モータードライブに、大きな値の単一のバスコンデンサではなく、小さな値の静電容量の複数のバスコンデンサがあるのはなぜですか?


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私が見たすべてのプロフェッショナルなDC、BLDCまたはPMSMモーターコントローラー(Sevconなど)には、多数のDCバスコンデンサーが並列に接続されています。それらの静電容量は約100 µF〜220 µFです。4700 µFや10000 µFのような大きな値の単一のコンデンサの方が便利ではないでしょうか。

これらのコントローラーがバッテリーまたは他の高電流電源に接続されているときはいつでも大きなサージ電流のためですか?

回答:


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十分な容量を持つことは、1つのパラメーターです。ただし、コンデンサには直列抵抗があり、コンデンサから引き出せるピーク電流の量を制限します。コンデンサには直列インダクタンスもあり、ピーク電流を取り出す速度を制限します。複数の小さなコンデンサを並列に使用すると、直列抵抗とインダクタンスの両方が減少します。


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たぶん、大きなコンデンサは小さなコンデンサよりもインダクタンスが大きいので、総容量が単一の大きなコンデンサのコンデンサと等しい小さなコンデンサの束は、単一の大きなコンデンサよりも全体のインダクタンスが低くなります。
DKNguyen

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リップル電流能力が高く、ESRが低く、筐体内の都合の良い場所に収まるようにフォームファクターが優れている(例:短い)ことが理由の可能性があります。

コンデンサの表面積が大きいほど、電力消費能力が大きくなり、他のすべての条件は同じになります。


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他の回答では、その選択を決定する主な要因についてすでに言及しています:総ESRの低下、総インダクタンスの低下、熱処理能力の向上など。

無視されているもう1つの側面、信頼性を追加します。

大きなコンデンサが1つしかない場合、それが故障すると、動作しないシステムが残ります。また、キャップが大きくなると、故障した場合に近くのコンポーネントに大きなダメージを与える可能性があります。

複数のキャップを並行して使用すると、他のキャップが引き続き存在するため、キャップが開かない場合の影響を緩和できます。冗長性を念頭に置いてシステムを設計することもできます。つまり、他の制約が与えられた場合に必要な最小値よりも多くの上限を追加します。

振動に対する耐久性にも問題があります(これは特に大きなモーターを扱う場合に関係します)。単一の大きなコンデンサは、振動にさらされると、より大きな機械的ストレスを受ける可能性があります。キャップの大きな質量は機械的に共振し、その端子またはその取り付け点に大きな応力を及ぼし、キャップ自体または取り付けられているPCBの機械的故障につながります。

より小さいコンデンサは、質量が少ないため慣性が小さいため、振動や衝撃による機械的ストレスが発生しにくくなります。したがって、問題の原因となる機械的ストレスや衝撃を回避するために、適切なストレインリリーフを設計するのも簡単(および安価)です。


並列に十分なコンデンサがあると、ショートフェイルは自明になるでしょう...ある意味では。
rackandboneman

物理的なストレスの原因は振動だけではありません。コンデンサプレートは、静電気力によって機械的に変形します。
ピーターウォン

@PeterWoneあなたは正しいですが、これらの力はコンデンサの設計で考慮されます。なぜなら、それらはコンデンサが充電される電圧に依存するからです。そのため、コンデンサの定格が250Vac(rms)の場合、設計者はコンデンサの定格を決めるときにこれらの力を考慮したと思います。ところで、コンデンサがこれらの力によって損傷を受けることは聞いたことがありませんが、私の経験は基本的に「低電圧」の部品(「240Vac主電源または低電圧DC」)であるため、私の知識は偏っている可能性があります。部品の振動と機械的衝撃に耐える能力について
ロレンツォ・ドナティは

コンポーネントの寿命に影響を与える@LorenzoDonatiの事柄は、保証義務に影響を与える範囲で考慮されます。コストと利点のトレードオフがあります。あなたはそれが低い値で重要でないことについて正しいです。
ピーターウォン

