ตัวเก็บประจุแรงดันไฟฟ้าแบบขนาน: พิกัดแรงดันไฟฟ้าของธนาคาร, ESR และกฎระลอกคลื่น

ตัวเก็บประจุแรงดันไฟฟ้า ในแบบคู่ขนาน: จริงๆ แล้วอันดับของธนาคารคืออะไร

คู่มือปฏิบัติเกี่ยวกับความจุ การแบ่งกระแส และเพดานแรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมธนาคารตัวเก็บประจุแบบขนาน

ตัวเก็บประจุแบบสแน็ปอิน 470 µF หกตัววางเรียงกันเป็นแถวพาดผ่านจุดเชื่อมต่อ 400 โวลต์ DC ของโมดูลการชาร์จ การจับฉลากเรียกกลุ่มนี้ว่าธนาคาร 2,820 µF และทุกคนอ่านตัวเลขนั้นว่าเป็นเลขคณิตที่ไม่เป็นอันตราย จากนั้นมีคนถามว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากสองตำแหน่งจากหกตำแหน่งมีชิ้นส่วน 350 โวลต์ แทนที่จะเป็น 450 โวลต์ และห้องเงียบลง

นี่คือคำตอบก่อนการใช้เหตุผล ตัวเก็บประจุแบบขนานทั้งหมดจะเห็นแรงดันไฟฟ้าเท่ากัน ความจุของพวกมันรวมกัน ความต้านทานอนุกรมที่เทียบเท่ากันลดลง และพิกัดแรงดันไฟฟ้าของทั้งแบงค์เท่ากับพิกัดต่ำสุดในแถว ไม่ใช่ค่าเฉลี่ย ไม่ใช่สูงสุด และไม่ใช่สิ่งที่รูปแบบสามารถปรับปรุงได้

ประโยคเดียวนั้นตัดสินว่าธนาคารจะรอดจากเหตุการณ์ไฟกระชากหรือระบายอิเล็กโทรไลต์ในช่วงบ่ายที่อากาศร้อนจัดหรือไม่ สิ่งต่อไปนี้คือสิ่งที่เปลี่ยนแปลงจริง ๆ เมื่อวางตัวเก็บประจุแบบขนาน สิ่งที่ไม่เปลี่ยนแปลงเลย และรายละเอียดใดมีแนวโน้มที่จะกัดระหว่างคุณสมบัติ

แรงดันไฟฟ้าเดียว การชาร์จที่ใช้ร่วมกัน: การเปลี่ยนแปลงการเชื่อมต่อแบบขนานคืออะไร

ในการจัดเรียงแบบขนาน ขั้วต่อจะต่อเข้าด้วยกัน ดังนั้นตัวเก็บประจุทุกตัวจึงเห็นความต่างศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน ประจุไม่แบ่งเท่ากัน มันแบ่งตามสัดส่วนความจุ ที่ 48 V ตัวเก็บประจุ 1,000 µF เก็บประจุได้สิบเท่าของประจุของตัวเก็บประจุ 100 µF ที่อยู่ข้างๆ ขณะที่ตัวเก็บประจุทั้งคู่ถูกเน้นด้วยแรงดันไฟฟ้าเท่ากันทุกประการ

เลขคณิตเป็นเรื่องง่าย ความจุรวมคือผลรวมของค่าแต่ละค่า และพลังงานที่เก็บไว้จะเป็นไปตามผลรวมดังกล่าว:

• รวม C = C1 C2 ... Cn
• พลังงานที่เก็บไว้ = 1/2 x C ทั้งหมด x V กำลังสอง
• ความต้านทานและความเหนี่ยวนำที่เท่ากันจะรวมกันเป็นส่วนกลับ ดังนั้นจึงตกลงไปเมื่อมีการเพิ่มชิ้นส่วนเข้าไป

พิกัดแรงดันไฟฟ้าของธนาคารคู่ขนาน ระบุไว้อย่างชัดเจน

ความจุเพิ่มขึ้นแบบขนาน ระดับแรงดันไฟฟ้าไม่ได้ ธนาคารจะสืบทอดหมายเลขที่ต่ำที่สุดในแถว

