Cân điện tử được sử dụng rộng rãi trong các cửa hàng bán lẻ, trung tâm logistic, kho bãi, cơ sở chế biến thực phẩm, dây chuyền sản xuất công nghiệp. Các thiết bị này chuyển đổi lực cơ học thành tín hiệu điện và xử lý tín hiệu để tính trọng lượng.

Một cân điện tử thông thường có thể chứa các tế bào tải, mạch điều hòa tín hiệu, bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC), bộ vi điều khiển, màn hình và giao diện truyền thông.

Mặc dù các hệ thống này có thiết kế khác nhau nhưng chúng có chung một yêu cầu quan trọng: mạch điện tử ổn định là điều cần thiết để đảm bảo hiệu suất đo nhất quán.

Tụ gốm nhiều lớp (MLCC) thường được sử dụng trong các thiết bị này để tách, lọc và điều hòa tín hiệu nguồn điện.

Bài viết này giải thích các ứng dụng chính của MLCC trong cân điện tử và các yếu tố lựa chọn mà các kỹ sư và người mua nên cân nhắc.

1. MLCC trong xử lý tín hiệu cảm biến tải trọng

Cảm biến tải trọng là thành phần quan trọng trong nhiều loại cân điện tử. Nó chuyển đổi biến dạng cơ học do tải trọng tác dụng thành tín hiệu điện nhỏ.

Tín hiệu này thường có biên độ rất thấp và cần được khuếch đại trước khi chuyển đổi kỹ thuật số.

Mạch xử lý tín hiệu có thể bao gồm bộ khuếch đại thiết bị, mạng lọc và ADC.

MLCC có thể được sử dụng cho:

• Tách nguồn điện xung quanh IC khuếch đại.
• Lọc các đường dẫn tín hiệu đã chọn.
• Hỗ trợ đường ray nguồn ADC ổn định.
• Giảm nhiễu tần số cao ở các vị trí mạch thích hợp.

Đối với các mạch đo nhạy cảm, đặc tính của tụ điện cần được chú ý cẩn thận. Dung sai điện dung, độ ổn định nhiệt độ, độ hấp thụ điện môi và đặc tính rò rỉ đều có thể liên quan tùy thuộc vào mạch điện.

Tụ điện C0G/NP0 có thể phù hợp cho các ứng dụng có độ chính xác hoặc tổn thất thấp nhất định. Tụ điện X7R thường được sử dụng để tách nguồn cho mục đích chung.

Lựa chọn chính xác phải tuân theo khuyến nghị của nhà sản xuất bộ khuếch đại và ADC.

2. Hỗ trợ mạch ADC trong thiết bị cân

ADC chuyển đổi tín hiệu tế bào tải được khuếch đại thành dữ liệu số mà bộ vi điều khiển có thể xử lý.

Nhiều hệ thống cân sử dụng ADC có độ phân giải cao được thiết kế cho tín hiệu cảm biến mức thấp.

Các IC này có thể yêu cầu tụ điện trên chân cấp nguồn, đầu vào tham chiếu và các kết nối bên ngoài khác.

MLCC có thể được sử dụng ở những vị trí này khi được chỉ định bởi biểu dữ liệu ADC.

Các kỹ sư nên xem xét:

• Giá trị tụ điện được đề xuất.
• Dung sai điện dung.
• Loại điện môi.
• Đặc điểm thiên vị DC.
• Sự ổn định nhiệt độ.
• Bố trí PCB và nối đất.

Một tụ điện phù hợp với đường ray nguồn kỹ thuật số thông thường có thể không tự động phù hợp với mạch lọc tương tự hoặc tham chiếu chính xác.

Thiết kế tham chiếu ADC hoàn chỉnh cần được xem xét trước khi phê duyệt thay thế thành phần.

3. Lọc nguồn điện cho cân điện tử

Cân điện tử có thể hoạt động bằng pin, bộ chuyển đổi bên ngoài hoặc nguồn điện công nghiệp.

Bảng mạch của họ có thể bao gồm nhiều đường ray điện áp để đo lường tương tự, xử lý kỹ thuật số, hiển thị và mô-đun truyền thông.

MLCC thường được sử dụng xung quanh bộ điều chỉnh điện áp và mạch tích hợp để hỗ trợ tách nhiễu cục bộ và lọc nhiễu tần số cao.

