ক্যাপাসিটর পাওয়ার সূত্র: শক্তি, লহর, এবং তাপ যা আপনি দেখতে পাচ্ছেন না
সঞ্চিত শক্তি হল সহজ সংখ্যা। ইএসআর এর মাধ্যমে রিপল কারেন্টই নির্ধারণ করে যে একটি ক্যাপাসিটর আসলে কতক্ষণ বোর্ডে টিকে থাকে।
একটি 470 µF, 400 V স্ন্যাপ-ইন ক্যাপাসিটর সম্পূর্ণ চার্জে 37.6 জুল ধারণ করে। 10 মিলিসেকেন্ডে সেই শক্তিটি ছেড়ে দিন এবং পালস চলাকালীন গড় শক্তি প্রায় 3.8 কিলোওয়াট। তবুও একই অংশকে 100 Hz-এ RMS রিপলের মাত্র 3 A-র জন্য রেট দেওয়া যেতে পারে, যা ESR-এর 0.3 Ω-এ প্রায় 2.7 W অভ্যন্তরীণ তাপ হয়ে যায়। একটি উপাদান, দুটি শক্তির পরিসংখ্যান তিনটি ভিন্ন মাত্রার।
সংক্ষিপ্ত উত্তর: একটি ক্যাপাসিটর E = 0.5 × C × V² হিসাবে শক্তি সঞ্চয় করে, ভোল্টেজ কত দ্রুত হ্রাস পেতে দেওয়া হয় তার দ্বারা নির্ধারিত হারে এটিকে ছেড়ে দেয় এবং যখনই তার অভ্যন্তরীণ প্রতিরোধের মধ্য দিয়ে বিকল্প কারেন্ট প্রবাহিত হয় তখন P = I² × ESR বিলুপ্ত করে। এসি সার্কিটে একটি চতুর্থ সম্পর্ক দেখা যায়, প্রতিক্রিয়াশীল শক্তি Q = V² × 2πfC, যা গ্রাস করা হয় না কিন্তু তারপরও ফয়েল, ট্যাব এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মাধ্যমে বাস্তব প্রবাহকে ঠেলে দেয়।
এই নিবন্ধটি প্রতীকের পরিবর্তে সংখ্যা সহ প্রতিটি সূত্রের মাধ্যমে কাজ করে, তারপর ফলাফলগুলিকে প্যাকেজ পছন্দগুলির সাথে লিঙ্ক করে যাতে গণনাটি একটি অংশ সিদ্ধান্তে শেষ হয়।
শক্তির সূত্রে ভোল্টেজকে বর্গ করা হয়, তাই এটি ক্যাপাসিট্যান্সের চেয়ে বেশি সস্তায় স্টোরেজ কিনে নেয়। রিপল কারেন্ট হিটিং সূত্রে বর্গাকার, তাই এটি লোড কারেন্টের চেয়ে অনেক বেশি আক্রমণাত্মকভাবে জীবনকে ছোট করে। বেশিরভাগ ক্ষেত্রের ব্যর্থতা দ্বিতীয় প্রভাবের সন্ধান করে।
প্রত্যেকের পিছনে পাঁচটি সম্পর্ক ক্যাপাসিটর পাওয়ার প্রশ্ন
একটি একক ক্যাপাসিটর পাওয়ার সূত্র অনুসন্ধান করার অর্থ সাধারণত পাঁচটি সম্পর্কের একটি প্রয়োজন। তারা বিভিন্ন প্রশ্নের উত্তর দেয় এবং সেগুলি মিশ্রিত করা অংশগুলি গরম বা তাড়াতাড়ি ব্যর্থ হওয়ার একটি সাধারণ কারণ।
| পরিমাণ | সূত্র | ইউনিট | এটা কি সীমাবদ্ধ |
|---|---|---|---|
| সঞ্চিত শক্তি | E = 0.5 × C × V² | জুল (জে) | হোল্ডআপ সময় এবং স্রাব শক্তি |
| ব্যবহারযোগ্য শক্তি | E = 0.5 × C × (V1² − V2²) | জুল (জে) | দুটি ভোল্টেজ সীমার মধ্যে শক্তি উপলব্ধ |
| গড় স্রাব শক্তি | P = 0.5 × C × V²/t | ওয়াট (W) | একটি স্টোরেজ ব্যাঙ্ক দ্বারা সরবরাহ করা পালস শক্তি |
