Как сделать раскоксовку: Как сделать раскоксовку двигателя – три способа

Как сделать раскоксовку поршневых колец своими руками

Что понадобится?

• Первая жидкость — BG 109
• Вторая — Mitsubishi Shumma Engine Conditioner 250 мл.

Жидкости могут быть и других марок, но это сочетание, как показывает опыт — одно из лучших.

Пошаговый процесс качественной раскоксовки

Чтобы раскоксовать двигатель, понадобятся две жидкости, одна для заливки непосредственно в моторное масло, другая – в цилиндры двигателя. Для этого открываем горловину на крышке головки блока цилиндров и, пользуясь воронкой, заливаем содержимое первой баночки.

Затем запускаем мотор, поднимаем частоту вращения двигателя до 1700 оборотов в минуту в течение 20 минут. После чего переводим работу мотора на режим холостого хода и держим их около 1 часа. Явно ощущается польза от залитой промывочной жидкости, т. к. двигатель начинает работать заметно мягче и уменьшается вибрация.

Далее отодвигаем газовые форсунки, отсоединяем провода, нажав на фиксаторы, откручиваем ключом на 10 с помощью удлинителя и воротка катушки на каждом цилиндре, вынимаем их и выкручиваем свечи зажигания с помощью свечного ключа. Свечи вытягиваем из колодцев катушками. Иридиевые свечи по внешнему виду оказались в хорошем состоянии.

Выставляем поршни в цилиндрах по высоте примерно на одном уровне, используя любую металлическую спицу и равномерно заполняем каждую камеру сгорания вторым средством через самодельный удлинитель из шланга. Закручиваем, но не затягиваем свечи, и оставляем на ночь.

Утром вновь выкручиваем свечи зажигания и вытягиваем подходящим по объему медицинским шприцем залитую накануне жидкость в небольшую прозрачную емкость.

По цвету она очень темная и густая из-за растворившихся в ней масло-сажевых отложений.

Накрываем головку блока цилиндров чистой тряпкой и проветриваем цилиндры прокручиванием двигателя стартером. Повторяем этот процесс до тех пор, пока из цилиндров перестанет выделяться загрязненная жидкость. Чем больше в конце окажется загрязнена первоначально чистая тряпка, тем лучше прошла раскоксовка двигателя.

Далее чистой мягкой тряпочкой протираем все свечные колодцы до блеска.

Промываем свечи зажигания в растворителе 647, дополнительно очищаем жесткой зубной щеткой и вытираем мягкой чистой ветошью, смоченной в том же растворителе.

Устанавливаем свечи на место с помощью куска шланга. Если их просто бросить в колодец, то можно сместить положение бокового электрода, что недопустимо. Свечи зажимаем плотно, но не пережимаем, чтобы не повредить кольцо, обеспечивающее герметичность крепления свечи в резьбе.

Протираем каждую катушку, устанавливаем на место, затягиваем болты и подключаем провода. Первые попытки запуска двигателя могут оказаться безрезультатными, поскольку в камерах сгорания много ингредиентов, отличных от бензина и воздуха. Этого не нужно бояться.

После нескольких попыток двигатель заведется, из выхлопной трубы повалит обильный дым, густота которого постепенно сойдет на нет. Мотор после этого будет работать еще мягче, а вибрация практически исчезнет. Остается проехать на автомобиле 10-15 км и заменить масло. На этом раскоксовка двигателя закончена.

Смотрите видео

Раскоксовка двигателя своими руками без разборки агрегата

Содержание

1. В каких случаях необходима раскоксовка
2. Почему прогрессирует нагар
3. Где концентрируется нагар
4. Цилиндро-поршневая группа
5. Газораспределительный механизм
6. Маслозаборник
7. Раскоксовка двигателя своими руками разными методами
8. Ручной способ
9. Жесткая раскоксовка
10. Мягкая раскоксовка
11. Частные случаи и различные методики
12. Жесткая раскоксовка V-образного двигателя
13. Мотор с воздушным охлаждением

Раскоксовка двигателя — это как удаление шлаков из организма. Здоровье автомобиля сравнимо с человеческим: оба нуждаются в сбалансированном питании, соразмерных нагрузках и своевременном уходе. А такие принципы медицины, как «не навреди» и «движение — жизнь», к машине применимы в полной мере.

В каких случаях необходима раскоксовка

Необходимость очистки мотора от вредных отложений появляется при нарушении ходовых характеристик и рабочих показателей. Среди них:

• расход топлива;
• масложор;
• ухудшение динамики;
• дымность;
• повышение давления картерных газов.

