رگولاتور خازنی چیست؟
در بررسی رگولاتور خازنی برای سرویس سوئیچینگ، مشخصات صحیح خازن شامل موارد زیر است:
- ظرفیت و تحمل
- حداکثر دمای محیط
- فرکانس سوئیچینگ
- حداکثر ضریب اتلاف مجاز (DF) در فرکانس سوئیچینگ
- حداکثر جریان عبوری از خازن
- میانگین ولتاژ DC در خازن
اهمیت مشخصات صحیح در انتخاب مناسب خازن را می توان با بررسی کوتاهی از ویژگی های تنظیم کننده سوئیچینگ مشاهده کرد. به عنوان مثال:
ترانزیستور (0) با فرکانس ثابت (F) باعث روشن و خاموش شدن مدار می شود، و نسبت t به زمان خاموش شدن t توسط مدار کنترل، در پاسخ به ولتاژ خروجی حس شده (E0) تعیین می شود. در طول مدت زمانی که سیستم روشن است، ولتاژ ورودی (EfN) به ورودی فیلتر LC اعمال می شود که باعث افزایش و تامین جریان به بار و شارژ خازن (C) می شود. هنگامی که Q خاموش است، انرژی ذخیره شده را از طریق دیود چرخشی حفظ می کند. با شروع افت ولتاژ در خازن و بار، مدار، سیستم کنترل را روشن می کند و چرخه را تکرار می کند.
همان طور که می دانید رگولاتور خازنی برای عملکرد تنظیم کننده سوئیچینگ بسیار مهم است. مقاومت سری معادل برای انواع مدل سنسور خازنی های الکترولیتی به ساختار داخلی دقیق خازن بستگی دارد. نحوه اتصال به صفحات خازن معادل، ماهیت دی الکتریک، مقدار ظرفیت و اندازه فیزیکی و درجه ولتاژ است که بر ساختار داخلی مدار تأثیر می گذارد. این موضوع در مورد دی الکتریک های پلاستیکی نیز صادق است. با این حال، اثر خود ماده دی الکتریک تحت الشعاع روش ساخت، به ویژه، اتصال سرب به صفحات خازن قرار می گیرد
توجه داشته باشید که هر لایه از دی الکتریک و صفحات مرتبط با آن، چه فویل یا یک رسوب فلزی روی دی الکتریک، دارای مقاومت توزیع شده در برابر جریان هستند. علاوه بر این، در هر انتهای خازن، مقاومت در برابر آلیاژ در هر یک از رابط های آن وجود دارد. این رابط ها از اکسیدهای آلیاژهای مورد استفاده در ایجاد اتصالات انتهایی تشکیل شده اند.
نکات قابل توجه در بررسی عملکرد رگولاتور خازنی
در شناخت انواع خازن باید بدانید که مجموع کل مقاومت های سری در مدار به صورت ESR نمایش داده می شود که بزرگی ESR معمولاً با خواندن ضریب توان (PF) همزمان با اندازه گیری ظرفیت تعیین می شود. طبق تعریف، PF نسبت توان از دست رفته در خازن به کل توان عبوری از خازن است. در صنعت خازن، این نسبت بیشتر به عنوان ضریب اتلاف (OF) شناخته می شود و به صورت درصد بیان می شود.
DF با فرکانس، ظرفیت، مقاومت و هر شرایطی، به عنوان مثال، دما یا رطوبت، که باعث تغییر C یا R می شود، متفاوت خواهد بود. وقتی از مقدار DF یک خازن برای تعیین ESA استفاده می شود، اندازه‌گیری DF باید در فرکانسی انجام شود که خازن در آن کار کند. همچنین می توان به صورت تجربی نشان داد که DF یا ESR یک خازن با افزایش فرکانس کاری به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این به دلیل افزایش مقاومت دی الکتریک در برابر تغییرات پلاریزاسیون و مهمتر از آن، افزایش مقاومت اکسیدهای فلزی در هر یک از رابط ها است.
- عوامل کنترل کننده مقاومت به شرح زیر خلاصه می شوند:
در بررسی رگولاتور خازنی مقاومت هر یک از فلزات مورد استفاده برای صفحات دی الکتریک متفاوت است. این عامل در مرحله طراحی با انتخاب مواد ثابت می شود و با تغییرات در فرکانس عملیاتی تفاوت قابل توجهی ندارد. در حقیقت مقاومت ذاتی سری معادل (ESR) ماده دی الکتریک، که با انتخاب ماده ثابت می شود و مقاومت اکسیدهای حاصل از اتصالات واسط بین مواد مختلف؛ عمدتاً با فرآیندهای تولید به حداقل می رسد.
