ điện song song chỉ làm giảm độ tự cảm vòng lặp của dãy tụ điện khi chúng có chung đường dẫn trở về nhỏ gọn; trải rộng chúng trên một vòng rộng và lợi ích sẽ bốc hơi.
Đây là lý do tại sao các bộ phận polyme có ESR thấp và chất điện phân số lượng lớn thường được sử dụng cùng nhau: polyme xử lý lợi thế nhanh, chất điện phân đáp ứng nhu cầu năng lượng chậm hơn và đồng quyết định liệu một trong hai có thực hiện được công việc của mình hay không.
Danh sách kiểm tra thực tế cho các ngân hàng song song
Hầu hết các vấn đề song song của ngân hàng đều bắt nguồn từ năm quyết định được đưa ra sớm và hiếm khi được xem xét lại. Danh sách dưới đây là phiên bản đang được sản xuất.
- Đặt điện áp dàn từ tụ điện có định mức thấp nhất, sau đó áp dụng giảm công suất: 80% định mức làm mức sàn cho các thiết kế ở nhiệt độ phòng, gần hơn 70% cho nhiệm vụ có độ gợn sóng cao hoặc nhiệt độ cao.
- Giữ một xếp hạng, một chuỗi và lý tưởng nhất là một lô trên toàn ngân hàng. Lô hỗn hợp có nghĩa là ESR hỗn hợp và ESR hỗn hợp có nghĩa là dòng điện hỗn hợp.
- Kích thước gợn sóng trên mỗi tụ điện thay vì trên mỗi dãy và giả sử phần ESR thấp nhất sẽ chiếm nhiều hơn phần số học của nó.
- Bố trí đồng một cách đối xứng, vì độ dài đường dẫn bằng nhau quan trọng hơn tổng diện tích đồng khi dòng điện tăng.
- Xác nhận ảnh nhiệt trong trường hợp tải xấu nhất bằng máy ảnh, không chỉ bằng bảng tính.
- Quyết định trước những gì tụ điện bị hỏng được phép làm. Thông hơi, chập mạch và mất điện dung dần dần là ba sự kiện khác nhau với ba hậu quả khác nhau.
Khi có nhiều tụ điện mắc song song thì ngừng trợ giúp
Kết nối song song làm tăng điện dung. Nó không bao giờ tăng công suất điện áp, vốn là công việc của chuỗi nối tiếp và chuỗi nối tiếp cần điện trở cân bằng vì dung sai điện dung trực tiếp biến thành mất cân bằng điện áp.
Năng lượng lưu trữ cũng phát triển cùng với ngân hàng. Một cục sạc 2.820 µF được sạc tới 400 V chứa khoảng 226 joules, tất cả đều có thể sử dụng được khi có đường dẫn sự cố, dụng cụ bị rơi hoặc bàn tay của kỹ thuật viên. Điện trở xả, thời gian phóng điện xác định và bảo vệ ngắn mạch là một phần của bộ sạc chứ không phải là các tính năng bổ sung tùy chọn.
Một điều tinh tế nữa cũng đáng để biết. Việc ghép song song hai nhóm giá trị điện dung rất khác nhau có thể tạo ra hiện tượng chống cộng hưởng giữa chúng, trong đó trở kháng kết hợp tăng ở một tần số cụ thể thay vì giảm. Nó hiếm khi quan trọng trong việc lưu trữ năng lượng số lượng lớn và nó rất quan trọng trong các mạng tách tần số cao.
Năng lượng được lưu trữ là mối nguy hiểm trong bất kỳ ngân hàng song song nào. Xác nhận kích thước của thiết bị xả, thời gian phóng điện và quy trình khóa trước khi bật nguồn lần đầu và coi tụ điện chưa được phóng điện là có điện.
Ba con số quyết định liệu một dãy song song có hoạt động hay không: định mức điện áp, là mức định mức thấp nhất trong hàng; điện dung, là tổng; và ESR, là nghịch đảo của tổng các nghịch đảo. Tụ điện mang dòng điện gợn sóng nhất là tụ điện có điện trở nhỏ nhất và cũng sẽ là tụ điện nóng nhất.
Hãy làm đúng những điều đó, giữ đồng đối xứng và giữ ổn định danh mục vật liệu, đồng thời các ngân hàng song song thực hiện chính xác những gì các nhà thiết kế yêu cầu: chúng giảm trở kháng, tản nhiệt và có tuổi thọ sử dụng nhiều năm với chi phí cho một vài bộ phận bổ sung. Bởi vì bộ sạc chỉ mạnh bằng bộ phận yếu nhất trong nó, nên một nhà cung cấp tụ điện điện phân nhôm có thể ghi lại dữ liệu về dung sai và tuổi thọ trên một chuỗi giúp việc tính toán đó trở nên dễ bảo vệ hơn nhiều.