В сети можно встретить мнение, что современные ДВС в раскоксовке не нуждаются. Конечно, химическая промышленность за последние десятилетия добилась многого — закоксовать современный мотор трудно, но все же выполнимо.

В любом моторе образуется нагар, но в исправном агрегате он находится в динамическом равновесии. Черная корка нарастает и осыпается, не увеличиваясь в объеме. Слой кокса покрывает все детали.

Это равновесие легко доказать, если частично разобрать двигатель — снять один поршень. Его днище, головка и направляющая часть (в меньшей степени) покрыты слоем черных хлопьев. Очистим половину поршня (вдоль), а вторую трогать не будем. Соберем движок обратно и покатаемся, а через некоторое время снова достанем наш поршень. Слой нагара одинаков на всей поверхности детали: ни ступеньки, ни разграничения. Равновесие восстановлено, как будто мы не производили никаких манипуляций.

И все бы хорошо, с таким нагаром мотор исправно функционирует. Но есть уязвимые места конструкции и неблагоприятные режимы работы. Существуют зоны, где вредные отложения в виде сажи и лака готовы достигнуть критического уровня.

Почему прогрессирует нагар

Нагар переходит в наступление по трем причинам:

• применение некачественных топлива и масла;
• эксплуатация в неблагоприятных режимах;
• износ.

Низкокачественное горючее не сгорает полностью. Плохое масло воспламеняется, при этом не выгорая дотла, а закоксовываясь на сопряженных поверхностях.

Неблагоприятным режимом является, например, длительный прогрев на холостом ходу. Низкая температура в камере сгорания не позволяет полностью сжигать попадающие в цилиндр горюче-смазочные материалы.

Закоксованный двигатель.

Высокая нагрузка на малых оборотах не может обеспечить хорошую продувку цилиндров. Остаточные газы вредят процессу горения.

Перегрев, детонация, калильное зажигание — тоже источники нежелательного налета.

С повышением износа частично ухудшается смесеобразование, но самое главное, что в цилиндры обильно попадает масло. Его излишки — новый источник нагара. С его увеличением прогрессирует и износ.

Где концентрируется нагар

Основные «зоны риска», подверженные образованию нагара, это цилиндро-поршневая группа, газораспределительный механизм и маслозаборник. Рассмотрим каждую область подробнее.

Цилиндро-поршневая группа

Классический поршень имеет три кольцевые канавки, находящиеся в его головке, в которых работают два компрессионных и одно маслосъемное кольцо. Торцевой зазор между ним и канавкой составляет примерно 0,15–0,2 мм, он обеспечивает кольцам свободу передвижения при следовании поршня вверх и вниз.

Кольца прижимаются то к верхней, то к нижней стенке канавки. Они скользят вдоль хонингованной поверхности втулки цилиндра, и это заставляет их постоянно вращаться. Круговое движение способствует равномерному износу втулки. Но стоит маслянистой саже забить торцевые зазоры — кольца остановятся, и описанные ранее признаки их залегания будут налицо. Дело, однако, поправимое. Раскоксовка поршневых колец без разборки двигателя возможна.

Газораспределительный механизм

Слой маслянистой копоти склонен образовываться и на клапанах. Он покрывает плоскую поверхность тарелки клапана со стороны камеры сгорания и вогнутую поверхность от посадочной кромки до направляющей втулки. Этим особо грешат старые дизели.

Задать вопрос

Нагар на клапанах в бензиновых моторах — причина калильного зажигания. Это явление сродни детонации. Проявляется оно, когда водитель выключает зажигание, а мотор продолжает работать, издавая жесткие щелчки — это бензин загорается от раскаленного как уголь нагара. Воспламеняется топливо при этом невовремя, а горит неправильно.

Гидрокомпенсатор в ГРМ — это устройство, позволяющее устранять тепловой зазор клапанного механизма. Конструкции его бывают разными, но недочет общий: маленькие зазоры и узкие проходные сечения перекрывает сажа, и гидрокомпенсатор клинит. При этом слышится характерный клапанный стук.

Добираться до гидрокомпенсаторов ближе, чем до клапанов и поршней, и можно отважится на ручную механическую очистку — она более качественная. Если мотор нуждается в замене маслосъемных колпачков или ремня ГРМ, смежные работы нужно совместить, это будет правильная раскоксовка двигателя.

Маслозаборник

Этот узел забирает масло из поддона. Смазка проходит через металлическую сетку типа «дуршлаг» и крупные частицы сажи могут забить ее. Особенно коварны плоские хлопья, упавшие в поддон во время очистки. Если масло не пойдет в систему смазки, авария мотора неизбежна.