با اطلاعات فوق در رابطه با رگولاتور خازنی، مهندس یا طراح می تواند ظرفیت و DF مورد نیاز را برای فعالیت خود مشخص کند. توجه داشته باشید که تا زمانی که حداکثر DF مجاز در محدوده فرکانس و درجه حرارت مشخص شده باشد، نیازی به تعریف دی الکتریک نیست. یک مشکل می تواند در اینجا وجود داشته باشد اینکه فرکانس تست استاندارد 60 هرتز برای خازن های 1.0 Mfd بالا است.
علاوه بر ولتاژ موج دار ناشی از ESR، طراح باید اثر گرمایشی داخل سنسور خازنی و چگالی جریان اتصال انتهایی را در نظر بگیرد. میزان گرمای اضافه شده به دمای محیط از حد دمایی که سازنده برای خازن تعیین کرده نباید تجاوز کند. حتی اگر DF برای همه دی الکتریک ها با دما افزایش می یابد، باز هم بیشتر تلفات برق و گرمایش از طریق رابط اتصال برای همه فرکانس ها صورت می گیرد. بنابراین مهندس یا طراح باید چگالی جریان مجاز را در اتصالات انتهایی در نظر بگیرد.
چگونگی فعالیت رگولاتور خازنی
در بررسی فعالیت رگولاتور خازنی باید بدانید که صفحات یک خازن غیرفلزی شامل، ورقه های نازکی است که معمولاً آلومینیومی هستند که با ورقه های دی الکتریک پیچیده شده اند. صفحات به طور متناوب از هر انتهای سیم پیچ خازن، فراتر از لبه دی الکتریک امتداد یافته و مجموعه ای از حلقه های فلزی متحدالمرکز را ارائه می دهند که سرب ها به آنها متصل می شوند.
صفحات خازن متالیز شده معمولاً آلومینیومی هستند که مستقیماً روی سطح دی الکتریک با بخار رسوب می کنند. در این فرایند، یک بار دیگر، لبه های فلز و فیلم دی الکتریک کشیده می شوند و صفحات خازن توسط اسپری آلیاژ فلز مذاب روی انتهای آن به هم متصل می شوند. این اسپری انتهایی با فلز رسوب شده به همراه بخار، روی دی‌الکتریک کشیده می‌شود تا یک اتصال الکتریکی جامد بین تمام حلقه های متحدالمرکز دی الکتریک متالیز شده ایجاد کند و سطحی را فراهم کند که بتوان سرب انتهایی را به آن متصل کرد.
ضخامت فلز رسوب شده با بخار بر حسب اهم بر فوت مربع مشخص می شود. با فرض اتصالات عالی، ظرفیت حمل جریان را می توان با ضرب طول سیم پیچ صفحه در ضخامت صفحه تعیین کرد تا مساحت هادی معادل به دست آید. انواع فویل های فلزی معمولاً حداقل 60 برابر سطح رسانایی دی الکتریک متالیز شده دارند. با این حال، خازن های متالایزه در رگولاتور خازنی قابلیت حمل جریان کافی برای اکثر کاربردها را دارند. از آنجایی که اتصالات کامل نیستند، سازندگان باید برای تعیین جریان مجاز، اتصالات انتهایی را آزمایش کنند.
این جریان بر اساس افزایش حرارت در اتصالات رابط است. برای یک جریان متناوب و معین، یک خازن کوتاه با سطح مقطع انتهایی زیاد تلفات کمتری نسبت به یک خازن بلند با سطح مقطع انتهایی کوچک خواهد داشت.
سازنده خازن هم چنین تلاش می کند تا اندازه و پیکربندی فیزیکی را ارائه دهد که در اکثر برنامه ها رضایت بخش باشد. همچنین، در تلاش برای ارائه برگه های داده ای که حداکثر جریان DF یا RMS را مشخص می کند، سازنده نمی تواند به طور منطقی همه شرایط عملیاتی ممکن را تطبیق دهد. بنابراین، برخی از برگه‌های داده ممکن است اطلاعات کلی را ارائه دهند. در هر صورت، در بررسی فعالیت رگولاتور خازنی توصیه می شود که کاربر با سازنده خازن تماس بگیرد تا دقیقاً مشخصه هایی را که می تواند در برنامه خود انتظار داشته باشد، را تعیین کند.
مهم ترین عوامل در انتخاب خازن و چگونگی انجام رگولاتور خازنی
در مجموع، در بررسی فعالیت رگولاتور خازنی مهمترین عوامل در انتخاب خازن برای استفاده در فیلتر خروجی رگولاتور سوئیچینگ عبارتند از:
- ظرفیت
- DF یا ESR
- جریان های اوج
- ولتاژ DC متوسط
- شرایط محیطی ایجاد شده
- شرایط فیزیکی خاص، مانند اندازه، نصب و غیره.
