Какие электролитические конденсаторы лучше для импульсного блока питания
При построении качественного блока питания важно правильно рассчитать фильтр подавления пульсаций на выходе диодного выпрямителя.
Для самодельного простого лабораторного блока питания, можно особо не думать, и поставить на выходе выпрямителя электролитический конденсатор емкостью в 1000мкФ, выбрав лишь правильный номинал максимального напряжения , с запасом, по выходному напряжению вашего трансформатора.
Для большинства лабораторных БП 25 Вольт будет достаточно.
Простые схемы на микроконтроллерах, стандартной логике потребляют малый ток, и когда задача состоит в том чтобы помигать светодиодом, или запустить маломощный моторчик проблем не будет. В нашей схеме выше, при известных входных и выходных напряжениях не учитывается ток, потребляемый нагрузкой.
Ниже представлена относительно мощного промышленного блока питания для радиоаппаратуры:
Схема его почти ничем не отличается от показанной выше.
В сегодняшней статье я рассматриваю расчет сглаживающего фильтра в блоке питания, который можно будет использовать для питания сложных устройств таких как радиоприемники и радиостанции.
Допустим, мы имеем мощный трансформатор 220/24 В на номинальный ток 14 ампер и соответствующий этому , проходящему току диодный мост (сборку) , выбранный , с запасом. От такого блока питания можно запитать мощную нагрузку!
Правильность работы технически сложных устройств, потребителей энергии этого БП , будет сильно зависеть от качества фильтрации пульсаций переменного напряжения.
Рассчитать номинал сглаживающего конденсатора очень просто, определившись с требуемым коэффициентом пульсаций. Выберем его равным 8%.
Определим, что нагрузка будет потреблять максимальный ток 12 Ампер, тогда емкость конденсатора фильтра для двуполупериодного выпрямителя определим по формуле:
С1= Iн / (6.28* Uн*F*Кп) - , где
Iн (номинальный ток нагрузки)
Uн (номинальное выходное напряжение БП)
F (частота промышленной сети в герцах) 50Гц
Кп (коэффициент пульсаций )
Последние посетители 0 пользователей онлайн
сдохнуть от голода после растрат от таких "рацух" куда страшнее, чем моментальная смерть . Зачем все умышленно путают то, что делается для рядового потребителя и на века от банальной оснастки радиолюбителя или ремонтника? Я в эпоху службы в ВУЗ-е МЧС услышал от матери, которая работала инженером в СКТБ , связанным с электрооборудованием вопрос: "Кто у вас там таких дегенератов готовит"? А все опосля того, как пришел долПоЖОБ - выпускник-лейтенант и увидев ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД с порога заявил - "У Вас открытая проводка"!
А нужны ли шунтирующие диоды для светодиодов? Мне представляется, что обратный ток через верхние диоды слишком мал, чтобы нанести какой-либо вред светодиодам. Хотел собрать схему, но не обнаружил ни свободного шнура с вилкой, ни патрона для лампы. Диоды и светодиоды под рукой, а вилки и патроны где-то на балконе. Пожалуй, в 3 часа ночи я туда не полезу. Так что эксперимент откладывается.
Еще в Радио 1977 года простая схема на светодиодах для постоянного напряжения. (если между H4 и R1 добавить диод для надежности то будет и на переменном перемигиваться)
Они хоть и не приемлют закон Ома (на всё воля Аллаха), но таки всё чаще они монтируют исключительно правильно и аккуратно (особенно если объяснишь как оно должно быть, и что желто зелёный провод - исключительно для заземления. )!. На пищащий тестер в режиме прозвона уже не смотрят как на шайтан машину, которая если засвистит - значит денег не будет. С уважением, Сергей
Как обычно, поводом для проведения этой «лабораторной работы» послужил обычный радиолюбительский трёп о работе блоков питания в звуковоспроизводящей аппаратуре. Не в том смысле, как они работают, а в том, какую роль выполняют стоящие на их выходе электролитические конденсаторы. Зачем они нужны, если, допустим, напряжение уже достаточно хорошо сглажено после выпрямителя, а потом ещё и стабилизировано? Зачем дополнительные конденсаторы устанавливают в питающие цепи на плате усилителя? Почему в разных схемах усилителей, но примерно одинаковой мощности, эти конденсаторы сильно отличаются ёмкостью – где-то 10 000 мкФ ставят, а где-то 47 000 мкФ рекомендуется как минимальный номинал? И один из самых интересных вопросов – почему у усилителя нередко меняется тембральный баланс звучания при смене схемы источника питания? Хотя приборами это не фиксируется – амплитудно-частотная характеристика какая была, такая и осталась… И коэффициент нелинейных искажений на 1 кГц не изменился…