После проведения подобных работ проконтролируйте при запуске, что давление масла в норме.

Раскоксовка двигателя своими руками разными методами

Как сделать раскоксовку двигателя нужно решать в каждом конкретном случае, но способов несколько. Чаще всего, определяющим условием является зона очистки.

Ручной способ

Метод позволяет получить наивысшее качество, но он трудоемкий, предполагает квалификацию, необходимые условия и инструмент, а также несет с собой материальные издержки. Его применение очень зависит от конструкции автомобиля. Так, например, на одних машинах можно запросто снять поддон ради профилактики, а на других вопрос решается только через снятие двигателя.

Жесткая раскоксовка

Способ применяется конкретно для очистки цилиндро-поршневой группы (ЦПГ). Для этого нужно:

• Выкрутить свечи зажигания.
• Залить в цилиндры специальное средство для раскоксовки поршневых колец.
• Закрыть свечные отверстия (можно ввернуть обратно свечи, устроив поршням «паровую баню»). Средство будет действовать узко направленно и агрессивно. Это необходимо, чтобы размягчить нагар, забивший торцевые зазоры.
• Пробившись к самому нижнему маслосъемному кольцу, предстоит побороть закупорку масляных отверстий в кольцевой канавке и вернуть подвижность пружинке, опоясывающей внутренний диаметр маслосъемного кольца. Все эти детали мелкие и создают лабиринты для прохождения масла. Скорость течения масла мала, а поверхность раскалена, поэтому оно подгорает, будто на сковородке. 

После завершения процесса оставшуюся жидкость нужно максимально откачать шприцом чтобы предотвратить гидроудар и сократить дымность после запуска. Остатки средства некоторое время будут выгорать.

Мягкая раскоксовка

Мягкая раскоксовка — воздействие на нагар через масло. Препарат добавляется в смазку и воздействует на все доступные поверхности. Это единственный способ раскоксовки гидрокомпенсаторов без разборки, но жидкость нужно применять специальную (именно для гидрокомпенсаторов).

Самый деликатный метод — воздействие через топливо. Средство заливают в бак. В процессе эксплуатации оно очищает встречающиеся на его пути отложения.

Частные случаи и различные методики

Методики применения химических средств расписаны в инструкциях по применению. Все составы разные: одни предполагают промывку на холостых, другие допускают эксплуатацию на нагрузке. Агрессивность средств тоже сильно различается.

Если вы решились на использование такого сильного средства, как димексид, то имейте в виду, что нужно будет избавиться от отслоившейся в поддоне краски. Иначе она может забить маслозаборник и вывести из строя двигатель, вплоть до серьезных повреждений коленчатого вала.

Следует серьезно подумать, чем лучше раскоксовать двигатель.  Применив против сильных загрязнений профилактическое средство, вы выбросите деньги на ветер. Если цель — избавиться от небольшого налета, нет смысла обрекать себя на работы по снятию поддона. Беспокоитесь что поддон засорен, тогда обойдитесь без химии — просто снимите его и приведите в порядок вместе с маслозаборником.

Комбинировать методы можно по-разному. При снятой головке блока не лишним будет налить керосин на днища поршней и понаблюдать, насколько быстро жидкость просочится через лабиринты колец. Снятые гидрокомпенсаторы можно не разбирать полностью, а замочить в выбранном средстве и разработать постепенно.

Жесткая раскоксовка V-образного двигателя

Угол развала цилиндров бывает и 30, и 90 градусов. Соответственно наклонены и поршни. Поэтому жидкость для раскоксовки покроет одну сторону днища поршня, а вторая останется сухой. Соответственно и кольца будут смочены наполовину. Вопрос решается до предела просто: нужно залить побольше. Насколько — указано в инструкции. Для мотоциклетных двигателей возможен другой подход, ведь их легко установить под углом.

Особый случай — микроавтобус VW Transporter. Его рядную четверку ухитрились разместить сзади под полом грузового отсека. Блок цилиндров ради этого сильно наклонили. К раскоксовке подобного рядного мотора нужно подходить как к V-образному.

Мотор с воздушным охлаждением

На агрегатах такого типа (например, на «Запорожце») добраться до колец гораздо проще — не нужно снимать поддон и разбирать шатуны, цилиндр вынимается из блока вверх. Поршневая группа открыта полностью. Можно промыть, а можно и заменить компоненты. Но работа все равно требует квалификации.

