| Конденсаторы электрические постоянной емкости: керамические, пленочные высокой мощности, танталовые, тантал-полимерные, кремниевые, электролитические, алюминиево-полимерные; конденсаторы электрические переменные или подстр | 8532 |
| Электролитические конденсаторы, | 8532220000 |
| Конденсаторы электрические постоянные переменные подстроечные: танталовые, алюминиевые электролитические, керамические одно- и многослойные, с бумажным и пластмассовым диэлектриком, | 8532 |
| Конденсаторы электрические номинальным напряжением от 50 до 1000 вольт: танталовые, алюминиевые электролитические, керамические одно- и многослойные, с бумажным и пластмассовым диэлектриком, | 8532 |
| Конденсатор электролитический, | 8532220000 |
| Конденсаторы постоянной емкости: конденсаторы алюминиевые электролитические, номинальное напряжение 220 Вольт | 8532220000 |
| КОНДЕНСАТОРЫ ПОСТОЯННОЙ ЕМКОСТИ АЛЮМИНИЕВЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ, ДЛЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПЛАТ | 8532220000 |
| Конденсаторы постоянной емкости алюминиевые электролитические, | 8532220000 |
| Конденсаторы электролитические алюминиевые, | 8532220000 |
| Электролитический конденсатор постоянной емкости | 8536900100 |
| Конденсаторы электролитические постоянной емкости для источников бесперебойного питания, | 8532220000 |
| Конденсаторы электрические постоянные переменные подстроечные: танталовые, алюминиевые электролитические, керамические одно- и многослойные, с бумажным и пластмассовым диэлектриком, напряжение от 50 до 1000 Вольт переменно | 8532240000 |
| Конденсаторы постоянной емкости алюминиевые электролитические | 8532220000 |
| Конденсатор алюминиевый электролитический | 8532220000 |
| Конденсатор электролитический алюминиевый | 8532220000 |
| Конденсаторы алюминиевые электролитические, | 8532220000 |
| КОНДЕНСАТОРЫ ПОСТОЯННОЙ ЕМКОСТИ АЛЮМИНИЕВЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ С РАБОЧИМ ПОСТОЯННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ ОТ 75В ДО 500В, | 8532220000 |
| Конденсаторы электрические низковольтные: электролитический конденсатор, | 8532250000 |
| Конденсаторы электрические на напряжение 50-1000 вольт: танталовые, алюминиевые электролитические, керамические одно- и многослойные, с бумажным и пластмассовым диэлектриком, помехо-подавляющие (проходные фильтры), | 8532240000 |
| Конденсаторы электрические номинальным напряжением от 50 до 1000 вольт: танталовые, алюминиевые электролитические, керамические одно- и многослойные, с бумажным и пластмассовым диэлектриком, помехо-подавляющие (проходные ф | 8532 |
Конденсатор электролитический высокотемпературный, модель B43508F2108M. | 8532220000 |
| Конденсаторы постоянной емкости: конденсаторы пленочные, электролитические, керамические, алюминиевые электролитические, номинальное напряжение 220 Вольт | 8532220000 |
| Конденсаторы постоянной емкости, алюминиевые электролитические | 8532220000 |
| Конденсаторы постоянной емкости электролитические низковольтные, | 8532220000 |
| Конденсаторы электролитические низковольтные | 8532220000 |
Конденсатор электролитический сухой – Энциклопедия по машиностроению XXL
Среди всех типов конденсаторов, используемых в настоящее время, электролитические конденсаторы обеспечивают максимальное отношение емкости к объему. Поэтому они находят применение в тех случаях, когда бумажные конденсаторы не удовлетворяют требованиям минимума пространства и веса. Однако в военной аппаратуре электролитические конденсаторы используют только в исключительных случаях и, как правило, в виде так называемых сухих конденсаторов.