Вопросы бывают разные. Сложные и не очень, скучные и интересные. На некоторые вопросы известны ответы ещё со школьного курса физики – например формула «цэнаувквадратепополам», дающая понятие о накопленной конденсатором энергии. А часто ли этой формулой пользуется радиолюбитель, собирая очередную схему? Не знаю, как вы, а я – нет. Точечную сварку собирать пока не приходилось, а во все остальные конструкции ставлю электролитов «по-максимуму», т.е. всё, что в тумбочке найдётся. Скорее всего, потому что, когда-то собирая усилитель Акулиничева (это тот, который с глубокой ООС, из маленького журнала «Радио») посмотрел осциллографом падения напряжений на низкоомном резисторе в цепи питания во время воспроизведении музыки. Вот с тех пор и не экономлю на конденсаторах, хотя про «цэнаувквадратепополам» и не задумываюсь…
Теория, несомненно, вещь хорошая и, говорят, что не знать её - это плохо, но когда я честно взялся теоретически посчитать работу блока питания и конденсатора во время переходных процессов по «Справочнику по радиоэлектронике» (под редакцией А.А. Куликовского) и столкнулся с фразой «проводимость обратной передачи при короткозамкнутом входе, которая позволяет определить ток на короткозамкнутом входе, протекающий в результате действия напряжения на выходе четырёхполюсника», понял, что математический анализ радиотехнических цепей – это «явно не моё», что не зря мне ставили тройки по математике и что сразу после окончания школы надо было идти работать «учеником младшего черпальщика в ассенизационном обозе при холерных бараках», а не заниматься радиолюбительством… При упоминании о школьных годах из памяти сами собой всплывают лабораторные работы по физике, где иногда то, что сложно было понять теоретически, можно было посмотреть в «живом» эксперименте. Так почему бы и здесь не пойти по этому пути?
Насколько помню, при проведении экспериментов нужно выполнить ряд последовательных опытов с регистрацией получаемых результатов, а для понимания этих результатов нужно заранее обозначить цели и задачи. После некоторых раздумий над тем, что уже успел посчитать теоретически, пришёл к выводу, что основное, что интересует - это как распределяются в источнике питания токи, потребляемые усилителем низкой частоты во время работы со звуком. Другими словами – что «видит» усилитель по шинам питания? Каково внутреннее сопротивление источника питания при разных частотах работы усилителя? Под словами «источник питания» в данном случае можно подразумевать и аккумулятор, и трансформатор с выпрямителем (часто со стабилизатором), и конденсаторы, стоящие как на их выходах, так и непосредственно на плате усилителя (рис.1).
Все основные описанные здесь эксперименты проведены с использованием однополярного питания 12В и каскада эмиттерного повторителя (токового усилителя) в качестве нагрузки (рис.2) с током покоя 0,97 А. На вход повторителя подавался синусоидальный сигнал с генератора Г3-118 такого уровня, чтобы на нагрузке 10 Ом выходное напряжение составляло 2,5 В(rms) (измерено мультиметром ВР-11А). Коэффициент нелинейных искажений сигналов не контролировал. Выходное сопротивление повторителя на частоте 100 Гц - около 0,2 Ом. Усилитель собран навесным монтажом на выводах транзистора, прикрученного к радиатору и подключался к источнику питания проводниками длиной 20 см и сечением 1,57 кв.мм. Резистор нагрузки во всех вариантах «холодным» концом был подключен отдельным проводом к минусовому выводу аккумулятора или конденсатора в блоке питания.
Для того чтобы увидеть, как распределяются токи, в контрольные места ставил низкоомные резисторы, выполненные из нихромовой проволоки (рис.3). Их сопротивление – 0,075 Ом. В некоторых случаях, для снижения влияния их сопротивления на измерения, они включались параллельно по 2-3 штуки. Снимаемое с них напряжение падения подавалось в звуковую карту компьютера с закрытым входом и регистрировалось программой SpectraPLUS в диапазоне от 10 Гц 20 кГц.
Используемый компьютер и программа позволили уверенно регистрировать сигнал уровнем от 1 мВ. На резисторе 0,075 Ом он появляется при прохождении тока силой в 13,3 мА. Можно считать это «нижним уверенным» порогом измерений.