Короткая статья не затрагивает еще многих моментов, касающихся раскоксовки двигателей, а освещает ключевые вопросы, самый популярный из которых, «как раскоксовать поршневые кольца не разбирая двигатель». Хочется дополнить, что определиться со степенью закоксованности поможет эндоскоп. Этот прибор позволяет при помощи зонда с камерой заглянуть в цилиндр и наглядно увидеть нагар на днище поршня и клапанах. Их можно будет открыть, повернув коленчатый вал, и заглянуть на стержни.

Конструкции современных ДВС и качество автомобильных масел, позволяет грамотным владельцам обходиться без раскоксовки двигателя многие годы и километры. Закоксовка — это больше дело рук человека. В здоровом двигателе, как отмечалось выше, нагар находится в динамическом равновесии.

Конденсаторы — SparkFun Learn

Авторы: Джимблом

Избранное Любимый 84

Для этого изящного маленького (на самом деле они обычно довольно большого) пассивного компонента существует масса применений. Чтобы дать вам представление об их широком спектре применения, вот несколько примеров:

Развязывающие (шунтирующие) конденсаторы

Многие конденсаторы, которые вы видите в схемах, особенно с интегральной схемой, являются развязывающими. Работа развязывающего конденсатора заключается в подавлении высокочастотного шума в сигналах источника питания. Они устраняют крошечные пульсации напряжения, которые в противном случае могли бы быть вредными для чувствительных ИС, из источника питания.

В некотором смысле, развязывающие конденсаторы действуют как очень маленькие локальные источники питания для интегральных схем (почти как источники бесперебойного питания для компьютеров). Если источник питания очень временно падает напряжение (что на самом деле довольно часто, особенно когда цепь, которую он питает, постоянно переключает требования к нагрузке), развязывающий конденсатор может кратковременно подавать питание с правильным напряжением. Вот почему эти конденсаторы также называют конденсаторами bypass ; они могут временно действовать как источник питания, в обход источника питания.

Развязывающие конденсаторы подключаются между источником питания (5 В, 3,3 В и т. д.) и землей. Нередко используются два или более конденсатора с разными номиналами, даже разных типов, для обхода источника питания, потому что конденсаторы одних номиналов будут лучше других при фильтрации определенных частот шума.

В этой схеме используются три развязывающих конденсатора, которые помогают уменьшить шум в источнике питания акселерометра. Два керамических 0,1 мкФ и один танталовый электролитический 10 мкФ с раздельной развязкой.

Хотя кажется, что это может привести к короткому замыканию между питанием и землей, через конденсатор на землю могут проходить только высокочастотные сигналы. Сигнал постоянного тока будет поступать на ИС, как и требуется. Еще одна причина, по которой они называются байпасными конденсаторами, заключается в том, что высокие частоты (в диапазоне кГц-МГц) обходят микросхему, вместо этого проходя через конденсатор, чтобы попасть на землю.

При физическом размещении развязывающих конденсаторов их всегда следует располагать как можно ближе к ИС. Чем дальше они находятся, тем менее эффективны.

Вот физическая схема на схеме выше. Крошечная черная микросхема окружена двумя конденсаторами емкостью 0,1 мкФ (коричневыми крышками) и одним электролитическим танталовым конденсатором емкостью 10 мкФ (высокая черно-серая прямоугольная крышка).

В соответствии с передовой инженерной практикой всегда добавляйте хотя бы один развязывающий конденсатор к каждой микросхеме. Обычно хорошим выбором является 0,1 мкФ, или даже добавьте несколько конденсаторов 1 мкФ или 10 мкФ. Это дешевое дополнение, и они помогают убедиться, что микросхема не подвергается большим провалам или скачкам напряжения.

Фильтрация источника питания

Диодные выпрямители можно использовать для преобразования переменного напряжения, выходящего из вашей стены, в постоянное напряжение, необходимое для большинства электронных устройств. Но диоды сами по себе не могут превратить сигнал переменного тока в чистый сигнал постоянного тока, им нужна помощь конденсаторов! При добавлении параллельного конденсатора к мостовому выпрямителю выпрямленный сигнал, подобный этому:

Можно превратить в сигнал постоянного тока ближнего уровня, подобный этому:

Конденсаторы — упрямые компоненты, они всегда будут пытаться сопротивляться внезапным Напряжение. Конденсатор фильтра будет заряжаться по мере увеличения выпрямленного напряжения. Когда выпрямленное напряжение, поступающее на конденсатор, начинает быстро падать, конденсатор получает доступ к своему банку накопленной энергии и очень медленно разряжается, подавая энергию на нагрузку. Конденсатор не должен полностью разряжаться до того, как входной выпрямленный сигнал снова начнет увеличиваться, перезаряжая конденсатор. Этот танец повторяется много раз в секунду, снова и снова, пока используется источник питания.