Обычные электролитические-конденсаторы применяют в шунтирующих схемах в фильтрах [28 ]. Резуль-
[c.387]
Бумага для электролитических конденсаторов (ГОСТ 12785—67), предназначенная для прокладок в сухих электролитических конденсаторах. Марки КЭ-10 (цифра обозначает толщину бумаги в мк), КЭ-13, КЭ-27, КЭ-35, КЭ-55, КЭ-75 и КЭ-95. Поставляют в бобинах, размеры диаметров которых те же, что и для предыдущей бумаги, ширина устанавливается при заказе. [c.295]
Бумага для сухих электролитических конденсаторов. Бумагу для сухих электролитических конденсаторов изготовляют из облагороженной сульфатной целлюлозы с содержанием альфа-целлюлозы не менее 92%. Применяют для прокладок в электролитических конденсаторах. Бумага выпускается марки КЭ. Цифры, входящие в марку соответствуют толщине бумаги в мкм.
Технические данные бумаги для сухих электролитических конденсаторов приведены в табл.
4.27.
[c.197]
Характеристики бумаги для сухих электролитических конденсаторов [c.201]
Бумага для электролитических конденсаторов, изготовляемая по ГОСТ 12785-67 из сульфатной небеленой целлюлозы по ГОСТ 10924-64, используется не в качестве диэлектрика, а как носитель рабочего электролита, являющегося катодной обкладкой в электролитических конденсаторах сухого типа. Эта бумага должна иметь высокую степень чистоты. Ее золь- [c.354]
ООО Кл/м и удельная емкость (при напряжении 10 В) 200—300 Ф/м . По сравнению с жидкостными сухие электролитические конденсаторы отличаются простотой конструкции, пониженными значениями тока утечки и увеличенным сроком службы. Наиболее распространенными и дешевыми являются алюминиевые сухие электролитические конденсаторы, которые перекрывают по емкости диапазон от десятых долей до десятков тысяч микрофарад. Эти конденсаторы выпускаются на напряжения от нескольких до нескольких сотен вольт (обычно не более 500 В).
Рулонная конструкция характерна для бумажных (рис. 82), пленочных и электролитических конденсаторов сухого типа. В этом случае диэлектрик (бумага 1, пленка) или обкладку (алюминиевая фольга) с нанесенным на нее диэлектриком (окисью алюминия, тантала) в виде длинных и тонких лент свертывают в рулон. При этом для бумажных и пленочных конденсаторов одновременно свертывают
| Фиг. 22-19. Секция сухого электролитического конденсатора. |
Фиг, 22-20.
Зависимость емкости сухого электролитического конденсатора от температуры при 50 гц.
[c.117]Бумага для сухих электролитических конденсаторов [c.75]
Бумага для сухих электролитических конденсаторов (ГОСТ 12785-77). Бумагу изготовляют из облагороженной сульфатной цел люлозы с содержанием альфа-целлю юзы не менее 92 %, Применяют для прокладок в электролитических конденсаторах. Поставляют в бобинах семи марок (табл. 3.3). [c.47]
Бумагу для электролитических конденсаторов изготовляют по ГОСТ 12785-77 нз облагороженной сульфатной целлюлоза с содержанием а-целлюлозы не менее 92 % и используют как носитель рабочего электролита, являю-aiero H катодной обкладкой в электролитических конденсато ах сухого типа. Бумага должна иметь высокую степень чистоты. Ее зольность не должна превышать 0,25 %, удельная электрическая проводимость водной вытяжки при 25 °G не бОлее- 1,8-10 См/м (при модуле 1 50) суммарное содержание железа и меди (в, виде металла и солей) в сухой бумаге должно быть.
не более 0,008 %, в том числе меди не более 0,004% влажность — не более 8 %.