В тексте встречаются слова «положительная полуволна» и «отрицательная». На самом деле, в большинстве случаев это будет относиться не к переменным напряжениям и токам, а к постоянным, но пульсирующим. Например, если на усилитель (рис.2) не подавать синусоидальный сигнал, то на резисторе R4 присутствует только постоянное напряжение около 73 мВ, а если подавать, то оно начнёт увеличиваться и уменьшаться, пропорционально сигнальному напряжению. При 2,5 В(rms) выходного напряжения максимальный потенциал на R4 будет около 115 мВ, минимальный – 31 мВ. Вот эти амплитудные 42-милливольтовые полуволны относительно 73 мВ и подразумеваются как «положительные» и «отрицательные».
Первые эксперименты проводились при питании усилителя от 12-тивольтовой аккумуляторной батареи ёмкостью 7,2 А/ч. В наличии было две старые и одна новая – на старых проводились черновые работы, а затем, при подключении новой, снимались окончательные результаты. Заодно проверялось влияние на показания изменение внутреннего сопротивления по постоянному току у источника питания. Новый аккумулятор имел внутреннее сопротивление около 0,1-0,11 Ом, старые – 0,27-0,35 Ом.
Первый эксперимент. В месте подвода провода положительного напряжения впаян резистор 0,075 Ом (рис.4). Падение напряжений фиксировались при подаче на вход повторителя сигналов четырёх частот длительностью по нескольку секунд – 10,1 Гц, 101 Гц, 1010 Гц и 10100 Гц (для упрощения, далее по тексту они будут фигурировать, как 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц). Сигналы подавались последовательно, начиная с 10 Гц. На рисунке 5 видно, что при всех частотах амплитуды тока достигают примерно одинаковых значений, что говорит о том, что потребляемая мощность одинакова на всех частотах и никаких потерь и искажений в контролируемом диапазоне частот нет. Небольшой подъём уровня на частоте 10 кГц обусловлен подъёмом АЧХ звуковой карты компьютера примерно на 1,5 dB на частотах около 12 кГц.
Затем последовательно с R3 (показан на рис.2) и с Rнагрузки были установлены резисторы по 0,075 Ом. Снятые с них сигналы показаны на рисунке 6. Здесь можно увидеть распределение токов и посчитать их сумму – она равна амплитудам сигналов на резисторе, стоящем в питающем проводе (36 мВ + 29 мВ = 65 мВ).
Далее к коллектору транзистора и нижнему выводу R4 были подпаяны три конденсатора по 2200 мкФ каждый. «Три в параллель» взяты для того, чтобы получить малое внутреннее сопротивление (ESR). Суммарная их ёмкость, естественно, стала 6600 мкФ. Провода, используемые для коммутации конденсаторов, были максимально короткой длины и сечением 3,14 мм.кв. На рисунке 7 показано падение напряжений на резисторе в питании при подаче на вход усилителя сигналов разных частот. Амплитуда на 10 Гц стала около 0,061 мВ, на 100 Гц – 55 мВ, на 1 кГц – 22 мВ, на 10 кГц – 12 мВ. Думается, что если мощность, потребляемая усилителем, осталась та же, а уровень пульсирующего тока, проходящего через аккумулятор, уменьшился, то это означает, что ток нашёл другой путь – в данном случае, через конденсаторы.
При увеличении ёмкости до 123000 мкФ множеством включенных параллельно электролитических конденсаторов и установкой дополнительно 12 мкФ плёночных, получился график, показанный на рисунке 8. Амплитуда на 10 Гц упала до 40 мВ, на 100 Гц – до 9 мВ.
Решил посмотреть, как распределятся токи в более слаботочной схеме. Всё-таки, в формуле, определяющей протекающий через конденсатор ток, говорится о том, что он (ток) пропорционален скорости изменения напряжения на конденсаторе – Ic=C*(dU/dt). Это, насколько понимаю, говорит о том, что и при малой амплитуде высокочастотного сигнала, и при большой, но низкочастотного, мгновенные токи могут быть одинаковыми. Надо проверить. Для этого увеличил сопротивление резистора в эмиттере транзистора до 100 Ом и Rнагр до 200 Ом. Ток покоя усилителя стал около 75 мА. Судя по рисунку 9, заметно небольшое увеличение при 10 кГц, а в основном распределение токов не изменилось, пропорции остались примерно такие же, уменьшился только амплитуды (поэтому градация вертикальной шкалы изменена для лучшей наглядности) и повысилась «лохматость» от помех при малых уровнях – всё-таки, амплитуда сигнала на 1 кГц около 0,5 мВ. Получается, разница межу токами в 970 мА и 75 мА не позволяет оценить изменения.