Цепь питания переменного тока в постоянный. Крышка фильтра (C1) имеет решающее значение для сглаживания сигнала постоянного тока, посылаемого в цепь нагрузки.

Если вы разберете любой блок питания переменного тока в постоянный, вы обязательно найдете по крайней мере один довольно большой конденсатор. Ниже показаны внутренности настенного адаптера постоянного тока на 9 В. Заметили там какие-нибудь конденсаторы?

Конденсаторов может быть больше, чем вы думаете! Есть четыре электролитических, похожих на консервные банки, конденсатора емкостью от 47 мкФ до 1000 мкФ. Большой желтый прямоугольник на переднем плане — колпачок из высоковольтной полипропиленовой пленки 0,1 мкФ. Синяя крышка в форме диска и маленькая зеленая посередине — керамические.

Хранение и подача энергии

Кажется очевидным, что если конденсатор хранит энергию, то одним из многих его применений будет подача этой энергии в цепь, как у батареи. Проблема в том, что конденсаторы имеют гораздо более низкую

плотность энергии , чем батареи; они просто не могут упаковать столько же энергии, сколько химические батареи того же размера (но этот разрыв сокращается!).

Преимущество конденсаторов в том, что они обычно служат дольше, чем батареи, что делает их более экологичным выбором. Они также способны отдавать энергию намного быстрее, чем батарея, что делает их подходящими для приложений, которым требуется кратковременный, но мощный всплеск мощности. Вспышка камеры могла получать питание от конденсатора (который, в свою очередь, вероятно, заряжался от батареи).

Аккумулятор или конденсатор?

	Battery	Capacitor
Capacity	✓
Energy Density	✓
Charge/Discharge Rate		✓
Life Span		✓

Фильтрация сигналов

Конденсаторы обладают уникальной реакцией на сигналы различной частоты. Они могут блокировать низкочастотные или постоянные компоненты сигнала, пропуская при этом более высокие частоты. Они как вышибала в очень эксклюзивном клубе только для высоких частот.

Фильтрация сигналов может быть полезна во всех приложениях обработки сигналов. Радиоприемники могут использовать конденсатор (среди других компонентов) для подавления нежелательных частот.

Другим примером конденсаторной фильтрации сигналов являются пассивные кроссоверные схемы внутри динамиков, которые разделяют один аудиосигнал на несколько. Последовательный конденсатор блокирует низкие частоты, поэтому оставшиеся высокочастотные части сигнала могут попасть на твитер динамика. В низкочастотной цепи сабвуфера высокие частоты в основном могут быть шунтированы на землю через параллельный конденсатор.

Очень простой пример схемы аудиокроссовера. Конденсатор блокирует низкие частоты, а катушка индуктивности блокирует высокие частоты. Каждый из них можно использовать для подачи надлежащего сигнала на настроенные аудиодрайверы.

Снижение номинальных характеристик

При работе с конденсаторами важно проектировать схемы с конденсаторами, которые имеют гораздо более высокий допуск, чем потенциально самый высокий скачок напряжения в вашей системе.

Вот отличное видео от инженера SparkFun Шона о том, что происходит с различными типами конденсаторов, когда вы не снижаете номинал своих конденсаторов и превышаете их максимальное напряжение. Подробнее о его экспериментах можно прочитать здесь.

---

---

Для чего нужен развязывающий конденсатор?

Системный шум стал серьезной проблемой как для аналоговых, так и для цифровых устройств. Требование к скоростным интерфейсам и более низкому энергопотреблению привело к тому, что устройства стали чувствительными к помехам от силовых и сигнальных линий. Развязывающий конденсатор или блокировочный конденсатор в цепи обеспечивает высокие переходные токи в ИС и уменьшает пульсации мощности. Такие конденсаторы размещаются близко к выводам питания ИС.

Аналоговые схемы, такие как аудиоусилители, издают гудение или потрескивание во время работы, в то время как цифровые схемы, такие как микроконтроллеры, ведут себя неустойчиво и непредсказуемо. Это происходит потому, что входное напряжение нестабильно. Любое устройство будет работать точно, если отклонения, такие как сбои, скачки напряжения и компоненты переменного тока, останутся в пределах допуска. Хорошая конструкция печатной платы должна обеспечивать плавное входное напряжение за счет устранения внутрисистемных шумов питания за счет надлежащего размещения развязывающих и обходных конденсаторов.