در بررسی فعالیت رگولاتور خازنی مبدل های ولتاژ خازن سوئیچ شده برخلاف همتایان رگولاتور سوئیچینگ خود، راندمان بالایی را برای طیف وسیعی از نسبت های ولتاژ ورودی به خروجی حفظ نمی کنند. کانکتور سریع موجود در سمت راست این وسیله را جدا کنید تا رگلاتور آزاد شود. بدون سلف، کلیدی که خازن را شارژ می کند دارای افت ولتاژ Vin - Vout خواهد بود که آن را به یک تنظیم کننده خطی تبدیل می کند. اگر قرائت ولتاژ بالای 13 ولت باشد، رگولاتور ولتاژ مشکل دارد.
گاهی اوقات برگه اطلاعات رگولاتور حداقل ظرفیت خازنی مورد نیاز را نشان می دهد. آی سی تنظیم کننده ولتاژ LM317 می تواند برای تولید یک مقدار ولتاژ DC ثابت در محدوده ولتاژ موجود استفاده شود. خازن های سرامیکی و تانتالیومی هر دو به عنوان خازن ورودی برای سوئیچینگ مدارهای تنظیم کننده ولتاژ مناسب هستند. ما نمی‌دانیم که در کجای رگولاتور ولتاژ سبک، یک خازن وصل شده است، اگرچه می‌دانیم که یک خازن بخش های خارجی هم دارد.
در بررسی فعالیت رگولاتور خازنی باید بدانید که خازن ها در یک تلرانس معین ساخته می شوند. از آنجایی که دو خازن به صورت سری هستند، شارژ Q روی آنها یکسان است، اما ولتاژ دو سر آنها متفاوت خواهد بود و این امر به مقادیر خازن آنها مربوط می شود، به عنوان مثال در V = Q/C. مدارهای تقسیم کننده ولتاژ ممکن است فقط از اجزای راکتیو ساخته شوند. به آسانی تنظیم کننده های ولتاژ را از منبع تغذیه در محدوده ای که با سایر اجزای الکتریکی سازگار است حفظ کنید.
بررسی ولتاژ در سیستم رگولاتور خازنی
بسیاری از متخصصین و کارشناسان این حوزه برگه اطلاعات استفاده از خازن 0.01μF را در سمت خروجی مدار برای جلوگیری از تغییرات گذرا در ولتاژ و 0.33μF را در سمت ورودی رگولاتور برای جلوگیری از بروز امواج، توصیه می کنند. با خازن مناسب (یا بانک خازن)، می‌توانید امواج ولتاژ را کم کنید و در عین حال طول عمر طولانی مدار را تضمین کنید.
ممکن است متوجه شوید، زمانی که تنظیم کننده ولتاژ سری IC 7805، IC 7809، IC7812 یا IC 78XX برای منبع تغذیه و ولتاژ مثبت در نظر گرفته شده است، تنظیم کننده ولتاژ بخش مهم مدار LM2673 است. این رگولاتور خازنی و ولتاژ 3 آمپری با محدودیت جریان قابل تنظیم هستند. ظرفیت نامناسب منجر به خواندن ولتاژ، پایین از ژنراتور به عنوان عامل قدرت زا می شود. در بیشتر کاربردها به دلیل بارهای نامنظم، ولتاژ خروجی تولید شده دارای نوساناتی است که می تواند منجر به ایجاد بارهای آسیب زا شود. اگر خازن های تانتالیومی انتخاب شوند، باید با ولتاژ حداقل دو برابر حداکثر ولتاژ ورودی انتخاب شوند.
هر دو خروجی منبع تغذیه و کنتاکتور خازنی بار به طور همزمان توسط یک عامل کنترل کننده بررسی می شوند. یک خازن در نزدیکی رگولاتور خازنی وجود دارد. هر یک از این تنظیم کننده های ولتاژ می توانند حداکثر جریان 1.5 آمپر را تولید کنند. کاربرد خازن در سیستم های توزیع خازن عمدتاً برای تنظیم ولتاژ و پشتیبانی توان راکتیو استفاده می شود. مزایای دیگر رگولاتور خازنی عبارتند از:
- کاهش تلفات برق
- آزادسازی ظرفیت در همه سطوح
- هنگامی که یک فاصله (بر حسب سانتی متر) از آی سی تا خازن فیلتر و منبع تغذیه وجود داشته باشد، ممکن است نوسانات ناخواسته در داخل آی سی به دلیل اندوکتانس های سربی در مدار رخ دهد.
سخن پایانی
امروزه روش های مختلفی برای بررسی فعالیت رگولاتور خازنی وجود دارد کافیست از متخصصین و کارشناسان مجرب در این حوزه راهنمایی بخواهید. آن ها با دانش علمی و فنی بالا در این حوزه آماده پاسخ گویی به شما خواهند بود. سعی کنید سطح دانش خود را در این حوزه افزایش دهید تا بتوانید در حین استفاده از این سیستم های پیشرفته در مدار کمتر دچار اشتباه شوید. در ضمن استفاده از این سیستم های تنظیم کننده باعث ایجاد تنظیمات صحیح در مدار می شوند.