| চার্জিং কারেন্ট | I = C × dv/dt | অ্যাম্পিয়ার (A) | ইনরাশ কারেন্ট এবং রেকটিফায়ার স্ট্রেস |
| রিপল হিটিং | P = I² × ESR | ওয়াট (W) | মূল তাপমাত্রা এবং পরিষেবা জীবন |
| প্রতিক্রিয়াশীল শক্তি | Q = V² × 2πfC | var | এসি কারেন্ট অবশ্যই বহন করতে হবে |
সূচকগুলি দেখুন। ভোল্টেজ বর্গ মানে একটি 450 V ক্যাপাসিটর একই ক্যাপাসিট্যান্সের 50 V অংশের 81 গুণ শক্তি সঞ্চয় করে। কারেন্ট বর্গ মানে দ্বিগুণ রিপল কারেন্ট তাপকে চারগুণ করে। আপনি একটি বেঞ্চে যা পরিমাপ করেন তার বেশিরভাগই এই দুটি সূচক ব্যাখ্যা করে।
সঞ্চিত শক্তি: কেন ভোল্টেজ ক্যাপাসিট্যান্স বিট করে
E = 0.5 × C × V² পুরষ্কার ভোল্টেজ ক্যাপাসিট্যান্সের চেয়ে অনেক বেশি উদারভাবে, এবং সংখ্যাগুলি দ্রুত বিন্দু তৈরি করে:
- 50 V স্টোরে 100 µF 0.13 J
- 100 µF 450 V স্টোরে 10.1 J
- 400 V স্টোরে 470 µF 37.6 J
একটি 450 V, 100 µF অংশের সাথে 50 V অংশের মিল করা হলে এর মধ্যে প্রায় 81টি সমান্তরালে লাগবে, আরও বোর্ড এলাকা, আরও ফুটো পথ এবং একই চার্জ বহনকারী আরও সোল্ডার জয়েন্টগুলি।
ব্যবহারযোগ্য শক্তি সবসময় সঞ্চিত শক্তির চেয়ে ছোট। একটি 470 µF ব্যাঙ্ক যা 400 V থেকে 300 V পর্যন্ত ডিসচার্জ করে মাত্র 16.5 J দেয়, যা এটি ধারণ করে তার প্রায় 44 শতাংশ। যখন একটি ন্যূনতম বাস ভোল্টেজের বিপরীতে একটি হোল্ডআপ প্রয়োজনীয়তা লেখা হয়, তখন সম্পূর্ণ চার্জ থেকে শূন্যের পরিবর্তে দুটি সীমার মধ্যে গণনা করুন, নতুবা নকশাটি একটি বিস্তৃত মার্জিন দ্বারা বড় হবে।
ডিসচার্জ পাওয়ার এবং ইনরাশ: এক সূত্র, দুটি দিক
P = E/t সঞ্চিত শক্তিকে গড় শক্তি চিত্রে রূপান্তর করে। একটি 37.6 J ব্যাঙ্ক 10 ms এর বেশি রিলিজ করে 3.8 kW সরবরাহ করে; 5 সেকেন্ডের বেশি রিলিজ করা একই ব্যাঙ্ক 7.5 ওয়াট সরবরাহ করে। কোন সংখ্যাই বেঁচে থাকার বিষয়ে বেশি কিছু বলে না, কারণ একটি নাড়ির উপর গড় শক্তি সর্বোচ্চ কারেন্ট সম্পর্কে কিছুই বলে না।
আসল সীমাবদ্ধতা হল I = C × dv/dt. 470 µF ক্যাপাসিটরকে 0 V থেকে 400 V পর্যন্ত 1 ms-এ চার্জ করার জন্য উৎস থেকে 188 A দাবি করা হয়। একই বৃদ্ধি 100 ms পর্যন্ত প্রসারিত করুন এবং কারেন্ট 1.9 A-তে নেমে আসবে, যা একটি ধীরগতির র্যাম্প ছাড়া আর কিছুই থেকে শতগুণ হ্রাস।
ক্যাপাসিট্যান্স বাড়ানো সঞ্চিত শক্তি যোগ করে, কিন্তু এটি সরাসরি অনুপাতে ইনরাশ কারেন্টও বাড়ায়। কখনও কখনও সস্তা নকশা পরিবর্তন একটি নরম চার্জিং পাথ, একটি বড় ক্যাপাসিটর না.