 

Руководство по проектированию регулируемого импеданса

6 глав — 56 страниц — 60 минут чтения

 

Зачем нужна развязка?

Развязка обеспечивает низкоомный путь от источника питания до земли. Поэтому выбор конденсатора с низкой индуктивностью, но высокой емкости (низкий импеданс) очень важен.

Влияние емкостной связи на обратный путь тока.

На приведенном ниже графике показаны как положительные, так и отрицательные источники питания. Он показывает, как ослабление источника питания (PSR) высокопроизводительного усилителя ухудшается с частотой около 20 дБ/декада. Около 90 дБ на постоянном токе, PSR быстро падает на более высоких частотах, что означает попадание нежелательной энергии в линии электропередачи на выход. Вот почему необходимо избегать попадания этой высокочастотной энергии в ИС. Это можно сделать, включив электролитические конденсаторы (для низкочастотной развязки) и керамические конденсаторы (для высокочастотной развязки).

Отклонение источника питания от частоты для высокопроизводительного операционного усилителя. Кредит на диаграмме: Analog Devices

Спецификации отклонения источника питания не обязательно указываются в спецификациях. Но вы всегда можете найти рекомендуемые схемы развязки блока питания в разделе приложений таблицы данных. Этим рекомендациям следует всегда следовать, чтобы обеспечить правильную работу устройства.

Чувствительность ИС

Чувствительность ИС к колебаниям напряжения питания представлена ​​коэффициентом подавления напряжения питания (PSRR) или PSR (в дБ). PSRR — отношение изменения выходного напряжения к изменению напряжения питания.

Что такое развязывающий конденсатор?

Размещение развязывающего конденсатора

Развязывающий конденсатор — это пассивный компонент, способный локально накапливать энергию. Из-за самой своей природы для зарядки и разрядки требуется время. Он предотвращает быстрые изменения напряжения, защищая систему или микросхему, обеспечивая надлежащее питание постоянным током.

Развязывающий конденсатор подключается между источником питания и нагрузкой/ИС параллельно. Для подавления возмущений напряжения для каждой ИС их необходимо размещать локально, т. е. как можно ближе к ИС. Все распределительные сети имеют фактическое сопротивление и индуктивность, что предотвращает мгновенную подачу тока, конденсатор контролирует провалы и прозвоны напряжения питания и обеспечивает стабильность напряжения в цепи.

Что такое шунтирующий конденсатор?

Размещение байпасного конденсатора

Байпасный конденсатор используется для предотвращения проникновения шума в систему путем его шунтирования на землю. Он подключается между выводами напряжения питания (Vcc) и заземления (GND) для уменьшения помех источника питания и скачков напряжения на линиях питания.

В чем разница между развязывающим и шунтирующим конденсатором?

Развязывающий конденсатор накапливает энергию и рассеивает ее обратно в шину питания, обеспечивая плавный ток. Байпасный конденсатор обеспечивает обратный путь сигнала переменного тока для переключения между шиной питания и шиной заземления.

Разница между развязывающим и шунтирующим конденсатором.

Учитывая их назначение и функции, как шунтирующие, так и развязывающие конденсаторы могут использоваться взаимозаменяемо. При питании любого устройства основная цель состоит в том, чтобы обеспечить путь с очень низким импедансом по отношению к заземлению входной мощности.

Вот некоторые из немногих заметных отличий:

• Шунтирующие конденсаторы используются для обеспечения шунтирующего пути с низким импедансом для высокочастотных шумовых сигналов. Они обеспечивают подавление высокочастотного шума до того, как он распространится по всей цепи, что приведет к неисправности цепи и проблеме электромагнитных помех. С другой стороны, развязывающие конденсаторы используются для стабилизации колебаний напряжения.
• Для функции низкоимпедансного шунтирования достаточно одного электролитического конденсатора, но для стабилизации сигнала требуются конденсаторы двух разных типов.

Также прочитайте, как обрабатывать текущий обратный путь для лучшей целостности сигнала.

 

Руководство по проектированию высокоскоростных печатных плат

8 глав — 115 страниц — 150 минут чтения

 

Для чего нужен развязывающий конденсатор?

Развязывающие конденсаторы используются для изоляции или развязки двух цепей.

Другими словами, они отделяют сигналы переменного тока от сигналов постоянного тока или наоборот.