Попробовал ещё уменьшить ток покоя эмиттерного повторителя - примерно до 25 мА. В нагрузку поставил сопротивление 10 кОм. Резистор в питании увеличил до 1 Ом. При первой проверке оказалось, что все пульсации тока стали меньше уровня наводок и шумов, т.е. можно сказать, что при ёмкости конденсатора в 123000 мкФ он все переменные токи пропускает через себя. Последовательное уменьшение его ёмкости показало, что при 68000 мкФ сигналы при 10 Гц начинают превышать уровень помех. При 33000 мкФ и подаче на вход усилителя частот от 10 Гц до 100 Гц с шагом 10 Гц токовые амплитуды выглядят так, как показано на рисунке 10. Градация горизонтальной сетки равна 1 мВ на деление.
На рисунке 11 показаны данные, снятые при уменьшении уровня сигнала на входе эмиттерного повторителя до 1 В. Это опять проверка формула расчёта тока через конденсатор. Хоть уровни и уменьшились, но всё равно видно, что отношения амплитуд на частотах 10 Гц и 100 Гц поменялись.
Оставил в питании усилителя три конденсатора общей ёмкостью 6600 мкФ. Т.е. такой же, с которой снимались показания на рисунке 7. На рисунке 12 показан ток через резистор в питании 1 Ом при последовательности входных сигналов от 10 Гц до 100 Гц (с шагом в 10 Гц) и далее, с шагом в 100 Гц, до 1 кГц. Сравнивать с рисунком 7 можно по отношению амплитуд на частотах 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц. Видно, что здесь импульсы при 100 Гц намного меньше.
Посмотрел, как распределяются токи через аккумулятор и конденсатор при большой ёмкости конденсатора и больших токах. Вернул схему в режим с током покоя 0,97 А, нагрузка – 10 Ом, в цепь питания установил резистор сопротивлением 0,025 Ом и такой же резистор установил последовательно с конденсатором 123000 мкФ (рис.13, конденсатор в эмиттере и нагрузка не показаны, но они стоят в схеме). Сигналы, снятые с резисторов при работе усилителя на разных частотах (~2,5 В) показаны на рисунке 14, где видно, что на частоте 10 Гц ток больший ток течёт через аккумулятор, а на частотах 100 Гц и выше – через конденсатор.
Теперь несколько экспериментов с блоком питания на стабилизаторе LM7812. Схема включения стандартная (рис.15), из даташита. В качестве сетевого трансформатора применён преобразовательный из источника бесперебойного питания для компьютера. Микросхема-стабилизатор установлена на радиаторе, к её выводам подпаяна плата из фольгированного гетинакса, на которой навесным монтажом расположены остальные детали (рис.16). Конденсаторы С2 иС3 взяты в SMD исполнении. На плате сделаны дополнительные площадки, чтобы в любую часть схемы можно было поставить низкоомные резисторы 0,075 Ом.
Сначала были сняты данные при подключении эмиттерного повторителя по рисунку 4. Ток покоя 0,97А, нагрузка 10 Ом, напряжение НЧ сигнала 2,5 В. Конденсатор ёмкостью 4700 мкФ стоит в блоке питания. На рисунке 17 показаны пульсации тока через резистор 0,075 Ом при частотах 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц. Уровни амплитуд немного больше, чем на рисунке 5. Скорее всего, потому что стабилизатор LM7812 точно удерживает выходное напряжения за счёт внутренней обратной связи, не допускает его просадки и поэтому, надо полагать, его внутреннее сопротивление по «переменке» меньше чем у аккумулятора.
Следующие рисунки 18, 19 и 20 – при установке в питание повторителя конденсаторов ёмкостью 6600 мкФ, 33000 мкФ и 123000 мкФ, соответственно. Хорошо видны изменения в уровнях.
Теперь проверка слаботочной цепи. Уменьшил ток покоя повторителя до 25 мА и входное НЧ напряжение до 1 В. В нагрузке стоит сопротивление 10 кОм, резистор в питании 1 Ом. Так же менял ёмкости конденсаторов и снимал показания (рисунки 21, 22 и 23 соответствуют конденсаторам ёмкостью 6600 мкФ, 33000 мкФ и 123000 мкФ). Градация вертикальной шкалы 1 мВ на деление. На рисунке 21 заметно некоторое увеличение амплитуд тока при работе повторителя с 10 кГц, как и на рисунке 9, только там оно меньше. Скорее всего, это связано с внутренним (конструктивным) резонансом трёх конденсаторов по 2200 мкФ – они все одного типа и куплены были в одно время в составе одной партии. Проявляется этот резонанс только с этими конденсаторами, при малых тока нагрузки и при рабочих частотах повторителя от 8 кГц и выше.