এই কারণেই প্রি-চার্জ প্রতিরোধক, এনটিসি থার্মিস্টর এবং সফ্ট-স্টার্ট স্টেজ বিদ্যমান, এবং কেন রেকটিফায়ার ফ্রন্ট এন্ডে ক্যাপ্যাসিট্যান্সের মতো সার্জ রেটিং গুরুত্বপূর্ণ। ঢেউ-প্রতিরোধী এবং বজ্র-প্রতিরোধী পরিবার, যেমন CD296 স্ন্যাপ-ইন টাইপ, ঠিক এই ছোট, প্রতিকূল dv/dt ইভেন্টগুলির জন্য নির্দিষ্ট করা হয়েছে।
রিপল কারেন্ট এবং ইএসআর: দ্য ফর্মুলা যা ক্যাপাসিটরকে বয়স দেয়
P = I² × ESR হল সর্বনিম্ন চটকদার সম্পর্ক এবং যেটি পণ্যের জীবনকাল শেষ করে। সংশোধন, স্যুইচিং বা বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল থেকে তরঙ্গ প্রবাহ ফয়েল এবং ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্য দিয়ে যায় এবং এটি যে তাপ উৎপন্ন করে তা কেবল একটি পালানোর পথ হিসাবে পৃষ্ঠের উপরিভাগে থাকে।
| রিপল কারেন্ট (A rms) | ESR (Ω) | অভ্যন্তরীণ তাপ (W) | সাধারণ সেটিং |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 0.50 | 0.13 | একটি ছোট রেডিয়াল অংশ সঙ্গে পক্ষপাত সরবরাহ |
| 1.5 | 0.20 | 0.45 | সাধারণ-উদ্দেশ্য অ্যাডাপ্টারের আউটপুট |
| 3.0 | 0.05 | 0.45 | একটি স্ন্যাপ-ইন অংশ ব্যবহার করে PFC মঞ্চ |
| 6.0 | 0.02 | 0.72 | স্ক্রু টার্মিনালের সাথে বৈদ্যুতিন সংকেতের মেরু বদল ডিসি লিঙ্ক |
সর্বোচ্চ-বর্তমান সারি অ্যাডাপ্টার সারির চেয়ে কম তাপ উৎপন্ন করে, কারণ ESR মাত্রার একটি ক্রম দ্বারা হ্রাস পেয়েছে। সময়ের সাথে সাথে সম্পর্কটি বিপরীতভাবে চলে: ESR ইলেক্ট্রোলাইট স্থানান্তরিত এবং শুকিয়ে যাওয়ার সাথে সাথে আরোহণ করে, যা অপচয় বাড়ায়, যা শুকিয়ে যাওয়াকে ত্বরান্বিত করে। এই নোট চালু ESR এবং ক্যাপাসিটরের আচরণের উপর এর প্রভাব ফ্রিকোয়েন্সি, তাপমাত্রা এবং বয়স এই সংখ্যাটিকে কীভাবে স্থানান্তরিত করে তা কভার করে।
তাপমাত্রা যেখানে লহরী তাপ একটি আজীবন চিত্র হয়ে ওঠে। সাধারণ-উদ্দেশ্য অ্যালুমিনিয়াম ইলেক্ট্রোলাইটিক্স প্রায়ই 105 °C তাপমাত্রায় 2,000 ঘন্টা রেট করা হয়, যখন দীর্ঘ-জীবনের সিরিজ 5,000 থেকে 7,000 ঘন্টা চলে। একটি কাজের নিয়ম হিসাবে, মূল তাপমাত্রায় প্রতি 10 ° সেঃ হ্রাস প্রত্যাশিত জীবনকে প্রায় দ্বিগুণ করে। রিপল কারেন্ট 30 শতাংশ দ্বারা কাটিয়া অপব্যবহার অর্ধেক করে এবং একটি অসম পরিমাণ সময় ক্রয় করে।