ตัวเก็บประจุ 63 ว และตัวเก็บประจุ 35 โวลต์ ต่อขนานกันเป็นแบตเตอรี 35 โวลต์ ชิ้นส่วน 63 V ทำงานต่ำกว่าเพดานของตัวเองมาก ซึ่งไม่เป็นอันตรายต่อตัวเก็บประจุ และทำให้ใครก็ตามที่อ่านหมายเหตุแผนผังเข้าใจผิด

กฎนี้มีชั้นที่สอง: แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไม่ใช่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน โดยปกติแล้วอิเล็กโทรไลต์อะลูมิเนียมจะดำเนินการโดยมีระยะขอบ การนั่งที่ 80 เปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดถือเป็นพื้นฐานทั่วไปสำหรับการออกแบบอุณหภูมิห้อง การออกแบบที่มีระลอกคลื่นสูงหรือ 105 °C มักจะเคลื่อนไปทาง 70 เปอร์เซ็นต์ และผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมที่มีอายุการใช้งานยาวนานก็สามารถลดลงได้

เหตุใดธนาคารคู่ขนานจึงได้รับพื้นที่คณะกรรมการ

การเชื่อมต่อแบบขนานจะแบ่งความต้านทานและความเหนี่ยวนำในลักษณะเดียวกับที่ตัวต้านทานรวมกัน ตัวเก็บประจุห้าตัวที่มี ESR 100 มิลลิโอห์มทำงานเป็นกลุ่มเหมือนกับส่วนประกอบ 20 มิลลิโอห์ม ความต้านทานที่เท่ากันที่ต่ำกว่าหมายถึงความร้อนภายในที่น้อยลงที่กระแสกระเพื่อมที่กำหนด และความร้อนที่น้อยลงหมายถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น หลักการทั่วไปที่คุ้นเคยคือการลดอุณหภูมิแกนทุกๆ 10 °C จะทำให้อายุการใช้งานเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าโดยประมาณ

กระแสระลอกคลื่นไม่ได้แบ่งเท่าๆ กัน โดยจะแยกตามอิมพีแดนซ์ ดังนั้นตัวเก็บประจุ ESR ต่ำสุดในธนาคารจึงมีส่วนแบ่งมากที่สุดและทำงานที่ร้อนแรงที่สุด การตรวจสอบเฉพาะคะแนนระลอกรวมของธนาคาร แทนที่จะตรวจสอบส่วนแบ่งต่อส่วน จะทำให้ความอบอุ่นปรากฏขึ้นใต้กล้องถ่ายภาพความร้อนได้อย่างไร

ก่อนที่เลย์เอาต์จะค้าง ควรกลับมาดูอีกครั้ง ESR กำหนดรูปร่างของกระแสระลอกคลื่นและความร้อนอย่างไร ในตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติค เนื่องจากความสัมพันธ์ดังกล่าวกำหนดขีดจำกัดที่แท้จริงของธนาคารคู่ขนาน

ชิ้นส่วนที่ไม่ตรงกันและความเครียดที่โยกย้าย

ตัวเก็บประจุสองตัวจากการดำเนินการผลิตเดียวกันอาจมีความจุแตกต่างกัน 20 เปอร์เซ็นต์และมี ESR มากกว่ามาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมาจากล็อตที่แตกต่างกันหรือสภาพการจัดเก็บที่แตกต่างกัน ในธนาคารคู่ขนานที่สเปรดแสดงว่าการแบ่งปันกระแสไฟฟ้าไม่เท่ากัน แทนที่จะเป็นแรงดันไฟฟ้าไม่เท่ากัน