На рисунке 24 показаны пульсации питающих напряжений на конденсаторе С4 в блоке питания (верхний) и на конденсаторе 123000 мкФ в «слаботочном» усилителе (нижний).
А на рисунке 25 – то же самое, но в «сильноточном режиме» - Iх.х.=0,97А, Rнагр.=10 Ом, Uперем.=2,5 В.
Напоследок собрал параметрический стабилизатор на стабилитроне и полевом транзисторе (рис.26). Кажется, он в таком включении работает и как фильтр «электронный дроссель». Рисунки 27, 28 и 29 – при установке в питание повторителя (в «сильноточном режиме») конденсаторов ёмкостью 6600 мкФ, 33000 мкФ и 123000 мкФ, соответственно.
Судя по тому, что амплитуда токов в сравнении с рисунками 18, 19 и 20 стала заметно меньше, этот стабилизатор обладает большим сопротивлением по переменному току.
Категоричных и далекоидущих выводов из показанных графиков делать не буду, наверное, каждый для себя сам решает, на что обращать внимание, но, думаю, что установка резистора сопротивлением до нескольких Ом в разрыв цепи после моста (перед "электролитом") должна помочь отфильтровать помехи со стороны моста, а установка такого же (или больше) по номиналу резистора по выходу стабилизатора (или транзистора), но, опять же до"электролита" (С4 на рис.15 или С6 на рис.26), нивелировать действия блока питания. Конечно, при наличии на плате усилителя конденсаторов большой ёмкости.
При желании пересчитать показания графиков в отношения сопротивлений в «цифровом виде», можно использовать формулу расчёта реактивного емкостного сопротивления конденсатора - Rс = 1/(2*3,14*F*C) и формулу, говорящую о том, что ток через конденсатор пропорционален скорости изменения его напряжения - Ic = C*(dU/dt). Но при расчёте нужно учитывать сопротивления мест пайки, соединительных проводов и их же индуктивность. Все мгновенные просадки питания в усилителе, думается, можно через формулу расчёта энергии накопленной на конденсаторе – W=(C*U*U)/2 привести к потребляемой усилителем мощности в моменты пикового потребления.
К статье прикреплены файлы, сделанные программой SpectraPLUS и соответствующие рисункам 27, 28 и 29.
Хочется выразить огромную благодарность школьному учителю физики – Трусову Юрию Георгиевичу за привитую любовь к экспериментальной физике и электричеству. А также большое спасибо другу с детства, тоже радиолюбителю, за организацию, можно сказать, «мозгового штурма», приведшего к сокращению текста статьи почти втрое. Ну, и само собой, господам Ому и Кирхгофу за законы и правила, которые радиолюбители соблюдают чаще остальных. В смысле, чаще остальных законов, а не чаще других людей. :-)
Подставляем значения в формулу, и получаем:
С1=19000 мкФ , т.е. потребуется параллельно подключить 4 конденсатора емкостью 4700 мкФ х 50В.
На что повлияет малая емкость конденсатора фильтра на практике?
Напряжение "просело" потому, что примененный фильтр не рассчитывался под большой ток, хотя, трансформатор и диодный мост получить такую мощность позволяют.
При работе радиостанции в режиме приема, так как потребляемый в этом режиме ток очень мал, дефект проявляться не будет (см. первую осциллограмму).
Но в режиме передачи (см. вторую осциллограмму) , потребляемый ток радиостанцией резко возрастает, и следовательно подсаживается напряжение на выходе БП , что повлияет на максимальную выходную мощность передатчика.
В особо запущенных случаях, когда фильтр неисправен, радиостанция будет выключаться.
Искал конденсаторы для ремонта материнских плат и разных блоков питания. Нашел на мой взгляд неплохие, более подробно под катом.
Мой обзор скорее ориентирован на круг радиолюбителей и людей занимающихся ремонтом разной электроники, чем пользователям оной. Надеюсь, что он будет им полезен.
Разжился как то по случаю неплохой материнской платой, но с пухлыми конденсаторами. Да и часто приносят в ремонт блоки питания, раньше покупал конденсаторы на рынке, в этот раз решил купить на Али. На рынке подобные стоят примерно на 30% дороже, но выбор ограничен Капсоном и Джамиконом. Рубикон мне нравится больше, на рынке практически не встречается.
У продавца была скидка, потому мне они обошлись в 11.75, к слову скидки у продавца бывают часто, надо просто подождать.
