전압 커패시터 병행하여: 은행 등급이 실제로 무엇인지
병렬 커패시터 뱅크를 관리하는 커패시턴스, 전류 공유 및 전압 상한선에 대한 실제 가이드입니다.
6개의 470μF 스냅인 커패시터가 충전 모듈의 400V DC 링크에 일렬로 배치되어 있습니다. 그림에서는 그룹을 2,820μF 뱅크라고 부르며 모든 사람은 그 숫자를 무해한 산술로 읽습니다. 그런 다음 누군가 6개 위치 중 2개 위치에 450V 대신 350V 부품이 채워지고 방이 조용해지면 어떻게 되는지 묻습니다.
추론하기 전에 대답은 다음과 같습니다. 병렬로 연결된 커패시터는 모두 동일한 전압을 보고, 커패시턴스가 합쳐지고, 등가 직렬 저항이 떨어지며, 전체 뱅크의 전압 정격은 행의 가장 낮은 정격과 같습니다. 평균도 아니고 최고도 아니고 레이아웃이 개선할 수 있는 것도 아닙니다.
이 한 문장에 따라 은행이 급등 상황에서 살아남을지 아니면 더운 오후에 전해질을 배출할지가 결정됩니다. 다음은 커패시터를 병렬로 배치할 때 실제로 변경되는 사항, 전혀 변경되지 않는 사항, 검증 중에 문제가 되는 경향이 있는 세부 사항입니다.
단일 전압, 공유 충전: 병렬 연결이 변경하는 것
병렬 배열에서는 터미널이 함께 묶여 있으므로 모든 커패시터는 동일한 전위차를 보입니다. 요금은 균등하게 나누어지지 않습니다. 용량에 비례하여 나누어집니다. 48V에서 1,000μF 커패시터는 옆에 있는 100μF 커패시터 전하의 10배를 저장하는 반면, 둘 다 정확히 동일한 전압으로 스트레스를 받습니다.
산술은 간단합니다. 총 정전 용량은 개별 값의 합이며 저장된 에너지는 그 총계를 따릅니다.
- C 총계 = C1 C2 ... Cn
- 저장된 에너지 = 1/2 x C 총 x V 제곱
- 등가 저항과 인덕턴스는 역수로 결합되므로 부품이 추가되면 감소합니다.
| 재산 | 시리즈 뱅크 | 병렬 은행 |
|---|---|---|
| 총 정전용량 | 상호 추가 | 값이 직접 추가됩니다. |
| 각 부분의 전압 | 나누다; 가장 작은 커패시터가 가장 큰 점유율을 차지합니다. | 뱅크의 모든 커패시터에 대해 동일함 |
| 그룹의 전압 정격 | 추가, 균형 조정이 이루어지면 | 가장 낮은 단일 등급과 같습니다. |
| 하드웨어 균형 조정 | 일반적으로 필수 | 필요하지 않음 |
| 일반적인 역할 | 고전압 스트링 및 스택 링크 | 대량 저장, 분리, 리플 공유 |
| 가장 취약한 부분의 위험 | 가장 작은 커패시터의 과전압 | 가장 낮은 ESR 커패시터의 과열 |
명확하게 명시된 병렬 뱅크의 전압 정격
커패시턴스는 병렬로 추가됩니다. 전압 정격은 그렇지 않습니다. 은행은 단순히 행에서 가장 낮은 숫자를 상속받습니다.
63V 커패시터와 35V 커패시터가 병렬로 연결되어 35V 뱅크를 형성합니다. 63V 부품은 자체 한도보다 훨씬 아래로 실행되므로 커패시터에 무해하며 회로도 메모를 읽는 사람에게 오해의 소지가 있습니다.
규칙에는 두 번째 레이어가 있습니다. 정격 전압은 작동 전압이 아닙니다. 알루미늄 전해액은 일반적으로 마진을 두고 작동됩니다. 정격 전압의 80%를 유지하는 것은 실온 설계의 일반적인 기준입니다. 리플이 높거나 105°C 설계에서는 종종 70%에 가까워지지만 수명이 긴 산업용 제품은 여전히 낮아질 수 있습니다.
