Können große Mengen an 0603 SMD 1uF-Keramik Leistungskappen ersetzen?

Bearbeiten: Warnung: Eine meiner Annahmen in dieser Frage enthält einen Fehler, der sie mehr oder weniger ungültig macht. Siehe Antwort von Tom Carpenters.

Ich entwerfe ein Schaltnetzteil und benötige natürlich verschiedene Kondensatoren im Design.

Um beispielsweise das Netz von all dem Rauschen durch den Schaltvorgang zu verschonen, denke ich darüber nach, einen LC-Filter mit einem 3uF-Kondensator zu bauen.

Also habe ich jetzt versucht, 3uF-Kondensatoren zu beschaffen. Natürlich ist es überhaupt nicht schwierig, einen 3uF 450V-Kondensator zu beschaffen. Polypropylenkappen scheinen geeignet zu sein.

Aber die Kosten für einen Kondensator, der im schlimmsten Fall 1 A Welligkeitsstrom verarbeiten kann, sind erheblich (sagen wir 5 Euro). Siehe zum Beispiel .

1uF-Keramik ist jedoch fast kostenlos zu haben, siehe zum Beispiel . 2000 Kapseln für ~13 Euro.

Wenn ich die 1uF 100V-Kapseln 15 in Reihe, 3 parallel schalte, brauche ich 45 Kappen. Dies kostet ca. 0,3 Euro.

Natürlich brauche ich einige Widerstände, um die Kappen auszugleichen. Wenn ich die Kappen in einem angemessenen Abstand platziere, berechne ich, dass sie alle in eine 12,5 mm x 12,5 mm große Box passen würden, was bedeutet, dass sie einen Bruchteil des Platzes der Epcos-Box einnehmen.

Ein mögliches Problem könnte sein, dass die DC-Vorspannung die Kapazität von Keramik verringert. Aber für meine Anwendung brauche ich ungefähr 400 V, also werden die 100 V 0603-Kappen mit 15 in Reihe nur geringfügig geladen und sollten den größten Teil ihrer Kapazität von 1 uF behalten.

Ich denke nicht wirklich darüber nach, aber würde es funktionieren? Oder wird der Welligkeitsstrom von 0,3 A+ die kleinen 0603:s töten?

Wenn Sie Kondensatoren in Reihe schalten, sinkt die Kapazität. Wenn Sie also 15 der 1uF-Kappen in Reihe schalten, hätten Sie im Wesentlichen einen 67nF-Kondensator. Wenn die Kondensatoren nicht identisch sind, wird der Spannungsabfall nicht gleichmäßig aufgeteilt, was zu Problemen führen kann oder nicht, wenn die Spannung an einem bestimmten Kondensator höher als sein Nennwert ist.
Verflixt! Hatte nicht daran gedacht. Das entkräftet die ganze Idee. Vielen Dank!!
Werde das jetzt machen.
Im Allgemeinen wird die gleiche Idee für Dinge wie Tesla-Spulenkondensatoren (Google MMC-Kondensator) verwendet, aber Sie benötigen Entlüftungs- / Ausgleichswiderstände. Sie können es entwerfen, rechnen und die Kosten berechnen (nicht nur in Komponenten, sondern auch in Leiterplattenplatz und Verlustleistung). Dann sieht die dedizierte Kappe mit hoher Wahrscheinlichkeit gar nicht mehr so ​​schlecht aus.
"Die Kosten eines Kondensators, der im schlimmsten Fall 1 A Welligkeitsstrom verarbeiten kann, sind erheblich" - Wie wäre es dann mit der Parallelschaltung kleinerer Kondensatoren? 3x 1µF reduzieren den ESR auf 1/3 und liefern den 3-fachen Strom eines einzelnen 1µF; skaliert auf 6 x 500 nF, 30 x 100 nF oder was auch immer Ihnen das beste Kosten-Nutzen-Verhältnis bietet.
Möglicherweise nützlich: Temperatur- und Spannungsänderung von Keramikkondensatoren (Maxim IC) und VERGLEICH VON MEHRSCHICHTKERAMIK- UND TANTALKONDENSATOREN (AVX). Beachten Sie, dass das AVX-Dokument deutlich optimistischer ist als das Maxim-Dokument (basierend auf Murata-Daten).
Die Verwendung der Kappen ist eine Reihen-Parallel-Kombination für Ihr gleichgerichtetes Netz, die derzeit wahrscheinlich nicht kosteneffektiv ist. Warum ziehen Sie nicht ein paralleles Aggregat für Ihre Ausgangskappen in Betracht? Ich verwende hier viele 10-Mikrofarad-50-VDC-SMD-Keramikkappen und sie funktionieren gut.