ลำดับความล้มเหลวนั้นคุ้มค่าที่จะอธิบายเพราะมันขัดกับสัญชาตญาณ ส่วน ESR ต่ำสุดจะมีกระแสกระเพื่อมมากที่สุดและทำงานที่ร้อนที่สุด ความร้อนทำให้อิเล็กโทรไลต์แห้ง ซึ่งจะทำให้ ESR สูงขึ้นและลดความจุไฟฟ้าลง เมื่อ ESR เพิ่มขึ้น ส่วนแบ่งของกระแสจะลดลง และตัวเก็บประจุที่เหลือจะดูดซับความแตกต่าง ธนาคารแทบไม่เคยล้มเหลวทั้งหมดในคราวเดียว มันหมุนเวียนความเครียดจากส่วนหนึ่งไปอีกส่วนหนึ่งจนกว่าจะระบายออกได้

ทองแดงมีความสำคัญพอๆ กับความจุไฟฟ้า

ความต้านทานการติดตามและบัสบาร์ที่ไม่กี่มิลลิโอห์มจะไม่เกี่ยวข้องที่ 1 A และเด็ดขาดที่ 100 A หากเส้นทางทองแดงไปยังตัวเก็บประจุตัวหนึ่งยาวกว่าเส้นทางไปยังเพื่อนบ้าน 30 มม. การแยกกระแสไฟฟ้าจะเป็นไปตามทองแดง ไม่ใช่ในเอกสารข้อมูล เค้าโครงแบบสมมาตร กิ่งก้านที่มีความยาวเท่ากัน และจุดดาวที่ใช้ร่วมกันคือการแก้ไขมาตรฐาน

ตรรกะเดียวกันนี้ใช้กับความถี่สูง โดยที่ค่าความเหนี่ยวนำอนุกรมที่เทียบเท่าจะมีอิทธิพลเหนือ ตัวเก็บประจุแบบขนานจะลดการเหนี่ยวนำลูปของธนาคารเฉพาะเมื่อมีการใช้เส้นทางกลับแบบกะทัดรัดเท่านั้น กระจายเป็นวงกว้างและผลประโยชน์ก็ระเหยไป

นี่คือเหตุผลว่าทำไมชิ้นส่วนโพลีเมอร์ ESR ต่ำและอิเล็กโทรไลต์จำนวนมากจึงมักถูกนำมาใช้ร่วมกัน: โพลีเมอร์จะจัดการกับขอบที่รวดเร็ว อิเล็กโทรไลต์จะครอบคลุมความต้องการพลังงานที่ช้าลง และทองแดงจะตัดสินใจว่าจะทำงานอย่างใดอย่างหนึ่งหรือไม่

รายการตรวจสอบที่ใช้ได้จริงสำหรับธนาคารคู่ขนาน

ปัญหาเกี่ยวกับธนาคารคู่ขนานส่วนใหญ่ย้อนกลับไปถึงการตัดสินใจ 5 ประการที่เกิดขึ้นตั้งแต่เนิ่นๆ และไม่ค่อยมีการกลับมาทบทวนอีก รายการด้านล่างคือเวอร์ชันที่ยังอยู่ในเวอร์ชันที่ใช้งานจริง

1. ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าของธนาคารจากตัวเก็บประจุที่มีพิกัดต่ำสุด จากนั้นใช้การลดพิกัด: 80 เปอร์เซ็นต์ของพิกัดเป็นพื้นสำหรับการออกแบบที่อุณหภูมิห้อง หรือเกือบ 70 เปอร์เซ็นต์สำหรับหน้าที่ที่มีการกระเพื่อมสูงหรืออุณหภูมิสูง
2. เก็บหนึ่งเรตติ้ง หนึ่งซีรีส์ และหนึ่งล็อตไว้ทั่วทั้งธนาคาร ล็อตผสมหมายถึง ESR แบบผสม และ ESR แบบผสมหมายถึงกระแสผสม
3. ขนาดระลอกต่อตัวเก็บประจุมากกว่าต่อแบงค์ และถือว่าส่วน ESR ต่ำสุดจะใช้เวลามากกว่าส่วนแบ่งทางคณิตศาสตร์
4. วางทองแดงอย่างสมมาตร เนื่องจากความยาวเส้นทางเท่ากันมีความสำคัญมากกว่าพื้นที่ทองแดงทั้งหมดเมื่อกระแสน้ำสูงขึ้น
5. ยืนยันภาพความร้อนภายใต้ภาระกรณีที่แย่ที่สุดด้วยกล้อง ไม่ใช่เฉพาะกับสเปรดชีตเท่านั้น
6. ตัดสินใจล่วงหน้าว่าตัวเก็บประจุที่ล้มเหลวจะได้รับอนุญาตให้ทำอะไรได้บ้าง การระบายอากาศ การลัดวงจร และการสูญเสียความจุแบบค่อยเป็นค่อยไปเป็นเหตุการณ์ที่แตกต่างกันสามเหตุการณ์และผลที่ตามมาสามประการ