• В случае падения входного напряжения он обеспечивает достаточное питание ИС для поддержания уровня напряжения.
• В случае повышения напряжения развязывающий конденсатор предотвращает протекание избыточного тока через ИС, чтобы поддерживать стабильное напряжение.

Какие конденсаторы используются для развязки?

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы большей емкости (от 1 до 100 мкФ) используются для развязки низкочастотного шума. Эти конденсаторы действуют как резервуары заряда для выполнения требований к мгновенному заряду схемы. Такие конденсаторы не следует размещать на расстоянии более 2 дюймов от микросхемы. Поскольку все электролитические конденсаторы поляризованы, они не могут выдержать более 1 В обратного смещения без повреждений. Они имеют относительно высокие токи утечки, которые зависят от конструкции, электрических размеров и номинального напряжения в зависимости от приложенного напряжения. Тем не менее, ток утечки не оказывает существенного влияния на развязку.

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы с малой индуктивностью для поверхностного монтажа (0,01 мкФ – 0,1 мкФ) используются для развязки высокочастотных помех источника питания. Эти конденсаторы подключаются непосредственно к контактам питания микросхемы.

Керамический конденсатор с малой индуктивностью для высокочастотной развязки

Керамические конденсаторы компактны и имеют малые потери. Они имеют широкий температурный диапазон, низкое ESR/ESL, стабильность, надежность и могут выдерживать широкий диапазон напряжений. Имеются конденсаторы типов X7R, Z5U и Y5V номиналом до нескольких мкФ, с высокой диэлектрической проницаемостью и номинальным напряжением до 200 В. Керамический конденсатор типа X7R предпочтительнее, поскольку он демонстрирует меньшее изменение емкости в зависимости от напряжения смещения постоянного тока. по сравнению с Z5U и Y5U.

Кроме того, керамические конденсаторы NP0 (COG) (0,1 мкФ или меньше) также используются из-за их более низкой диэлектрической проницаемости и низкого коэффициента напряжения.

Многослойные керамические (MLCC) конденсаторы для поверхностного монтажа

MLCC используются для обхода и фильтрации на частотах 10 МГц и выше из-за их конструкции с низкой индуктивностью.

Для повышения эффективности все развязывающие конденсаторы должны быть подключены непосредственно к заземляющему экрану с низким импедансом. Рекомендуется подключать эти конденсаторы с помощью коротких дорожек или переходных отверстий, чтобы минимизировать последовательную индуктивность.

 

 

Как разместить развязывающий конденсатор?

Размещение развязывающего конденсатора имеет решающее значение, поскольку он снижает импеданс шин питания. В идеале он должен максимизировать емкость и минимизировать сопротивление и индуктивность. Компоненты, такие как ИС, зависят от их входного напряжения, чтобы быть максимально стабильным во время работы.

• Его следует размещать как можно ближе к ИС, поскольку он защищает эти чувствительные микросхемы, отфильтровывая любой чрезмерный шум. Чем дальше они находятся, тем менее эффективны.

Эффективное размещение развязывающего конденсатора на печатной плате.

На рисунке слева (как показано выше) соединение как с контактом питания, так и с землей сделано максимально коротким. Это самая эффективная аранжировка. На рисунке справа (как показано выше) трассировка печатной платы может вызывать помехи, образуя петлю. Такая схема менее эффективна из-за избыточной индуктивности и сопротивления дорожки печатной платы.

• Всегда подключайте развязывающие конденсаторы между источником питания и нагрузкой/ИС параллельно друг другу.
• Последовательное подключение конденсатора к дорожкам входного и выходного сигналов устраняет низкочастотные переходные процессы из входных и выходных сигналов.
• Параллельное размещение конденсатора с резистором снижает высокочастотные электромагнитные помехи.
• При использовании переходных отверстий для доступа к плоскости питания подключите конденсатор к выводу компонента, а затем к переходному отверстию, чтобы обеспечить протекание тока через плоскость.

Компоновка развязывающего конденсатора

• Развязывающие конденсаторы также эффективны для развязки аналоговых и цифровых сигналов. Это достигается подключением конденсатора между проводами переменного тока и заземлением цифровой печатной платы.
• Убедитесь, что плоскости питания и заземления являются непрерывными и смежными:  Размещение конденсаторов   рядом с выводами питания и заземления ИС имеет решающее значение. Это делает пути цепи к земляным и силовым плоскостям как можно короче.
• Симметричное размещение смежных плоскостей питания и земли:  Смежные плоскости питания и заземления должны располагаться симметрично. Также рекомендуется свести к минимуму количество слоев между плоскостями и развязывающими конденсаторами.

