مهندسان عزیز، آیا تا به حال با این نوع خرابی «فانتوم» مواجه شده‌اید؟ یک دروازه مرکز داده با طراحی خوب در آزمایشگاه کاملاً خوب آزمایش شد، اما پس از یک یا دو سال استقرار انبوه و عملیات میدانی، دسته‌های خاصی از داده‌ها دچار از دست رفتن غیرقابل توضیح بسته‌ها، قطع برق و حتی راه‌اندازی مجدد شدند. تیم نرم‌افزاری کد را به طور کامل بررسی کرد و تیم سخت‌افزاری بارها و بارها بررسی کرد و در نهایت با استفاده از ابزارهای دقیق، مقصر را شناسایی کرد: نویز فرکانس بالا در ریل برق اصلی.
راهکار خازن چندلایه YMIN
- تحلیل فنی علت ریشه‌ای - بیایید عمیق‌تر به «تحلیل آسیب‌شناسی» اساسی بپردازیم. مصرف پویای توان تراشه‌های CPU/FPGA در درگاه‌های مدرن به طرز چشمگیری نوسان می‌کند و هارمونیک‌های جریان فرکانس بالای فراوانی تولید می‌کند. این امر مستلزم آن است که شبکه‌های جداسازی توان آنها، به ویژه خازن‌های حجیم، مقاومت سری معادل (ESR) بسیار کمی داشته باشند و قابلیت جریان موجی بالایی داشته باشند. مکانیسم خرابی: تحت فشار طولانی مدت دمای بالا و جریان موجی بالا، رابط الکترولیت-الکترود خازن‌های پلیمری معمولی به طور مداوم تخریب می‌شود و باعث می‌شود ESR به مرور زمان به طور قابل توجهی افزایش یابد. افزایش ESR دو پیامد مهم دارد: کاهش اثربخشی فیلترینگ: طبق Z = ESR + 1/ωC، در فرکانس‌های بالا، امپدانس Z در درجه اول توسط ESR تعیین می‌شود. با افزایش ESR، توانایی خازن در سرکوب نویز فرکانس بالا به طور قابل توجهی تضعیف می‌شود. افزایش خودگرمایی: جریان موجی باعث ایجاد گرما در سراسر ESR می‌شود (P = I²_rms * ESR). این افزایش دما باعث تسریع در پیری می‌شود و یک حلقه بازخورد مثبت ایجاد می‌کند که در نهایت منجر به خرابی زودرس خازن می‌شود. نتیجه: یک آرایه خازنی خراب نمی‌تواند در طول تغییرات گذرای بار، شارژ کافی را فراهم کند و همچنین نمی‌تواند نویز فرکانس بالای تولید شده توسط منبع تغذیه سوئیچینگ را فیلتر کند. این امر باعث ایجاد اشکالات و افت ولتاژ در تراشه می‌شود و منجر به خطاهای منطقی می‌گردد.
- راهکارها و مزایای فرآیند YMIN - خازن‌های حالت جامد چندلایه سری MPS شرکت YMIN برای این کاربردهای دشوار طراحی شده‌اند.
پیشرفت ساختاری: فرآیند چندلایه، چندین تراشه خازن حالت جامد کوچک را به صورت موازی در یک بسته واحد ادغام می‌کند. این ساختار در مقایسه با یک خازن بزرگ، یک اثر امپدانس موازی ایجاد می‌کند و ESR و ESL (القاء سری معادل) را به سطوح بسیار پایین کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، خازن MPS 470μF/2.5V دارای ESR به کمی کمتر از 3mΩ است.
ضمانت مواد: سیستم پلیمری حالت جامد. با استفاده از یک پلیمر رسانای جامد، خطر نشت را از بین می‌برد و ویژگی‌های دما-فرکانس عالی ارائه می‌دهد. ESR آن در طیف وسیعی از دما (-55°C تا +105°C) به حداقل می‌رسد و اساساً محدودیت‌های طول عمر خازن‌های الکترولیت مایع/ژل را برطرف می‌کند.
عملکرد: ESR بسیار پایین به معنای قابلیت مدیریت جریان ریپل بیشتر، کاهش افزایش دمای داخلی و بهبود MTBF سیستم (میانگین زمان بین خرابی‌ها) است. پاسخ فرکانسی عالی، نویز سوئیچینگ در سطح مگاهرتز را به طور موثر فیلتر می‌کند و ولتاژ تمیزی را برای تراشه فراهم می‌کند.
ما آزمایش‌های مقایسه‌ای را روی مادربرد معیوب یکی از مشتریان انجام دادیم:
مقایسه شکل موج: تحت بار یکسان، سطح نویز پیک تا پیک ریل اصلی پاور به 240 میلی ولت رسید. پس از تعویض خازن‌های YMIN MPS، نویز به کمتر از 60 میلی ولت کاهش یافت. شکل موج اسیلوسکوپ به وضوح نشان می‌دهد که شکل موج ولتاژ روان و پایدار شده است.
تست افزایش دما: تحت جریان ریپل بار کامل (تقریباً 3 آمپر)، دمای سطح خازن‌های معمولی می‌تواند به بیش از 95 درجه سانتیگراد برسد، در حالی که دمای سطح خازن‌های YMIN MPS تنها حدود 70 درجه سانتیگراد است، که کاهش افزایش دما بیش از 25 درجه سانتیگراد را نشان می‌دهد. تست طول عمر تسریع شده: در دمای نامی 105 درجه سانتیگراد و جریان ریپل نامی، پس از 2000 ساعت، نرخ حفظ ظرفیت به بیش از 95 درصد رسید که بسیار فراتر از استاندارد صنعت است.
- سناریوهای کاربردی و مدل‌های پیشنهادی - سری YMIN MPS 470μF 2.5V (ابعاد: 7.3*4.3*1.9 میلی‌متر). ESR فوق‌العاده پایین (<3mΩ)، نرخ جریان ریپل بالا و محدوده دمای عملیاتی گسترده (105 درجه سانتیگراد) آنها را به پایه‌ای قابل اعتماد برای طراحی‌های منبع تغذیه اصلی در تجهیزات ارتباطی شبکه پیشرفته، سرورها، سیستم‌های ذخیره‌سازی و مادربردهای کنترل صنعتی تبدیل می‌کند.
نتیجه‌گیری
برای طراحان سخت‌افزار که برای قابلیت اطمینان نهایی تلاش می‌کنند، جداسازی منبع تغذیه دیگر صرفاً انتخاب مقدار خازن مناسب نیست؛ بلکه نیاز به توجه بیشتر به پارامترهای دینامیکی مانند ESR خازن، جریان ریپل و پایداری بلندمدت دارد. خازن‌های چندلایه YMIN MPS، از طریق فناوری‌های نوآورانه ساختاری و مواد، ابزاری قدرتمند برای غلبه بر چالش‌های نویز منبع تغذیه در اختیار مهندسان قرار می‌دهند. امیدواریم این تحلیل فنی عمیق، بینش‌هایی را در اختیار شما قرار دهد. برای چالش‌های کاربرد خازن، به YMIN مراجعه کنید.
زمان ارسال: ۱۳ اکتبر ۲۰۲۵