রিপল রেটিং একটি রেফারেন্স ফ্রিকোয়েন্সিতে উদ্ধৃত করা হয়, প্রায়শই 100 kHz বা 120 Hz। নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সিতে অনুমোদিত রিপল কারেন্ট ছোট হয় এবং একটি ডেটাশিট গুণক প্রয়োগ করতে হবে। সংশোধন ছাড়াই 120 Hz-এ 100 kHz রেটিং ব্যবহার করা অংশটির ক্ষমতাকে বাড়াবাড়ি করে।
এসি ভিউ: প্রতিক্রিয়াশীল শক্তি ব্যবহার না করেই প্রবাহিত হয়
Q = V² × 2πfC একটি AC উৎসের সাথে ক্যাপাসিটর বিনিময়ের প্রতিক্রিয়াশীল শক্তি বর্ণনা করে। কিছুই বিলীন হয় না, কিন্তু বর্তমান বাস্তব. 400 V এবং 50 Hz এ, একটি 470 µF ক্যাপাসিটর প্রায় 6.8 Ω বিক্রিয়া উপস্থাপন করে এবং তার নিজস্ব টার্মিনালের মাধ্যমে প্রায় 59 A rms আঁকে।
এই একক সংখ্যাটি ব্যাখ্যা করে যে কেন পোলারাইজড ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটরগুলি কখনই মেইন লাইন জুড়ে সরাসরি সংযুক্ত হয় না এবং কেন AC-রেটেড ফিল্ম ক্যাপাসিটারগুলি সেই দায়িত্বের জন্য বিদ্যমান। একটি DC লিঙ্কের ভিতরে একই সম্পর্ক আপনার পক্ষে কাজ করে: 100 kHz এ একটি 470 µF অংশের প্রতিক্রিয়া প্রায় 0.0034 Ω-এ ভেঙে যায়, তাই এটি রিপল স্যুইচ করার জন্য কাছাকাছি সংক্ষিপ্ত হিসাবে আচরণ করে।
স্থানীয় ডিকপলিংয়ের জন্য, ব্যবহারিক সংস্করণটি প্রতি প্রান্তে লেখা হয়। একটি 10 µF পলিমার ক্যাপাসিটর একটি 1 V রেল ধারণ করে যখন 1 µs-এ লোড ধাপে যায় তখন সেই মুহূর্তে একটি 10 A ক্ষণস্থায়ী সরবরাহ করতে হয়, একটি মান গড় লোডের পরিবর্তে ক্যাপাসিট্যান্স এবং স্লিউ রেট দ্বারা সেট করা হয়।
সূত্র থেকে অংশ পর্যন্ত: পরিবারের সাথে সংখ্যার মিল
একবার এনার্জি, ইনরাশ এবং রিপল পরিসংখ্যান জানা হয়ে গেলে, নির্বাচন একটি প্যাকেজিং সিদ্ধান্তে পরিণত হয়। ভোল্টেজ শ্রেণী এবং ESR ক্ষেত্রটিকে দ্রুত সংকুচিত করে এবং যা অবশিষ্ট থাকে তা হল এমন একটি নির্মাণ বেছে নেওয়া যা তাপকে ঘুরিয়ে ঘুরিয়ে বের করে দিতে পারে। আমরা রেডিয়াল, এসএমডি, পলিমার, স্ন্যাপ-ইন এবং স্ক্রু-টার্মিনাল ফরম্যাট জুড়ে অ্যালুমিনিয়াম ইলেক্ট্রোলাইটিক ক্যাপাসিটার তৈরি করি, তাই একটি গণনা করা রিপল ফিগার সাধারণত আমাদের উপর ম্যাপ করে শক্তি-রূপান্তর ক্যাপাসিটর পরিবার প্যাকেজ প্রকারের সাথে আপস ছাড়াই।
বাল্ক ডিসি লিঙ্কের জন্য স্ন্যাপ-ইন নির্মাণ