서지 정격은 작동 전압이 아닙니다. 정격 전압에서 짧은 서지를 허용하는 부품은 계속해서 작동하도록 요청해서는 안 되며, 병렬 뱅크는 단일 커패시터가 가질 수 없는 공유 마진을 제공하지 않습니다.
| 정격전압 | 80% 목표 | 70% 목표 |
|---|---|---|
| 25V | 20V | 17.5V |
| 35V | 28V | 24.5V |
| 50V | 40V | 35V |
| 63V | 50V | 44V |
| 100V | 80V | 70V |
| 200V | 160V | 140V |
| 400V | 320V | 280V |
| 450V | 360V | 315V |
병렬 은행이 이사회 공간을 확보하는 이유
병렬 연결은 저항기가 결합되는 것과 같은 방식으로 저항과 인덕턴스를 나눕니다. 100밀리옴의 ESR을 갖는 5개의 커패시터는 마치 20밀리옴 구성 요소처럼 그룹으로 동작합니다. 등가 저항이 낮다는 것은 주어진 리플 전류에서 내부 가열이 적다는 것을 의미하고, 가열이 적다는 것은 수명이 길다는 것을 의미합니다. 경험에 따르면 중심 온도가 10°C 감소할 때마다 서비스 수명이 대략 두 배로 늘어납니다.
그러나 리플 전류는 균등하게 나누어지지 않습니다. 임피던스에 따라 분할되므로 뱅크에서 ESR이 가장 낮은 커패시터가 가장 큰 점유율을 차지하고 가장 뜨겁게 작동합니다. 부품별 점유율 대신 은행의 전체 리플 등급만 확인하는 것이 열화상 카메라 아래에 단일 웜이 나타나는 방식입니다.
레이아웃이 고정되기 전에 다시 방문할 가치가 있습니다. ESR이 리플 전류와 열을 형성하는 방법 알루미늄 전해 콘덴서에서는 그 관계가 병렬 뱅크의 실제 한계를 설정하기 때문입니다.
일치하지 않는 부품과 마이그레이션되는 스트레스
동일한 생산에서 나온 두 개의 커패시터는 정전 용량이 20% 다를 수 있으며 ESR은 훨씬 더 크게 다를 수 있습니다. 특히 서로 다른 로트 또는 다른 보관 조건에서 나온 경우 더욱 그렇습니다. 병렬 뱅크에서 확산은 불평등한 전압이 아닌 불평등한 전류 공유로 나타납니다.
실패 순서는 직관에 어긋나기 때문에 자세히 설명할 가치가 있습니다. ESR이 가장 낮은 부분은 가장 많은 리플 전류를 전달하고 가장 뜨겁게 작동합니다. 열은 전해질을 건조시켜 ESR을 높이고 정전 용량을 낮춥니다. ESR이 올라가면 전류 점유율이 떨어지고 나머지 커패시터가 그 차이를 흡수합니다. 은행이 한꺼번에 실패하는 경우는 거의 없습니다. 배출될 수 있을 때까지 부품에서 부품으로 응력을 회전시킵니다.
프로토타입 제작 중에도 하나의 병렬 뱅크 내에서 정격 전압을 혼합하지 마십시오. 은행이 시리즈나 로트를 결합해야 하는 경우 조립 전에 ESR을 측정하고 검증을 통해 자재 명세서를 동결하십시오. 공급업체가 자동으로 변경되면 회로도가 표시되지 않는 방식으로 현재 잔액이 바뀔 수 있기 때문입니다.
구리는 정전 용량만큼 중요합니다.
몇 밀리옴의 트레이스 및 부스바 저항은 1A에서는 관련이 없으며 100A에서는 결정적입니다. 한 커패시터에 대한 구리 경로가 이웃 커패시터에 대한 경로보다 30mm 더 긴 경우 전류 분할은 데이터시트가 아닌 구리를 따릅니다. 대칭 레이아웃, 동일한 길이의 분기 및 공유 스타 포인트가 표준 수정 사항입니다.
등가 직렬 인덕턴스가 지배적인 고주파수에도 동일한 논리가 적용됩니다. 병렬 커패시터는 컴팩트한 복귀 경로를 공유하는 경우에만 뱅크의 루프 인덕턴스를 줄입니다. 넓은 루프에 분산시키면 이점이 사라집니다.