Приехало это все довольно быстро, и при получении выглядело так —
Да, Вы не ошиблись, конденсаторов 97, а не 100. Написал продавцу, он предложил скидку на следующий заказ. Видео распаковки и пересчета не было, не стал напрягаться, проще было забить, но если будете покупать, имейте это ввиду. Мелочь, а неприятно.
Конденсаторы были упакованы в достаточно удобный пакетик с защелкой, так они и хранятся у меня в столе среди других деталей.
Конденсаторы были получены еще в марте, сразу после получения заменены 24 штуки на материнской плате и отремонтировано около 10шт БП для роутеров и т.п. За 2.5 месяца круглосуточной работы ни один не отказал (понятно что срок небольшой, могу через время выпаять какой нибудь и повторить изменение ESR).
Конденсаторы с обрезанными выводами, видимо предназначались для автоматического монтажа, но до него не добрались, а попали вместо этого ко мне домой. Применять мне их было даже удобнее, чем обычные со стандартными выводами.
Мое резюме —
Конденсаторы скорее всего действительно фирменные, параметры в норме, упаковка и доставка нормальная, к покупке у этого продавца рекомендую (с оговоркой насчет количества).
При построении импульсного ПН сразу встает вопрос - какие конденсаторы ставить как на выход выпрямителя, так и на подпорку первичной обмотки трансформатора. Вопрос не праздный - хорошие импульсные конденсаторы найти оказалось нелегко.
Определимся для начала, какие конденсаторы нам нужны. По напряжению на вторичной шине - 35, 50 или 63В, гибкие выводы, по габаритным ограничениям - емкостью 1000 мкФ (50-63В), 2200 мкФ (35В). Для упрощения - ограничусь единственным номиналом 1000мкФ на 50В что примерно соответствует размеру 16*36мм для стандартных электролитов. За абсолютное начало отсчета примем широко доступную в Москве серию GS (Стандарт, 105С) тайваньской фирмы Ark Electronic. Для сравнения поставим рядом импульсный Ark SZ и чистопородных американцев Mallory.
Семейный альбом электролитов - Ключевые параметры
Конструктив. Сразу отсечем большие банки под винтовые клеммы, субминиатюрные (4-8мм) емкости, емкости с аксиальными выводами (удлиняется токовая петля, неэффективный монтаж) - ограничиваясь либо стандартными гибкими радиальными выводами либо жесткими выводами-крюками под клемму, их тоже можно распаивать на плату.
Температурный диапазон, срок эксплуатации (Lifetime), категория надежности (Reliability Grade). Срок эксплуатации и время наработки на отказ тесно увязано с верхней границе температурного диапазона. В зависимости от состава и технологии "упаковки" электролита верхняя граница устанавливается на уровне +85С (стандарт), +105С (повышенная), +125-140С (высокотемпературные емкости). Срок эксплуатации устанавливается именно для этой температуры, он составляет 1000 часов для стандартных типов и определяется как время, за которое параметры конденсатора, заряженного до предельно допустимого постоянного рабочего напряжения, гарантированно останутся в "зеленой зоне". Как правило, контролируются отклонения: емкости (20%), тангенса угла потерь (не выше +50% ) и тока утечки (не выше гарантированного максимума). Для импульсных электролитов - нормируют также повышение ЭПС и(или) полного импеданса.
1000 часов - смехотворно малый срок, пускай и заведомо заниженный. Зато при снижении температуры на каждые 10 градусов вплоть до +25С, срок эксплуатации удваивается. Таким образом, емкость с маркировкой 105С в равных условиях в 4 раза долговечнее емкости с маркировкой 85С! Учитывая напряженные условия жизни в автомобильном усилителе - ограничимся емкостями нормированными +105С и выше. Конденсаторы повышенной надежности/долговечности (бортовые) нормируются и на сроки более 1000 часов, вплоть до 20.000 часов, но это дефицит. По технологическим причинам получить высокую надежность в миниатюрном корпусе сложно, поэтому многие продвинутые серии гарантируют 5000+ часов для диаметра 10 мм и выше, а 8 мм и ниже - только 2000 часов.
Ток утечки (Leakage Current) конденсатора для нас не принципиален. Существуют емкости, специально нормированные на малый ток утечки. Порядок токов (для выбранного номинала на предельных U и Т) такой -
Для сетевого усилителя с емкостями порядка 40.000 мкФ ток утечки стандартных емкостей составит 80мА, мощность потерь при 63В - 5 Ватт, что не так уж существенно, тем более в реальной жизни на емкость подается не предельное напряжение, а существенно меньше. В автомобильном усилителе суммарная емкость в разы меньше, так что током уиечки пренебрегаем.