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コンデンサはノイズのフィルタリングとデカップリングに役立ちます。しかし、コンデンサの各単一値は、特定の周波数でのみ有効です。ESRが最小(ノイズを軽減する能力が高い)値の範囲を使用すると、広い周波数範囲で優れたフィルタリング能力が得られます。

ESRによる加熱の減少。リップル電流がコンデンサを前後に流れると、ESRは電流の流れに抵抗します(抵抗と同様)。ESRが高いほど、消費電力(熱)が大きくなります。これにより、コンデンサの温度が効果的に上昇します。温度が高くなると、提供できる静電容量が低くなります。したがって、複数の周波数帯域にわたる低ESRは、1つのバグコンデンサよりも複数のコンデンサを組み合わせることで効果的に受信できる1つの望ましいパラメータです。


そのインピーダンスグラフはどこで入手しましたか?常にコンデンサを入手し、最高のパフォーマンスが支配的になるような方法では、実際にはうまくいきません。各コンデンサによって導入されるLC回路の相互作用によって形成される反共振スパイクがあります。
DKNguyen


@DKNguyen複数のコンデンサを共有する利点のみを提示したかったため、実効インピーダンスは小さくなりました。反共振の副作用もあることに同意します。混乱させないでください。それを削除します。
Umar

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これは生産の最適化にもなり得ます。製品がすでに220uFのコンデンサを使用している場合、追加の4700uFの代わりにそれらを使用するのが理にかなっています(ただし、1つのキャップを20に置き換えると少し極端に思えます)。4700uFキャップは貫通孔である可能性が高く、それが製品の唯一の貫通孔コンポーネントである場合、回避できる場合は製造工程全体を節約できます。そうでなくても、注文する部品の種類が少ないため、在庫の管理が容易になり、コンデンサモデルが生産終了になるため、製品を再設計するリスクが軽減されます。


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そのドライブのニーズに合わせて最適化された単一のカスタムコンデンサは、それがあなたが構築している唯一の製品である場合、おそらくいくつかの利点があります。しかし、すべてのドライブメーカーが行うように、数十の異なるドライブを構築する場合、製品ライン全体でサプライチェーンを最適化する必要があります。つまり、できるだけ少ないビルディングブロックで標準化し、それらをさまざまな組み合わせで使用して、必要な電圧と容量の定格を取得することを意味します。

このモデルには2つのキャップが並行して必要であり、別のキャップには2つの直列が必要で、別のキャップには4つ、別のキャップには20が必要ですが、在庫は1つだけです。購入の規模の経済性、必要な部品が不足する可能性を低くし、全体的な在庫コストを削減します。おそらく、他の多くのドライブメーカーが使用している部品と同じ場合、ボーナスはあなたと同じドライブフレームサイズを構築している可能性があるためです。

さて、もし我々がパワーマグネティックス産業をこのように働かせることができたら...


パワーマグネティックスに関する使い捨ての発言を拡大していただければ幸いです。標準化の機会は無視されますか?
ピーターウォン

高周波パワーマグネティックスに関する私の経験では、これらはすべて特定の用途向けの特注設計です。誰かが選択できるいくつかのセットパーツを持っていれば、前世で多くの時間を節約できただろう。
スティーブンコリングズ

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メーカーにとって最適なオプションだと思います。結局のところ、コストの安いものはそれが好ましい選択肢になると思います。


常に最も安価なものであるとは限りません。一般的に、いくつかのトレードオフを満たす必要があります。必要なすべてを行う1つの特別なコンポーネントは一般に高価であり、コンポーネントのサイズはサイズと重量に影響します大きなコンデンサでは手に負えないデバイスの場合、何百もの最も安価なコンデンサを等しく廃棄すると製造が難しくなります。保証が付いて戻ってくる場合があります。
リルート
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