이것이 저 ESR 폴리머 부품과 벌크 전해액이 자주 함께 사용되는 이유입니다. 폴리머는 빠른 가장자리를 처리하고, 전해액은 느린 에너지 수요를 처리하며, 구리는 둘 중 하나의 역할을 수행할지 여부를 결정합니다.
병렬 은행을 위한 실용적인 체크리스트
대부분의 병행 은행 문제는 일찍 내려지고 거의 재검토되지 않는 다섯 가지 결정으로 거슬러 올라갑니다. 아래 목록은 프로덕션에서 유지되는 버전입니다.
- 정격이 가장 낮은 커패시터에서 뱅크 전압을 설정한 다음 정격 감소를 적용합니다. 실온 설계의 경우 정격의 80%, 높은 리플 또는 고온 듀티의 경우 70%에 가깝습니다.
- 하나의 등급, 하나의 시리즈, 이상적으로는 은행 전체에 하나의 로트를 유지하십시오. 혼합 로트는 혼합 ESR을 의미하고, 혼합 ESR은 혼합 전류를 의미합니다.
- 뱅크당이 아닌 커패시터당 리플 크기를 조정하고 가장 낮은 ESR 부분이 산술 공유보다 더 많은 부분을 차지한다고 가정합니다.
- 전류가 증가하면 동일한 경로 길이가 전체 구리 면적보다 더 중요하므로 구리를 대칭적으로 배치하십시오.
- 스프레드시트뿐만 아니라 카메라로 최악의 부하 상황에서 열화상을 확인하세요.
- 고장난 커패시터가 무엇을 할 수 있는지 미리 결정하십시오. 벤팅, 단락 및 점진적인 정전용량 손실은 세 가지 다른 결과를 가져오는 세 가지 다른 이벤트입니다.
더 많은 병렬 커패시터가 도움이 되지 않는 경우
병렬 연결은 정전용량을 증가시킵니다. 이는 직렬 스트링의 작업인 전압 용량을 높이지 않으며, 정전 용량 허용 오차가 직접적으로 전압 불균형으로 바뀌기 때문에 직렬 스트링에는 밸런싱 저항기가 필요합니다.
저장된 에너지도 은행과 함께 성장합니다. 400V로 충전된 2,820μF 뱅크는 약 226줄을 보유하며, 모두 오류 경로, 떨어진 도구 또는 기술자의 손에서 사용할 수 있습니다. 블리더 저항, 정의된 방전 시간 및 단락 보호는 추가 옵션이 아닌 뱅크의 일부입니다.
또 하나의 미묘함은 알 가치가 있습니다. 커패시턴스 값이 매우 다른 두 그룹을 병렬로 연결하면 두 그룹 사이에 반공진이 생성될 수 있으며, 여기서 결합된 임피던스는 특정 주파수에서 떨어지는 대신 상승합니다. 이는 대량 에너지 저장에서는 거의 중요하지 않으며 고주파 디커플링 네트워크에서는 매우 중요합니다.
저장된 에너지는 모든 병렬 뱅크에서 위험합니다. 처음 전원을 켜기 전에 블리더 크기, 방전 시간 및 잠금 절차를 확인하고 방전되지 않은 커패시터를 라이브로 처리하십시오.
세 가지 숫자가 병렬 뱅크의 작동 여부를 결정합니다. 즉, 행에서 가장 낮은 정격인 전압 정격입니다. 합인 커패시턴스; 및 역수의 합의 역수인 ESR. 가장 많은 리플 전류를 전달하는 커패시터는 저항이 가장 작은 커패시터이며 가장 뜨겁게 작동하는 커패시터이기도 합니다.
이를 올바르게 수행하고 구리 대칭을 유지하며 BOM을 안정적으로 유지하며 병렬 뱅크는 설계자가 요구하는 작업을 정확하게 수행합니다. 즉, 몇 가지 추가 구성 요소 비용으로 임피던스를 낮추고 열을 확산시키며 수년간의 서비스 수명을 구입합니다. 은행은 가장 약한 부분만큼만 강력하기 때문에 하나의 시리즈에 걸쳐 공차 및 수명 데이터를 문서화할 수 있는 알루미늄 전해 커패시터 공급업체를 사용하면 해당 계산을 훨씬 쉽게 방어할 수 있습니다.