เมื่อตัวเก็บประจุมากขึ้นในแบบคู่ขนานหยุดช่วย

การเชื่อมต่อแบบขนานจะเพิ่มความจุ มันไม่เคยเพิ่มความสามารถของแรงดันไฟฟ้า ซึ่งเป็นงานของสตริงอนุกรม และสตริงอนุกรมจำเป็นต้องมีตัวต้านทานที่สมดุล เนื่องจากความทนทานต่อความจุจะเปลี่ยนเป็นความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าโดยตรง

พลังงานที่สะสมไว้ก็เติบโตไปพร้อมกับธนาคารด้วย แบตเตอรีขนาด 2,820 µF ที่ชาร์จที่ 400 V กักเก็บพลังงานได้ประมาณ 226 จูล ซึ่งทั้งหมดนี้ใช้ได้กับเส้นทางความผิดปกติ เครื่องมือที่ตกหล่น หรือมือของช่างเทคนิค ตัวต้านทานบลีเดอร์ ระยะเวลาคายประจุที่กำหนด และการป้องกันการลัดวงจรเป็นส่วนหนึ่งของชุดจ่ายไฟ ไม่ใช่อุปกรณ์เสริมเพิ่มเติม

ความละเอียดอ่อนอีกอย่างหนึ่งก็คุ้มค่าที่จะรู้ การนำค่าความจุไฟฟ้าที่แตกต่างกันมากสองกลุ่มขนานกันสามารถสร้างการป้องกันการสั่นพ้องระหว่างกลุ่มทั้งสองได้ โดยที่ความต้านทานรวมจะเพิ่มขึ้นที่ความถี่เฉพาะแทนที่จะลดลง ไม่ค่อยมีความสำคัญในการกักเก็บพลังงานจำนวนมาก และมีความสำคัญอย่างมากในเครือข่ายแยกการเชื่อมต่อความถี่สูง

ตัวเลขสามตัวเป็นตัวกำหนดว่าธนาคารคู่ขนานทำงานหรือไม่: อัตราแรงดันไฟฟ้า ซึ่งเป็นอัตราที่ต่ำที่สุดในแถว; ความจุซึ่งเป็นผลรวม และ ESR ซึ่งเป็นส่วนกลับของผลรวมส่วนกลับ ตัวเก็บประจุที่มีกระแสกระเพื่อมมากที่สุดคือตัวที่มีความต้านทานน้อยที่สุด และจะเป็นตัวที่ทำงานร้อนที่สุดด้วย

ทำสิ่งที่ถูกต้อง รักษาทองแดงให้สมมาตรและคงรายการวัสดุให้คงที่ และธนาคารคู่ขนานจะทำสิ่งที่นักออกแบบถามอย่างแม่นยำ: ลดความต้านทาน กระจายความร้อน และซื้ออายุการใช้งานนานหลายปีโดยเสียค่าส่วนประกอบเพิ่มเติมบางส่วน เนื่องจากธนาคารมีความเข้มแข็งพอๆ กับส่วนที่อ่อนแอที่สุดในธนาคารเท่านั้น ซัพพลายเออร์ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคที่สามารถบันทึกข้อมูลความทนทานและอายุการใช้งานในซีรีย์เดียว ทำให้การคำนวณนั้นป้องกันได้ง่ายขึ้นมาก