Для получения дополнительной информации прочитайте наш блог, посвященный рекомендациям по размещению развязывающих конденсаторов при проектировании печатных плат.

Как выбрать емкость развязывающего конденсатора?

Количество конденсаторов, используемых в цепи, зависит от количества контактов питания и заземления и имеющихся сигналов ввода-вывода.

Выбирайте развязывающие конденсаторы с достаточно высокими собственными резонансными частотами, исходя из ширины полосы сигнала или рабочей частоты.

Понимание собственной резонансной частоты:  Конденсатор остается емкостным до этой частоты и начинает проявляться как индуктор выше этой частоты. Импеданс развязывающего конденсатора достигает минимального импеданса на частоте ω =1/√LC. Эта частота известна как резонансная частота развязывающего конденсатора.

Меньшая емкость и меньшая индуктивность дают более высокую резонансную частоту. Более высокая собственная резонансная частота достигается за счет выбора компонента меньшего размера для поверхностного монтажа, потому что, как правило, меньший корпус компонента имеет меньшую паразитную индуктивность.

Емкость конденсатора, развязывающего низкочастотные помехи, должна находиться в диапазоне от 1 мкФ до 100 мкФ. Высокочастотный шум должен лежать в пределах от 0,01 мкФ до 0,1 мкФ.

• Низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и эквивалентная последовательная индуктивность (ESL): Поскольку конденсатор должен быстро обеспечивать ток, выберите конденсатор с низкими ESR и ESL.
• Меньший размер упаковки:  Компактные конденсаторы позволяют уменьшить размер контура, что еще больше снижает индуктивность.

Как подобрать размер развязывающего конденсатора для цифровых ПДН?

Размер развязывающего конденсатора оценивается на основе импеданса сети распределения электроэнергии (PDN) и заряда, необходимого для переключающей ИС. Точная оценка размера конденсатора и его правильное размещение помогают уменьшить пульсации и шум в PDN.

Расчет емкости развязывающего конденсатора на основе тока, потребляемого при переключении, и напряжения ИС.

Где: Т _{нарастание} — время нарастания, V _IC — напряжение IC, а ΔI — потребляемый ток.

Примечание:  Приведенная выше формула действительна, если ширина полосы сигнала меньше частоты собственного резонанса развязывающего конденсатора. Полоса пропускания сигнала определяется как: (0,35/время нарастания сигнала).

Как подобрать размер развязывающего конденсатора для аналоговых ПДН?

При обеспечении стабильного питания аналоговой ИС развязывающий конденсатор постоянно заряжается и разряжается, обеспечивая стабильное питание при работе аналоговой ИС.

Размер развязывающего конденсатора для аналоговой ИС определяется следующим образом:

Ток, потребляемый ИС, будет возрастающей функцией напряжения и частоты ИС.

Где: f — частота, В _IC — напряжение ИС, а I — потребляемый ток.

Как выбрать размер развязывающего конденсатора в зависимости от импеданса PDN?

Развязывающие конденсаторы своевременно обеспечивают необходимый заряд и снижают выходное сопротивление габаритных ПДН. Практически он эффективен только в определенном диапазоне частот. Его импеданс линейно уменьшается с уменьшением частоты и увеличивается с увеличением частоты. Это увеличение импеданса практического развязывающего конденсатора связано с его паразитной индуктивностью.

Также читайте, Как уменьшить паразитную емкость в разводке печатной платы.

Один из лучших способов определить размер развязывающего конденсатора основан на целевом импедансе PDN.

Его размер зависит от требуемой пульсации напряжения, целевого импеданса PDN и целевого напряжения PDN.

Где: f — частота, V _IC — напряжение IC, V _{пульсация} — пульсация напряжения и Z _PDN — целевое сопротивление PDN.

Целевой импеданс PDN и напряжение пульсаций PDN являются функциями емкости, что делает решение очень сложной задачи. Вычисление «С» требует нескольких итераций. Приведенное выше уравнение является более точным, поскольку оно может учитывать влияние резонансной частоты развязывающего конденсатора и резонансы, возникающие из-за паразитных помех в топологии печатной платы.

При расчете Z _PDN для различных значений C и f мы получаем наилучшие значения C, чтобы получить наименьшее значение Z _PDN для всех частотных диапазонов.

Примечание: Точное значение используемых развязывающих конденсаторов всегда указывается в техническом описании ИС.

Как выбрать номинал шунтирующего конденсатора?

Реактивное сопротивление конденсатора, добавленного в цепь, должно составлять 1/10 или меньше сопротивления при параллельном подключении.