মোটামুটি 200 V এবং 100 µF এর উপরে, স্ন্যাপ-ইন ক্যাপাসিটরগুলি PFC পর্যায়ে, ইনভার্টার এবং স্যুইচিং সরবরাহের বেশিরভাগ বাল্ক স্টোরেজ বহন করে। একটি 450 V, 470 µF স্ন্যাপ-ইন সাধারণত 100 Hz রিপলের বেশ কয়েকটি অ্যাম্পিয়ার শোষণ করে যখন ESR কে দশ মিলিওহমের মধ্যে রাখে। CD293 হাই-রিপল স্ট্যান্ডার্ড সিরিজ সেই দায়িত্বের জন্য তৈরি করা হয়েছে, এবং CD292 চার-পিন সংস্করণ যেখানে কম্পন উপস্থিত থাকে সেখানে স্থিতিশীলতা যোগ করে।
দীর্ঘ জীবন শক্তি সঞ্চয়ের জন্য স্ক্রু টার্মিনাল
ওয়েল্ডিং সরঞ্জাম, ইউপিএস সিস্টেম, সৌর এবং বায়ু ইনভার্টার এবং মোটর-স্টার্টিং সার্কিট একই সময়ে রিপল রেটিং এবং পরিষেবার প্রত্যাশাকে আরও বেশি করে। স্ক্রু-টার্মিনাল ক্যাপাসিটারগুলি বড় ক্যান, ভাল তাপ অপসারণ এবং উচ্চতর বর্তমান ক্ষমতা প্রদান করে। CD139 সিরিজটি 7,000 ঘন্টার জন্য উচ্চ রিপল ক্ষমতা সহ রেট করা হয়েছে, CD60 হল মোটর শুরু করার জন্য একটি আদর্শ পছন্দ, এবং CD13L এয়ার-কন্ডিশনিং ডিউটির জন্য টিউন করা হয়েছে।
দ্রুত, কম-ইএসআর পাথের জন্য পলিমার নির্মাণ
যখন dv/dt খাড়া হয় এবং সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি বেশি হয়, তখন ইএসআর এবং সমতুল্য ইন্ডাকট্যান্স প্রতিবন্ধকতাকে প্রাধান্য দেয়। সলিড পলিমার নির্মাণ শুষ্ক-আউট ব্যর্থতা মোড সরিয়ে দেয় এবং তাপমাত্রা জুড়ে ESR কম রাখে। লিড-টাইপ পলিমার রেঞ্জে, এইচএলএল সিরিজ কম ইএসআর সহ উচ্চ লহরকে লক্ষ্য করে, যখন এইচএলআর সংস্করণ এমন ডিজাইনের জন্য রেট লাইফ 5,000 ঘন্টা প্রসারিত করে যেখানে পরিষেবা অ্যাক্সেস কঠিন।
বাস্তব সার্কিট সূত্র যোগ করে যে সংশোধন
ডেটাশীট মান সংজ্ঞায়িত অবস্থার অধীনে পরিমাপ করা হয়. চারটি সংশোধন একটি গণনাকে সৎ রাখে:
- ±20 শতাংশ ক্যাপাসিট্যান্স সহনশীলতা মানে সঞ্চিত শক্তি নেমপ্লেট মানের থেকে 20 শতাংশ নিচে নামতে পারে, তাই ধরে রাখার সময় ন্যূনতম বিপরীতে ডিজাইন করা উচিত।
- ESR হল একটি সর্বোচ্চ চিত্র, সাধারণত 100 kHz এবং 20 °C এ উদ্ধৃত হয়। −40 °C এ এটি কয়েকগুণ বেশি হতে পারে, যা বহিরঙ্গন সরঞ্জামের জন্য গুরুত্বপূর্ণ।
- রিপল রেটিং একটি রেফারেন্স ফ্রিকোয়েন্সি এবং সর্বোচ্চ বিভাগের তাপমাত্রার সাথে আবদ্ধ হয়; উভয় বাস্তব অপারেটিং পয়েন্ট জন্য সমন্বয় প্রয়োজন.
