Firma Panasonic je dodavatelem mnoha inovativních elektronických komponentů. Jednou z nejdůležitějších produktových skupin v tomto sortimentu jsou kondenzátory navržené s ohledem na konstrukci napájecích obvodů pro zařízení DC – patří sem prvky odpovídající parametrům nejnovějšího standardu USB-PD.

Nejnovější požadavky standardu USB-PD, tedy USB Power Delivery, ve verzi 3.1 určují zvýšené parametry napájení, které lze dodat kabeláží s konektory USB C (de facto mezinárodním standardem pro zařízení vyžadující stejnosměrný proud). To souvisí s potřebou konstrukce výkonných, a přitom kompaktních síťových měničů. Aby bylo možné jejich konstrukci umožnit a zajistit vysokou životnost cílových produktů, firma Panasonic dodává řadu inovativních kondenzátorů, které se vyznačují malými rozměry, trvanlivostí a také širokou charakteristikou. Níže představujeme průřez této nabídky dostupný přímo ze skladů TME.

V tomto článku se zabýváme takovými tématy jako:

• Úvod do standardu USB-PD ve verzi 3.1
• Nabídka kondenzátorů Panasonic a její rozdělení
• Komponenty hliníkovo-polymerové
• Kondenzátory vyrobené v hybridní technologii
• Nízkoprofilové prvky pro montáž SMD
• Polymerové kondenzátory s rozšířenými parametry

Standard USB-PD 3.1

Po mnoho let se spotřebitelé a výrobci potýkali s problémem nedostatku mezinárodních standardů v oblasti napájení DC. Zatímco bateriové a akumulátorové zdroje energie byly normalizovány – používání síťových napáječů a nabíječek se ukázalo být problematické. Obvykle každé zařízení vyžadovalo samostatný měnič AC/DC, s parametry a formátem konektoru specifickými pro dané zařízení: nejen o správné velikosti a tvaru, ale také polaritě. Teprve na začátku 21. století, s rostoucí popularitou USB, se situace začala stabilizovat. Vznikl však jiný problém, a sice omezení elektrické charakteristiky obsažené ve starších normách USB. Naštěstí v posledních letech, úsilím mezinárodních organizací, výrobců a zákonodárců, byla vyvinuta a zavedena technologie Power Delivery, která umožňuje široké použití konektorů USB C pro aplikace, kde jsou vyžadována napětí a proudy daleko přesahující hodnoty běžné v malých elektronických zařízeních.

Konektory USB C byly přizpůsobeny pro dodávání výkonu přesahujícího parametry předchozích generací.

Plné rozvinutí zkratky USB-PD je Universal Serial Bus Power Delivery. Ačkoli tento standard pochází z rozhraní určeného pro přenos dat, v současnosti je tato funkce volitelná. Přesto se předpokládá implementace samostatné komunikační sběrnice mezi napáječem a přijímačem. Jejím cílem je vyjednávání napětí. Zpočátku nabíječka/měnič dodává standardních 5V, avšak tato hodnota může být zvýšena, pokud připojené zařízení pošle odpovídající zprávu. Díky tomu USB-PD umožňuje dodávat napětí 5V, 9V, 15V, 20V, 28V, 36V nebo 48V, tedy větší výkon s použitím kabelů podporujících proudy do 5A (dokonce 240W).

Tato funkce umožňuje, aby zařízení byla rychleji nabíjena, a pomocí standardního konektoru USB C lze napájet různé druhy zařízení, nejen smartphony, ale také laptopy, dokovací stanice a v budoucnu také drobné domácí spotřebiče (např. vysoušeče vlasů), elektrické nářadí, páječky atd. Tyto možnosti se otevřely s implementací standardu USB-PD 3.1, který spolu s formátem USB C a koncem roku 2024 se stal závaznou normou v zemích Evropské unie.

Zvýšené proudy a zvýšená napětí vyskytující se v obvodech napáječů kompatibilních s technologií Power Delivery vyžadují použití komponentů s širokými parametry. To platí především pro filtrační, ochranné a odrušovací kondenzátory. A zde přicházejí na pomoc řešení nabízená společností Panasonic: prvky, které díky inovativní konstrukci vykazují nejen vynikající charakteristiku a životnost, ale také kompaktní rozměry. Níže představujeme nejdůležitější skupiny těchto produktů. Všechny z nich výrobce doporučuje pro použití v obvodech USB-PD.

