雖然電容器版本沒有太大變化,但現(xiàn)在有許多新的電源應用,例如替代能源、電動汽車 (EV)、儲能等。本文將比較各種技術并考慮一些使用示例。
鋁電解電容器的保養(yǎng)和饋電的一個重要因素是清潔。橡膠端封對氯化或石油基清潔溶劑特別敏感。這不像 30 年前使用氟利昂基脫脂劑清潔電路板時那樣嚴重,但如果您不小心,在補漆或返工期間仍然可能出現(xiàn)問題。最糟糕的是,污染導致的故障不會立即出現(xiàn),而是在現(xiàn)場出現(xiàn)。適當使用水和異丙醇是公認的清潔溶劑。與往常一樣,請遵循電容器制造商的建議。
鋁電解類型是需要非常大電容值的首選組件。它們在幾乎所有絕對尺寸不是首要設計因素的電子設備中無處不在。鋁電解類型具有數(shù)百伏量級的大額定電壓和數(shù)千微法量級的巨大電容值。有專門品種的“超級電容器”,其電容值超過整法拉,這些主要用作電池替代品,而不是大容量去耦。
陶瓷電容器沒有固有的磨損機制,高介電 2 類電容器 (X7R) 在使用過程中會由于施加電壓和老化而損失超過 85% 的電容,但即便如此,它們也不會發(fā)生災難性的故障。陶瓷電容器非常有用,除非需要大于微法拉區(qū)域的值,因此對于體去耦應用,需要其他類型。在這里,我們看看替代方案。
現(xiàn)在,在許多使用電動機的應用中,該技術需要不同的速度。變速驅動器(VSD)在電機工業(yè)應用中的驅動效率方面發(fā)揮著重要作用,無論是在設計階段還是在車間。
我們提到一個關鍵應用是電源轉換器或逆變器的直流總線上的電容器,提供“穿越”或“保持”的需求是選擇鋁電解電容器或薄膜電容器類型的一個差異化因素。舉個例子,看看每種類型是如何適合的,也許很有啟發(fā)性。采用具有功率因數(shù)校正前端的 90% 效率、1kW 離線 AC-DC 轉換器。其內(nèi)部直流母線以 400VDC 標稱工作,在轉換器停止調節(jié)之前降至 300VDC。
聚丙烯膜電容器是有感結構,用聚丙烯作為電介質和鋁箔為電極繞制而成,導線采用鍍錫銅包鋼線,使用環(huán)氧樹脂包封。體積小,重量輕;更好穩(wěn)定性和可靠性。引線直接點焊于電極,損耗小。廣泛用于電視機,收錄機,DVD及各種通訊器材電子儀器的直流、脈沖電路中。
設計電力電子設備的工程師發(fā)現(xiàn),從儲能到濾波器和去耦等多種功能都需要電容器。有不同的電容器類型可供選擇,乍一看,它們的電容和電壓額定值似乎相同,但性能卻不盡相同。不正確的選擇充其量會導致昂貴的“過度設計”的解決方案,最壞的情況是導致產(chǎn)品不可靠或不安全。
功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心,主要用于改變電子裝置中電壓和頻率,及直流交流轉換等。只要在擁有電流電壓及相位轉換的電路系統(tǒng)中,都會用到功率零組件。
很明顯,高效率和小尺寸是 DC/DC 轉換器解決方案的關鍵基準。作為一名系統(tǒng)工程師,我敏銳地意識到更高的效率是減少功率損耗、降低組件溫度以及在給定氣流和環(huán)境溫度環(huán)境下提供更多可用功率的藍圖。然而,將解決方案壓縮成一個小的 PCB 尺寸是另一個挑戰(zhàn)。
最近,我正在研究可用于為 FPGA 供電的不同參考設計和資源。我發(fā)現(xiàn)一種設計是為了易于使用而創(chuàng)建的,使用集成電感器模塊,一種是使用分立元件而具有成本效益的設計,另一種是使用 PMBus 設備制成的設計,為工程師提供了最大的靈活性來控制和監(jiān)控每個軌道。盡管所有這些設計各不相同,但一個共同點是電源管理解決方案占用了相當大的電路板空間,其中包括穩(wěn)壓器、LDO、復位 IC、定序器、功率級等。
碳化硅 (SiC) FET 開始在 PWM(脈沖寬度調制)和 SMPS(開關模式電源)系統(tǒng)的固有效率已經(jīng)成為優(yōu)勢的市場中獲得關注。這項新技術的一些主要參與者展示了比之前的 IGBT 和傳統(tǒng) MOSFET 設計效率更高的電源系統(tǒng)。在夏威夷這樣的地方,電費可能超過 0.35 美元/千瓦時,這一點變得很重要。在歐洲和亞洲也有類似的高電力成本需要處理。對于生活在電網(wǎng)之外的人來說,這也很重要。
電磁干擾(EMI)歷來是讓PCB設計工程師們頭疼的一個問題,它威脅著電子設備的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。因此,我們在設計PCB時,需要遵循一定的原則,使電路板的電磁干擾控制在一定的范圍內(nèi),達到設計要求和標準,提高電路的整體性能。
在許多無線基站應用中,隔離電源轉換器的電源是通過 -48 V 電源提供的。通信基站使用-48V電源很大部分有歷史原因,歷史上,通信行業(yè)設備一直使用-48V直流供電。-48V也就是正極接地。因為最小的通訊網(wǎng)和通信工程都是用的電話網(wǎng),電信局供電電壓都是48V的,后期工程和端口通訊設備為了兼容早期設備,降低更換成本,基本都用的-48V的電源。
跨阻抗放大器(TIA) 最常使用運算放大器(op amps) 構建。而且,越來越多的(如果不是全部的話)模數(shù)轉換器(ADC) 是全差分系統(tǒng),需要具有單端差分機制。TIA由于具有高帶寬的優(yōu)點,一般用于高速電路,如光電傳輸通訊系統(tǒng)中普遍使用。