Antworten (1)

Wenn Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, steigt die Gesamtnennspannung, wie Sie festgestellt haben. Sie müssen jedoch vorsichtig sein, da einige, wenn die Kapazität nicht gleich ist, zu einem größeren Spannungsabfall führen als andere, was sie möglicherweise außerhalb ihrer Nennbetriebsspannung bringt.

Das Problem ist ein grundlegenderes. Wenn Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, ist die Kapazität der Kette geringer als die jedes einzelnen Kondensators. Im Wesentlichen gilt folgende Gleichung:

1 C S e R ich e S = 1 C 1 + 1 C 2 + 1 C 3 +   . . .

Wenn alle Kondensatoren denselben Wert haben, vereinfacht sich dies zu:

C S e R ich e S = C S ich N G l e N

Wo in diesem Fall N ist die Anzahl der Kondensatoren in der Reihenkette. Also, wenn Sie platzieren würden N = 15 des 1 μ F Kondensatoren in Reihe, würde dies bedeuten, dass sich die Gesamtkapazität verringert   67 N F , also müsstest du eigentlich platzieren 45 dieser Ketten parallel, um die zu bekommen 3 μ F die Sie benötigen (oder anders ausgedrückt 675 Kondensatoren insgesamt).

Wie PlasmaHH betont, benötigen Sie für eine Nennspannung von 450 V nur 5 ideale Kondensatoren in der Reihenkette, um die erforderliche Nennspannung zu erhalten, anstatt der 15, die Sie in der Frage erwähnt haben. Die Machbarkeit davon würde davon abhängen, wie sich die Kapazität mit der Spannung verringert, und wäre auch davon abhängig, ob die Kondensatoren korrekt mit Ableitwiderständen abgeglichen sind, um sicherzustellen, dass keine der Ketten die Spezifikation verlässt. Das Hinzufügen von mehr würde die Gesamtzahl erhöhen, aber auch die Widerstandsfähigkeit der Schaltung gegenüber Spannungsschwankungen und die Kondensatortoleranz erhöhen.

Wiederholen wir also die Berechnungen. Wenn Sie platzieren würden N = 5 des 1 μ F Kondensatoren in Reihe, würde dies bedeuten, dass sich die Gesamtkapazität verringert   200 N F , also müsstest du platzieren 15 dieser Ketten parallel, um die zu bekommen 3 μ F die Sie benötigen , was die Gesamtanforderung auf ein Minimum reduziert 75 Kondensatoren insgesamt. Sie müssten bestimmen, ob dies in Bezug auf Platz und Komponentenkosten kosteneffektiv ist.

Ich bin mir nicht sicher, woher (hier und in der Frage) die 15 kommt. Versucht er nicht, von 100 V auf 450 V zu steigen?
@PlasmaHH Hier kommt es darauf an, was in der Frage gestellt wurde. Sie würden theoretisch nur 5 benötigen, wenn sie ausgeglichen wären, also wäre das tatsächlich wesentlich weniger erforderlich.
Ja, aber Keramikkappen verlieren ihre Kapazität, wenn sie nahe ihrer Nennspannung (!) betrieben werden. Da die Spannungsverteilung nicht perfekt gleichmäßig ist, ist es gut, einen gewissen Spielraum zu haben. Aber die Zahl 15 war nur willkürlich.
15 mag eine hohe Zahl sein. Aber ich denke, selbst mit 5 in Reihe bräuchte man eine riesige Anzahl parallel. 5, um die Serienreduzierung auszugleichen, 3, um von 1uf auf 3uf zu kommen, und vielleicht noch einmal 3 wegen der Reduzierung der Keramikkappe bei Hochspannung.
Und 225 caps wären etwas unpraktisch... :-)
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