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

• Lọc đầu vào cho bộ điều chỉnh điện áp.
• Tách đầu ra xung quanh IC nguồn.
• Lọc cục bộ cho vi điều khiển.
• Cung cấp khả năng tách rời cho trình điều khiển màn hình.
• Lọc cho các giao diện truyền thông.

MLCC X5R và X7R là những lựa chọn phổ biến cho nhiều ứng dụng nguồn điện đa năng, miễn là điện dung hiệu dụng và đặc tính vận hành của chúng đáp ứng được yêu cầu.

4. Quản lý tiếng ồn điện trong hệ thống cân công nghiệp

Thiết bị cân công nghiệp có thể hoạt động gần động cơ, băng tải, nguồn điện chuyển mạch và các thiết bị điện khác.

Các hệ thống này có thể gây nhiễu điện thông qua đường dây điện, cáp tín hiệu và đường nối đất.

Vì tín hiệu cảm biến tải trọng có thể nhỏ nên nhiễu không mong muốn có thể trở thành vấn đề quan trọng cần cân nhắc trong thiết kế.

MLCC có thể hỗ trợ lọc và tách rời trong các mạch điện tử, nhưng chúng chỉ là một phần của giải pháp.

Các kỹ sư cũng nên xem xét:

• Cáp cảm biến tải trọng được che chắn khi thích hợp.
• Nối đất và định tuyến cáp thích hợp.
• Bảo vệ đầu vào.
• Định tuyến tín hiệu vi sai.
• Bố trí PCB và tách các mạch nhiễu.
• Lọc được thiết kế cho băng thông đo cần thiết.

Khả năng tương thích điện từ tốt đòi hỏi phải xem xét toàn bộ hệ thống, bao gồm hệ thống dây điện, vỏ bọc, đầu nối và kiến ​​trúc nguồn điện.

5. MLCC trong mạch hiển thị và truyền thông

Cân điện tử hiện đại thường bao gồm màn hình LCD hoặc LED, bàn phím, bộ nhớ và giao diện truyền thông.

Các mẫu thương mại và công nghiệp cũng có thể hỗ trợ kết nối USB, RS-232, RS-485, Ethernet hoặc không dây.

Các mạch này chứa IC kỹ thuật số tạo ra dòng điện chuyển mạch trong quá trình hoạt động.

MLCC thường được đặt gần bộ vi điều khiển, chip nhớ, trình điều khiển hiển thị và IC giao diện để tách nguồn cục bộ.

Điện dung yêu cầu và kích thước gói phụ thuộc vào bảng dữ liệu IC, tần số hoạt động, đường ray nguồn và bố cục PCB.

Các kỹ sư nên tránh áp dụng một thông số kỹ thuật của tụ điện cho mỗi mạch chỉ vì các thành phần được sử dụng trên cùng một bảng mạch.

6. Lựa chọn MLCC cho cân điện tử

Việc lựa chọn MLCC phù hợp đòi hỏi phải xem xét các yêu cầu về điện của từng vị trí mạch điện.

điện dung

Chọn điện dung theo yêu cầu lọc, tách hoặc điều hòa tín hiệu. Đối với MLCC Loại II, hãy xác minh điện dung hiệu dụng dưới điện áp hoạt động DC thực tế.

Đánh giá điện áp

Chọn điện áp định mức có biên độ thiết kế phù hợp. Không đánh giá định mức điện áp mà không xem xét các điều kiện nhất thời của mạch.

Loại điện môi

• C0G/NP0: Thích hợp cho các mạch chính xác đã chọn yêu cầu điện dung ổn định và tổn thất điện môi thấp.
• X7R: Thường được sử dụng để tách và lọc nguồn cho mục đích chung.
• X5R: Có thể phù hợp với các mạch điện nhỏ gọn khi dải nhiệt độ và hiệu suất phân cực DC đáp ứng yêu cầu thiết kế.

Sức chịu đựng

Các mạch chính xác có thể yêu cầu dung sai điện dung chặt chẽ hơn. Các ứng dụng tách nguồn chung có thể cho phép dung sai rộng hơn.

Đặc điểm nhiệt độ

Kiểm tra nhiệt độ hoạt động dự kiến ​​và phạm vi nhiệt độ quy định của tụ điện. Sự thay đổi nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến điện dung và các đặc tính điện khác.

Kích thước gói hàng

Các gói phổ biến bao gồm 0402, 0603 và 0805. Kích thước phù hợp phụ thuộc vào điện dung, định mức điện áp, không gian PCB, điều kiện lắp ráp và độ tin cậy cơ học.