Kondenzátory Panasonic pro obvody USB-PD

Při diskusi o širokém sortimentu kondenzátorů Panasonic je třeba nejprve zdůraznit, že následující rozdělení vychází z technologie jejich výroby. V portfoliu dodavatele se tyto produkty dělí na řadu úzce specializovaných sérií s určenými vlastnostmi. Při hledání řešení pro konkrétní projekt bude nejlepší využít náš katalog, kde jsou všechny prvky podrobně parametrizovány, což umožňuje nalézt produkty přesně odpovídající požadavkům obvodu.

Rodina OS-CON

Rodina produktů OS-CON jsou kondenzátory hliníkovo-polymerové. Vyznačují se nízkou ekvivalentní sériovou rezistencí, tedy tzv. Low ESR, a také odolností vůči velkým zvlněným proudům. Jejich nespornou výhodou je také dlouhá životnost (dosahující 20000h) a vysoké tepelné parametry, např. možnost stabilní práce v teplotách od -55°C do 125°C. Tyto prvky jsou dostupné v pouzdrech určených pro montáž SMD a THT (povrchovou, průchozí). Z katalogu TME je lze zakoupit v kapacitách od 3,3µF do 2,7mF, na napětí do 100V DC, tedy s více než dvojnásobnou bezpečnostní rezervou vůči požadavkům USB-PD 3.1. Podrobné údaje o technologii, jejích výhodách a použití v napáječích (na příkladu LED driverů) jsou uvedeny v níže uvedeném videu.

Hybridní technologie

Hybridní kondenzátory s polymerovým elektrolytem jsou kombinací výhod polymerových a elektrolytických kondenzátorů, nabízející lepší technické parametry. Ve srovnání s OS-CON se vyznačují nízkým únikem proudu a také velmi vysokou odolností vůči vibracím. Tato poslední vlastnost znamená, že mnoho modelů splňuje požadavky normy AEC-Q200, což znamená, že komponenty mohou být použity v automobilových aplikacích. V kontextu USB-PD to má další význam, protože spotřebitelé stále častěji očekávají výkonné, rychlé nabíjení mobilních zařízení během cestování vozidlem, někdy v krátkých časových úsecích (např. během dojíždění do práce). Většina hybridních komponentů je vyrobena pro povrchovou montáž (SMD). Vyznačují se prodlouženou životností ve srovnání s klasickými „elektrolyty“ (až 10000h), ale podobně jako ony mohou obsluhovat proudy s vysokými intenzitami (9A v případě vybraných modelů). To umožňuje jejich použití v různých bodech obvodu měniče, ke stabilizaci napětí, potlačení rušení atd.

Kondenzátor v pouzdře SMD dodatečně chráněném proti otřesům.

Kompaktní kondenzátory POSCAP

Nízkoprofilový kondenzátor SMD o kapacitě 220µF a výšce pouhých 1,8mm.

Výše popsaná řešení nabízela vysoké parametry, ale také nebyla přizpůsobena pro použití v nejkompaktnějších obvodech – především těch, kde je klíčová výška komponentů. Pro takové aplikace Panasonic nabízí kondenzátory POSCAP vyrobené v technologii tantalovo-polymerové. Umožňuje dosáhnout nízkého ESR a používat prvky v obvodech vysokých frekvencí. Díky tomu se osvědčí mj. v impulsních měničích a jako kondenzátory odrušovací a zabezpečující integrované obvody sloužící ke komunikaci s přijímačem a kontrole práce nabíječky/napáječe. V tomto segmentu Panasonic dodává výhradně komponenty SMD, o kapacitách od 6,8µF do 1,5mF, obsluhující maximální napětí od 2V do 35V DC.

Kondenzátory SP-Cap ve formátu SMD

V kondenzátorech SP-Cap bylo použito hliník a pevný elektrolyt ve formě polymeru. Komponenty z této skupiny se vyznačují nejen kompaktními rozměry, ale také značnými kapacitami (až 820µF) a tolerancí vysokých proudů (do 10,2A). Byly vyrobeny na napětí od 2V do 6,3V DC, a tedy v aplikacích USB-PD budou užitečné především ve standardních napáječích 5V sloužících rychlému nabíjení mobilních zařízení. Část nabízených produktů navíc disponuje klasifikací low ESR a impedancí na úrovni 3mΩ.

Kondenzátor ze série SP-Cap

Text připravila společnost Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o., Článek byl publikován v originále na webu TME.eu: https://www.tme.eu/cz/news/about-product/page/63712/kondenzatory-panasonic-pro-zarizeni-usb-pd/