Внимание! В буржуйской литературе все динамические параметры ПО УМОЛЧАНИЮ нормируются на 120Гц, а не 50Гц как в ГОСТе.
Тангенс угла потерь (Dissipation Factor) всех стандартных конденсаторов укладывается в диапазон 0.15-0.25. Тангенс угла потерь "импульсных" вдвое меньше, порядка 0.06-0.15, причем 0.15 соответствует малым рабочим напряжениям, а 0.06-0.10 - напряжениям 50-100В. Именно по этой причине во входной, 12В цепи непосредственно перед первичкой трансформатора можно увидеть емкости, маркированные +35..+50В, хотя даже с учетом импульсных выбросов напряжение достаточно и +20-25В. На высоких (выше 100-150В) напряжениях тангенс потерь вновь возрастает.
Предельный ток пульсаций (Ripple Current) - принципиален для фильтров питания, чем больше тем лучше! Определяется конструктивом (омическое сопротивление обкладок и выводов) и характеристиками электролита. С повышением частоты пульсаций от примерно 10 Гц до 1кГц допустимый ток пульсаций повышается примерно с 75% до 125-150% от нормы, далее для стандартных емкостей высокий собственный импеданс принудительно ограничивает ток ниже нормы. С понижением температуры до 40-60С норма тока также повышается, но не более чем вдвое.
Порядок нормированных токов для нашего конденсатора (почувствуйте разницу)
- Cтандарт (Ark GS 105C) : I(max) = 0.95 А (120 Гц 105С)
- Стандарт (Mallory SK 85C) : I(max) = 1.35 А (120 Гц 85С)
- он же при 1 кГц, 65С : I(max) = 2.0 A
- Для импульсных БП (Ark SZ 105C) : I(max) = 1.4 А
- Для импульсных БП (Mallory SXR 105C) : I(max) = 0.83 А (120Гц 105С)
- он же при 120Гц, 65С : I(max) = 1.76 А
- он же при 100кГц, 105С: I(max) = 1.82 А
- он же при 100кГц, 65С: I(max) = 3.8 А
В отечественной практике используют норму предельных пульсаций НАПРЯЖЕНИЯ синуса 50 Гц на емкости. Этот параметр и ток пульсаций взаимозаменимы. Напряжение удобно тем, что для всей серии достаточно одного этого параметра, мало зависящего от емкости. А ток (для конкретного номинала) более приближен к физическому смыслу процессов, разрушающих емкость.
Эквивалентное последовательное сопротивление - основной показатель пригодности емкости для импульсных применений. Оно нормируется как правило только для импульсных электролитов
- Cтандарт (Ark GS 105C) : Не нормировано
- Стандарт (Mallory SK 85C) : 130 мОм (120 Гц 25С)
- Для импульсных БП (Ark SZ 105C) : 50 мОм (100 кГц 20С)
- Для импульсных БП (Mallory SXR 105C) : 130 мОм (100 кГц 25С)
- Cоветский К50-33 1000мкФ-63В : 100 мОм на 10-1000 кГц - совсем не плохо! Ниже 10 кГц оно линейно возрастает до примерно 0.75 Ома на 20 Гц. Правда, размер - 26*60 мм, вдвое больше буржуйских.
Есть мнение, что заменив один большой электролит на много маленьких в параллель, можно существенно понизить импеданс. Так ли это? Сравним наш 1000 мкФ конденсатор с двумя по 470 мкФ и десятью по 100 мкФ. Для Ark SZ:
- Z (1000) = 50мОм
- Z (470) = 80 мОм; Z (2*470) = 40 мОм
- Z (100) = 250 мОм; Z (10*100) = 25 мОм
Во первых, рассеивается заблуждение что у маленькой емкости сопротивление меньше, чем у большой. Нет, это у большой - меньше. Во-вторых, эффект есть, но проявляется только при большом отрыве номинала, и неправильная разводка трасс может даже ухудшить положение. Проверим на Mallory SXR:
- Z (1000) = 130мОм
- Z (470) = 280 мОм; Z (2*470) = 140 мОм
- Z (100) = 1330 мОм; Z (10*100) = 133 мОм
Опаньки! Никакого эффекта. Причем и абсолютная величина сопротивления в разы хуже тайваньца. То ли кто-то врет, то ли кто-то перестраховывается. A что если проверить на больших банках - например, наберем 0.2 Ф из конденсаторов серии Mallory СGR на 20В
- 51мФ: Z(51мФ) = 8.5 мОм, Z(4*51мФ) = 2.2 мОм, предельный общий ток 4*22=88А
- 20 мФ: Z(20мФ) = 8.5 мОм, Z(10*20мФ) = 0.85 мОм, предельный общий ток 10*17=170А
- 7.7 мФ: Z(7.7мФ) = 23 мОм, Z(26*7.7мФ) = 0.88 мОм, предельный общий ток 26*8=200А
Эффект проявляется только на верхних номиналах серии (от 51 к 20 мФ), там, где общий импеданс банки определяется сопротивлением выводов, и сходит на нет на "мелких" номиналах, когда импеданс начинает возрастать обратно пропорционально емкости. А индуктивность монтажа, скорее всего, приведет к ухудшению параметров, речь-то о миллиОмах и наноГенри. Так что, работая с конкретной серией, извольте либо искать подробную документацию, либо измерить емкость - но как это делать на токи в сотни ампер в кухонных условиях. остается лишь испытанный временем метод Тыка.