- জীবনের শেষ নাগাদ ESR মোটামুটি দ্বিগুণ হয়ে যায়, তাই শূন্য ঘণ্টায় অপচয় সবচেয়ে খারাপ ঘটনা নয়। রেটেড ভোল্টেজের প্রায় 80 শতাংশে কমলে ফুটো চাপ কমে যায়।
কোর থেকে পরিবেষ্টিত তাপীয় প্রতিরোধের দ্বারা গণনাকৃত অপচয়কে গুণ করুন। যদি ফলাফলটি লাইফ রেটিং-এ ব্যবহৃত পরিবেষ্টনের থেকে কোরকে 10 °C এর বেশি রাখে, তাহলে উপকরণের বিল স্থির হওয়ার আগে প্রত্যাশিত জীবন পুনরায় গণনা করুন।
একটি আন্ডারসাইজড রিপল রেটিং খুব কমই অবিলম্বে ব্যর্থ হয়। ইলেক্ট্রোলাইট ধীরে ধীরে শুকিয়ে যায়, ESR উঠে যায়, তাপ আরও বেড়ে যায় এবং ক্যাপাসিট্যান্স কমে যায়। লোডের অধীনে অব্যক্ত শাটডাউন হিসাবে লক্ষণটি কয়েক মাস পরে প্রদর্শিত হয়।
আপনার ডেস্কে নম্বর রাখা
ক্যাপাসিটর পাওয়ার সূত্র হল তিনটি সমীকরণ যার একটি নাম রয়েছে। E = 0.5 × C × V² সংজ্ঞায়িত করে যে অংশটি কত শক্তি ধারণ করে, P = E / t এবং I = C × dv/dt সংজ্ঞায়িত করে যে এটি কত দ্রুত চলতে পারে, এবং P = I² × ESR সংজ্ঞায়িত করে যে তাপ এবং পরিষেবা জীবনে আন্দোলনের খরচ কত। প্রতিক্রিয়াশীল শক্তি AC কারেন্ট যোগ করে যা কখনও ব্যবহার না করে প্রবাহিত হয়।
সেগুলির মাধ্যমে সেই ক্রমে কাজ করুন — শক্তি, হার, তাপ — এবং প্যাকেজ নির্বাচন নিম্নরূপ: বাল্ক DC লিঙ্কগুলির জন্য স্ন্যাপ-ইন, উচ্চ-শক্তি দীর্ঘ-জীবন সঞ্চয়ের জন্য স্ক্রু-টার্মিনাল, দ্রুত নিম্ন-ESR পাথগুলির জন্য পলিমার, এবং বোর্ডে থাকা সমস্ত কিছুর জন্য রেডিয়াল বা SMD। প্যাকেজের সাথে সূত্র কখনই পরিবর্তিত হয় না। শুধুমাত্র তাপ পাথ করে।
