記得在兩年前,我到黑龍江省、黑河出差,朋友邀我去冰釣;一直生活在溫暖南方的我,從未體驗過在零下三十多度的環境中釣魚的感覺,激起無限好奇的躍躍欲試,就随朋友一汽去體驗一番,打開一個直徑約50公分的圓孔冰層剩下的就是等待時刻。等待是漫長的,可是突然間手機響了,找了一下才想起剛在挖冰孔時将手機放在邊上,拾起手機悲劇上演,熒幕竟然沒有顯示,智能手機在此情況下沒有耳機的輔助根本就無法接聽電話,此時才知道低溫之下已經将手機屏幕凍住了,在一陣試圖想要恢複功能的動作後聽到低電量的告警聲,可我出門時确定電池是充滿電的,頓時才驚覺原來低溫之下對電池和電容的影響有這麼大,但人總是健忘的,直到自己開發觸摸是電容開關遇到一直不穩定的情況下,自己在技術瓶頸上衣值無法突破找出原因;有一天看到自己以前的照片才想起這個問題,經過多次試驗才得以完美解決問題 。
一般我們在使用電容元器件時都會參考生産廠家所提供的技術手冊,受測上也有關于溫度變化對電容容值改變的曲線,在生産産品時會對我們産品的需求與應用場合選擇合适的電容來使用 。當初曾經購買一批電容生産LED燈驅動,一樣在黑河客戶使用中,發生冬天零下二十度燈不亮的情況;但是當故障品發回到公司後,一上電卻完全可以正常使用;客戶直覺是我們的産品問題,可是銷售收到維修品後也直接拍下視頻反饋訊息回去給客戶,并将維修品發回;但是當客戶收到維修品後測試又發生一樣不會亮的問題,這又讓我想起當初釣魚的故事,當下找到采購請原廠提供技術手冊,明顯發現該廠家電解電容适用溫度範圍為-10~85度,一下子找到問題的根源,并請客戶拿吹風機對着LED燈驅動吹熱風驗證,果然在吹不到十秒鐘燈就亮了;這部是神奇的魔術,這是鮮活的例子,将所有發到客戶的産品回收更換可以耐低溫的電容後,才解決客戶對産品的疑慮,挽回大家的合作關系。
電容有關的計算公式:
1、 一個電容器,如果帶1庫的電量時兩級間的電勢差是1伏,這個電容器的電容就是1法,即:C=Q/U
2、但電容的大小不是由Q(帶電量)或U(電壓)決定的,即:C=εS/4πkd 。其中,ε是一個常數,S為電容極闆的正對面積,d為電容極闆的距離, k則是靜電力常量。 而常見的平行闆電容器,電容為C=εS/d.(ε為極闆間介質的介電常數,S為極闆面積,d為極闆間的距離。)
3、 電容器的電勢能計算公式:E=CU^2/2=QU/2
4、 多電容器并聯計算公式:C=C1 C2 C3 … Cn 多電容器串聯計算公式:1/C=1/C1 1/C2 … 1/Cn
5、電容器對于頻率高的交流電的阻礙作用就減小,即容抗小,反之電容器對頻率低的交流電産生的容抗大;對于同一頻率的交流電電.電容器的容量越大,容抗就越小,容量越小,容抗就越大
6、 串聯分壓比:電容越大分的電壓越小 并聯分流比:電容越大通過電流越大
7、當t= RC時,電容電壓=0.63E; 當t= 2RC時,電容電壓=0.86E; 當t= 3RC時,電容電壓=0.95E; 當t= 4RC時,電容電壓=0.98E; 當t= 5RC時,電容電壓=0.99E;T單位S R單位歐姆 C單位F
8、 T時刻電壓:Vt=V0 (V1-V0)*[1-exp(-t/RC)]
9、充放電時間:T=RC*Ln[(V1-V0)/(v1-vt)]
從以上的物理計算電容的公式,推展出電容式顯示屏與電容觸摸開關的應用;人本身也是導電體,在上述的第二點中所說的平行闆電容器,把手指當做電容的極闆,當手紙接近到另一極闆(PCB電路闆)會改變極闆的電容量,這個改變在MCU的ADC轉換後得到的值與之前手指遠離的值兩個做比對,判斷出變化而執行相應的動作(開關打開或關閉)。
可在應用中我們是使用開放式的平闆電容方式去做電容式觸摸開關,所以當溫度與濕度的變化,對于電容容值的影響相當的大,而容值的改變也就是電容式觸摸開關判斷開或關的技術應用點,所以在此基礎上很多生産廠家的電容觸摸開關産品常會發生不知道原因自動開啟或關斷的情況發生,導緻客戶在安裝使用後的體驗非常不好,抱怨連連,最後負面評價影響整個市場推廣。
回到技術問題的探讨,在電容的物理特性上可以找到答案;溫度過低會造成電子移動的遲緩,也會影響電容容值的大小,在相同時間與相同電壓對電容充電溫度過低會産生容值較低的情況(這也說明為何在東北,冬天電動車的行車距離短的原因)所以這個時後會造成電容觸摸開關手觸摸沒有反應的原因之一;此時提高電容觸摸開關的溫度,觸摸開關就恢複正常使用。但是現實生活中不可能為了開燈而拿吹風機去加熱後才開燈,這與真正的使用環境是相悖的。所以如何适應環境溫度的改變,控制好溫度對觸摸電容開關容值的變化,是讓産品穩定的關鍵,維持工作溫度也是一種選擇。
水是導體,空氣中如果水氣多濕度高,電能會穿透空氣傳輸産生電弧。開放式平行闆電容如果處魚叫高濕度環境中也會自行放電,而所改變産生的情況就會導緻電容式觸摸開關發生莫名其妙的開或關;所以觸摸式電容開關,對于環境中濕度的變化控制也是至關重要,否則無法提供穩定的産品給客戶使用。
畢竟實驗室中的産品,是在一個理想的環境中所開發出來的産品;目的隻是要驗證功能性、邏輯性是否符合産品設計理念,距離上市銷售還要經過使用者環境與操作檢驗尚有非常大的差異。對于真正穩定的電容式觸摸開關,必須要将溫度、濕度對電容容值的影響完全考慮進去,并且維持穩定的環境參數,如此才能夠提供高品質穩定的電容觸摸開關面向全球消費者。
未來智能家居電容式觸摸開關是控制電燈最佳的執行器,兼具美觀 、安全的特性,技術的突破是市場成功的關鍵,唯有對環境因素變化提供穩定的容值才會是産品穩定的最佳解決方案。
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