Специальные типы электролитов - Буржуйская терминология
- Audio Grade - расплывчатый термин. В нее входят как высоколинейные, с большим током разряда емкости для фильтра питания, так и всевозможные неполярные "для кроссоверов", "проходные" и т.п. ублюдки массовых технологий. В таблицу я включил только что, что подходит под первую категорию
- Ballast - балластные для ЛДС и моторов, 160-400В, до 22 мкФ. Импульсные показатели - средние.
- Сomputer Grade - никак не относится к импульсным параметрам! Это промежуточный стандарт надежности, лучше бытового но хуже бортового, как правило нормируется 2000-3000 часов работы при несколько более жестких допусках на уход параметров.
- Deflection - для отклоняющей системы строчной развертки, 25..100В, емкость до 100 мкФ. Импульсные показатели - хорошие.
- High Energy - высокая энергия (большой ток) однократного разряда, в отличие от High Ripple Current - высокий ток пульсаций
- High Temperature - сверхвысокой надежности (бортовые), специфицированы на 125С и выше. Объем и вес в 4-8 раз больше стандарта.
- Photoflash - для фотовспышек, 300В, 1-100 мкФ, малый ток утечки, стандартные импульсные показатели.
Замечания о советских конденсаторах
Многие из них нормированы наработать на отказ 5000-10000 часов при 85С. Однако технические условия "отказа" включают 50% падение емкости, трехкратный рост тангенса угла потерь и утечки, что несопоставимо с современными буржуйскими стандартами.
Уже упомянутый К50-33 выпускается (до сих пор - Северо-Задонский завод) выпускается с 4-мя аксиальными выводами, что при длине конденсатора 60-90мм раздувает токовую петлю (в первичной цепи) до неприемлемой длины. Полное сопротивление нормировано на 10-1000 кГц и составляет для всех типономиналов от 30 до 100 мОм - это хорошо. Хуже то, что в течение эксплуатации допустим его трехкратный рост. Минимальная наработка на отказ (с учетом указанных выше рамок) - 2000 часов при 85С, 5000 часов при 70С. Это единственный подлинно ВЧ электролит в советской номенклатуре. Так называемые "импульсные" алюминиевые емкости К50И-1, К50-3И, 13, 17, 21, 23 и их родичи пусковые конденсаторы К50-19 - предназначены для цепей от 150 до 1000В и к нашим задачам неприменимы. Их сопротивление не нормируется.
Танталовые "таблетки" К53-28 выпускаются вплоть до предельного номинала 10мкФ*40В, 68мкФ*16В также с аксиальными выводами. При этом полное сопротивление 0.4-10 Ом (0.4Ом как раз для 10мкФ*40В, при габаритах таблетки 15*12*5мм). Ниобиевые К53-27, также с аксиальными выводами, выпускаются предельными номиналами 10мкФ*40В, 47 мкФ*20В, 220мкФ*16В. Нормируется сопротивление на частоте 200 кГц (для этих номиналов 0.3-1.0 Ома). Что касается широко распространенных полупроводниковых Al, Nb, Tl емкостей К53 других серий - ни одна из них не нормирована на сопротивление (или ток) на высоких частотах, так что и говорить не о чем. Да и удельная емкость - неприемлемо низкая.
Так что же ставить?
Вот выборка по типам алюминиевых конденсаторов фирм, представленных на московских базарах (исключая биполярные и под винтовое крепление). Никакого единообразия! Звездочкой выделены "банки", все прочие - с гибкими выводами. Ну а где искать - вы и сами сообразите, ищите и обрящете.
Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Читайте также: