Kondansatör, elektrik enerjisini depolamak için kullanılan pasif bir elektronik bileşendir. Çekirdek yapısı, birbirinden yalıtılmış ve birbirine yakın yerleştirilmiş iki iletkenden (genellikle metal plakalar) oluşur. Bir kondansatörün uçlarına DC voltaj uygulandığında, iki plakanın her birinde pozitif ve negatif yükler birikerek aralarında bir elektrostatik alan oluşturur. Bu yük ayırma ve elektrik alanı oluşturma süreci elektrik enerjisinin depolanmasını gerçekleştirir ve kapasitörün kapasitesi enerji depolama kapasitesini belirler. Kapasitörler, şarj ve deşarj sırasında voltaj değişikliklerine hızlı bir şekilde yanıt verebilir, bu da onları elektronik devrelerdeki çok çeşitli uygulamalar için değerli kılan bir özelliktir.
Kondansatörlerin sınıflandırılması
1. Genel amaçlı kondansatörler
Temel olarak seramik kapasitörler (MLCC'deki yüksek frekanslı devre gibi), film kapasitörler (polyester kapasitörler, polistiren kapasitörler vb.), İyi stabilite, düşük dielektrik kaybı, kuplaj, bypass, salınım ve diğer geleneksel devrelerde yaygın olarak kullanılır.
2.Elektrolitik kondansatörler
Alüminyum elektrolitik kapasitörler ve tantal elektrolitik kapasitörler tarafından temsil edilen bu kondansatörler, büyük kapasite ve küçük hacim avantajlarına sahiptir. Esas olarak güç kaynağı filtreleme (örneğin, bir anahtarlama güç kaynağının çıkışı), enerji depolama ve düşük frekanslı sinyal kuplajı gibi senaryolarda kullanılırlar.
3.Ayarlanabilir kondansatörler
Kapasitans değerinde değişiklikler elde etmek için kutup plakası aralığını veya etkin alanı değiştirmek için mekanik ayarlama yoluyla, tipik olarak radyo ayar devrelerinde (eski moda radyo seçicileri gibi), yüksek frekanslı empedans eşleştirmesinde ve hassas ayar gerektiren diğer durumlarda kullanılır.
4. Süperkapasitör (çift katmanlı kapasitör)
Geleneksel kapasitör ve batarya enerji depolama cihazları arasında, çok yüksek güç yoğunluğuna ve hızlı şarj ve deşarj özelliklerine sahip, yeni enerji araçları için uygun’ start-stop sistemi, şebeke enerji depolama ve diğer yüksek güçlü uygulamalar.
5. Güvenlik Kondansatörleri
Elektrikli ekipmanın elektromanyetik uyumluluk standartlarına uygun olmasını sağlamak için özellikle güç kaynağı EMI filtrelemesi için kullanılan X kapasitörleri (diferansiyel mod parazitini bastırmak için hat boyunca) ve Y kapasitörleri (ortak mod parazitini bastırmak için hat ile toprak arasında) içerir.
6. Güç Kondansatörleri
DC destek kapasitörlerinde, AC filtre kapasitörlerinde vb. kullanılan güç elektroniği gibi, esas olarak frekans dönüştürücülerde, invertörlerde ve diğer yüksek güçlü güç dönüştürme cihazlarında kullanılır.
Kondansatörlerin rolü
1.Enerji depolama ve hızlı şarj ve deşarj
Kondansatörler elektrik enerjisini elektrostatik alan şeklinde depolayabilir ve yüksek hızlı şarj ve deşarjı destekleyebilir.Kimyasal pillerle karşılaştırıldığında, şarj ve deşarj hızı daha hızlıdır (milisaniye) ve döngü ömrü on binlerce kattan fazla olabilir, bu nedenle anlık yüksek akım veya hızlı enerji dönüşümü gerektiren sahnede benzersiz bir avantaja sahiptir (elektrikli araç hızlandırma, frenleme enerjisi geri kazanımı, darbe güç sistemi gibi).
2.Çaprazlama yoluyla izolasyon (kuplaj ve dekuplaj)
Kondansatörler DC'ye karşı yüksek bir empedans sunar, DC bileşenini bloke ederken AC sinyallerinin geçmesine izin verir.Bu özellik, kuplaj devrelerinde (izolasyon kapasitöründe ses sinyali iletimi gibi) ve dekuplaj devrelerinde (güç kaynağı gürültü parazitini ortadan kaldırmak için) yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
3.Filtreleme ve gerilim stabilizasyonu
Güç kaynağı devrelerinde kapasitörler, düzeltilmiş titreşimli bileşenleri, düzgün bir DC voltajının çıkışını (güç kaynağı filtrelemesinde kullanılan elektrolitik kapasitörler gibi) etkili bir şekilde filtreleyebilir. Buna ek olarak, sinyal işlemede kapasitörler, yüksek frekanslı gürültüyü bastırmak ve sinyal kalitesini artırmak için düşük geçişli, yüksek geçişli bir filtre oluşturmak üzere dirençler veya indüktörlerle birlikte kullanılabilir.
4.Ayarlama ve rezonans (LC devresi)
Kapasitörler ve indüktörler, frekans seçimi, ayarlama ve radyo alıcısı FM devreleri, osilatörler ve RF eşleştirme ağları gibi diğer uygulamalar için LC rezonans devreleri oluşturmak üzere birleştirilebilir.
5. Motor çalıştırma ve faz kompanzasyonu
Tek fazlı AC motorlarda kapasitörler, dönen bir manyetik alan oluşturmak için bir faz farkı oluşturarak motorun çalıştırılmasına yardımcı olur (örneğin, çalıştırma kapasitörleri). Buna ek olarak, güç sistemlerinde kapasitörler güç kullanımının verimliliğini artırmak için güç faktörü düzeltmesi için kullanılır.
Kondansatörlerin bu özellikleri elektronik devrelerde, güç sistemlerinde, yeni enerji teknolojilerinde ve iletişim ekipmanlarında önemli bir rol oynamalarını sağlar.
Kondansatörleri arızalar için test edin
1.Görünüş
Güç kondansatörü kabuğu sağlamdır, belirgin bir genişleme, deformasyon, çatlak ve diğer olaylar yoktur.Yukarıdaki durum meydana gelirse, kapasitörün ciddi bir arızası olduğu, yani kullanmaya devam edemeyeceği anlamına gelir.
Kondansatörün terminal bağlantısının sağlam olup olmadığı, gevşek, korozyon ve diğer sorunlar olup olmadığı.Terminallerdeki sorunlar zayıf temasa yol açabilir ve kondansatörün normal çalışmasını etkileyebilir.
2. Kapasite testi
Kondansatörün gerçek kapasitesinin nominal kapasiteyle eşleşip eşleşmediğini görmek için güç kondansatörünün kapasitesini ölçün.Eğer gerçek kapasite nominal kapasiteden çok daha düşükse, bu kapasitörün eskidiği ve arızalandığı anlamına gelir.
3. İzolasyon direnci testi
Kondansatörün yalıtım direncini ilgili aletlerle ölçün.Normal şartlar altında yalıtım direnci 10 megohm'dan büyük olmalıdır. Yalıtım direncinin bu değerden düşük olması, kondansatörün yalıtım performansının zarar görmüş olabileceği ve daha fazla inceleme yapılması gerektiği anlamına gelir.
4.Gerilim ve akım testi
Çalışma sırasında güç kondansatörünün voltaj değerini ölçün.Voltaj değeri büyük ölçüde dalgalanırsa, güç kondansatöründe sorun olabileceği anlamına gelir.
Kondansatörün akım değerini nominal gerilimde ölçün.Gerçek akım değerinin kılavuzdaki akım değerini aşması, kondansatörün aşırı yüklenmiş olabileceğini gösterir.
5. Sıcaklık Testi
Güç kondansatörünün çalışma sıcaklığının belirtilen aralıkta olup olmadığını test edin.Normalde kondansatör uygun sıcaklık koşullarında çalıştırılmalıdır. Sıcaklık çok yüksekse, kondansatörde bir tür arıza olabileceğini kanıtlar, derhal kullanmayı bırakmanız gerekir.
Yukarıdakiler güç kondansatörünün arızalı olup olmadığını belirleme yöntemidir. Gerçek operasyonda, güç kondansatörleri düzenli olarak incelenmeli ve anormallikler bulunursa, güvenlik tehlikelerini tetiklemekten kaçınmak için zamanında durdurulmalıdır.
Kondansatörleri test etme yöntemleri
1.Dijital multimetre test yöntemi
Operasyon Prosedürü:
Kondansatörün tamamen boşaldığından emin olun
Multimetreyi dirence ayarlayın (×1k veya daha yüksek bir seviye seçmeniz önerilir)
Test kalemlerini kondansatörün her iki ucuna bağlayın.
Okuma değişimini gözlemleyin:
Normal performans: okuma kısa bir süre görüntülenir ve ardından hızlı bir şekilde "OL" (açık devre) durumuna geri döner
Arıza performansı: Sürekli olarak sabit bir direnç değeri veya sıfır direnç gösterir.
Dikkat:
Testten önce testin tamamen boşaldığından emin olun
Her test arasında 10 saniye veya daha fazla süre
Sonuçların tutarlılığını teyit etmek için testi 3 kez tekrarlayın
2.Analog multimetre test yöntemi
Tespit süreci:
Uygun direnç seviyesini seçin (önerilen ×100 veya ×1k)
Test kalemini bağlayın ve ibrenin hareketini gözlemleyin:
İyi kapasitans: ibre keskin bir şekilde sağa doğru sallanır ve sonra yavaşça ∞'a geri döner!
Kısa devre hatası: ibre düşük direnç konumunda durur
Açık devre hatası: ibre hiç hareket etmiyor
Teknik noktalar:
Elektrolitik kondansatörlerin kutuplarına dikkat edilmesi gerekir (siyah kalem pozitif kutba)
Büyük kapasiteli kapasitörler (>10μF) işaretçi salınımı daha belirgin
Testten sonra işaretçinin tam konuma dönmesi için beklemek gerekir
3.Kapasitans dişlisi doğrudan ölçüm yöntemi
Spesifikasyonu uygulayın:
Kapasitans ölçüm fonksiyonuna sahip bir dijital multimetre seçin.
Ölçüm aralığı seçimi:
Küçük kapasitans (pF seviyesi): Özel test klipsini kullanın.
Büyük kapasitans (μF seviyesi): doğrudan bağlantı testi
Sonuç Değerlendirme Kriterleri:
Geçer: Nominal değerin ±'si dahilinde ölçülen değer.
Not: Elektrolitik kapasitörler +/- sapmaya izin verir.
Arıza: "0" göstergesi veya nominal alt sınır değerinin çok altında
4.Gerilim Test Yöntemi
Profesyonel kullanım kılavuzu:
Test devresini kurun:
Besleme gerilimi ≤ kondansatör nominal gerilimi
Seri akım sınırlama direnci (1-10kΩ)
Ölçüm süreci:
Şarjın başlangıcında: voltaj hızla yükselmelidir
Stabilizasyondan sonra: voltaj besleme voltajına yakın olmalıdır
Arıza özellikleri:
Voltaj yavaş yükselir: kapasite azalması
Gerilim korunamıyor: aşırı kaçak akım
Sıfır voltaj: tam arıza
5. Zaman sabiti ölçümleri
Hassas ölçüm programı:
Standart test devresi:
Bilinen hassas direnç R (1kΩ-10kΩ önerilir)
Şarj eğrisini izlemek için osiloskop
Hesaplama yöntemi:
63,2 besleme gerilimine kadar ölçüm süresi (τ)
Kapasiteyi hesaplayın: C = τ/R
Mühendislik Uygulama İpucu:
1μF-1000μF kapasite aralığı için uygundur
Multimetrenin iç direncinin etkisini dikkate almanız gerekir
Doğruluğu artırmak için kare dalga sinyal kaynağı kullanılması önerilir
Kapsamlı test önerileri:
Kapasitansın doğrudan ölçümünün kullanımına öncelik verin
Birden fazla çapraz doğrulama yöntemi kullanan zor hatalar
Yüksek voltajlı kondansatörler özel ekipmanlarla test edilmelidir
Bozulma eğilimini izlemek için test kayıtlarının oluşturulması
Not: Tüm testler elektrik güvenlik kurallarına uygun olmalıdır, yüksek voltajlı kapasitörler testten önce tamamen boşaltılmalıdır!
Apasitörler içinde PCB'ler
Kaplin Fonksiyonu
Kondansatörler, devrelerde bağlantı bileşenleri olarak görev yapar, düşük frekanslı sinyalleri etkili bir şekilde iletir ve sinyal amplifikasyonunu sağlarken, karşılıklı etkileşimi önlemek için bitişik devre aşamalarının DC çalışma noktalarını izole eder.Düşük frekanslı sinyal bileşenlerinin verimli bir şekilde iletilmesini sağlamak için, büyük kapasiteli elektrolitik kapasitörler (tipik olarak μF aralığında) tasarımda yaygın olarak kuplaj kapasitörleri olarak kullanılır.
Filtreleme Fonksiyonu
Güç kaynağı devrelerinde kapasitörler, AC sinyallerinden gelen yüksek frekanslı gürültüyü filtreleyerek düzgün bir DC çıkışı sağlar.Özellikle, büyük elektrolitik kapasitörler, şarj-deşarj işlemleri yoluyla titreşimli DC voltajını dengeler. Güç kaynağı kararlılığını artırmak için, onlarca ila yüzlerce mikrofarad arasında değişen elektrolitik kapasitörler, yük değişimlerinin neden olduğu voltaj dalgalanmalarını bastırmak için genellikle güç çıkışına ve yük girişine paralel olarak bağlanır.
Enerji Depolama Fonksiyonu
Kondansatörler enerji depolama bileşenleri olarak görev yapar, şarjı depolar ve anlık yüksek akım sağlamak veya yedek güç kaynağı olarak hareket etmek için gerektiğinde hızla serbest bırakır.Ayrıca kapasitörler, sıralı kontrol devrelerinde yaygın olarak kullanılan hassas zaman gecikmeleri veya zamanlama işlevleri elde etmek için dirençlerle RC zamanlama devreleri oluşturabilir.
Parazitik Kapasitansın Kullanımı ve Optimizasyonu
Yüksek hızlı PCB tasarımında, parazitik kapasitans devre performansını artırmak için stratejik olarak kullanılabilir. Örneğin:
Empedans uyumu için parazitik kapasitansı kullanmak üzere iz düzenlerini ayarlama.
Güç-toprak düzlemlerinin oluşturduğu paralel plaka yapısı, dağıtılmış kapasitans oluşturarak yüksek hızlı bileşenlerin anlık yüksek akım taleplerini karşılaması için düşük empedanslı şarj depolaması sağlar.
Sonuç
Kondansatörler PCB tasarımında çok işlevlilik gösterir. Optimum performans elde etmek için seçimleri ve yerleşimleri belirli devre gereksinimlerine (örneğin, frekans özellikleri, enerji depolama ihtiyaçları, gürültü bastırma) göre optimize edilmelidir.