[c.229]
Оксидные пленки первого класса предназначены как для работы в контакте с жидким электролитом (находящимся в свободном состоянии или же пропитывающим пористый твердый материал) в обычных оксидных (электролитических) конденсаторах, а также в электролитических разрядниках и выпрямителях, так и в сухом состоянии — в контакте с твердым полупроводником (в оксиднополупроводниковых конденсаторах) или с металлическими слоями (в металло-оксидных конденсаторах). Оксидная пленка первого класса — практически сплошная (непористая), высокой плотности (порядка 3,2 г см ) и тонкая (ее толщина не более 1 мк). Она получается электрохимическим окислением алюминия в слабых, не растворяющих оксидную пленку, электролитах (например, в водных растворах борной кислоты и ее солей или солей янтарной, виннокаменной, лимонной кислот) этот процесс получения оксидной пленки часто называют формовкой.
273]
Бумагу изготовляют из 1007о-иой небеленой древесной целлюлозы. Применяют для прокладок в сухих электролитических конденсаторах. Поставляют в бобинах семи марок (табл. 3-1). [c.77]
Принципиальная схема диодно-конденсаторного намагничивающего устройства представлена на рис. 1. Основными элементами схемы являются конденсаторная батарея 7 и сухие выпрямительные элементы — диоды 4 и 6. В проведенных опытах батарея 1 состояла из набора параллельно соединенных электролитических конденсаторов на 300- 450 в, общей емкостью [c.329]
Ранее, кроме сухих электролитических конденсаторов, применялись также жи.хкост- [c.118]
Электролитический конденсатор – это… Что такое Электролитический конденсатор?
Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик
Слева – конденсаторы для поверхностного монтажа; справа – конденсаторы для объёмного монтажа; сверху – керамические; снизу – электролитические.
Различные конденсаторы для объёмного монтажа
Конденса́тор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.
История
В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку».
Свойства конденсатора
Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора.
В терминах метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом
,
где — мнимая единица, — частота[1] протекающего синусоидального тока, — ёмкость конденсатора. Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: . Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).
При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью , собственной индуктивностью и сопротивлением потерь .
Резонансная частота конденсатора равна
При конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах , на которых его сопротивление носит ёмкостный характер.
Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной.
Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:
где — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор.
Обозначение конденсаторов на схемах
В России условные графические обозначения конденсаторов на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.728-74[2] либо международному стандарту IEEE 315-1975:
| Обозначение по ГОСТ 2.728-74 | Описание |
|---|---|
| Конденсатор постоянной ёмкости | |
| Поляризованный конденсатор | |
| Подстроечный конденсатор переменной ёмкости |
На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 106 пФ) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах. При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, т.
е. постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения (пикоФарад). Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мк x 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10 – 180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, т.е. на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.
Характеристики конденсаторов
Основные параметры
Ёмкость
Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов.
Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад. Однако существуют конденсаторы с ёмкостью до десятков фарад.
Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью каждая, расположенных на расстоянии друг от друга, в системе СИ выражается формулой: , где — относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами (эта формула справедлива, лишь когда много меньше линейных размеров пластин).
Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.
или
Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.
При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна
или
Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.
Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.
Удельная ёмкость
Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.
Номинальное напряжение
Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.
Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается.
Полярность
Конденсаторы, разрушившиеся без взрыва из-за температуры и напряжения, не соответствующих рабочим.
Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.
Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают клапан или выполняют насечку на корпусе (часто можно заметить её в форме буквы X, K или Т на торце). При повышении внутреннего давления открывается клапан или корпус разрушается по насечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа, и давление спадает без взрыва и осколков.
Паразитные параметры
Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными сопротивлением и индуктивностью. С высокой степенью точности, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить следующим образом:
Электрическое сопротивление изоляции конденсатора —
rСопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением r = U / Iут , где U — напряжение, приложенное к конденсатору, Iут — ток утечки.
Эквивалентное последовательное сопротивление —
RЭквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор.
В большинстве случаев этим параметром можно пренебречь, но иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение может быть жизненно важным для надёжности устройства (см., напр., Capacitor plague(англ.)).
Эквивалентная последовательная индуктивность —
LЭквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. На низких частотах (до единиц килогерц) обычно не учитывается в силу своей незначительности.
Тангенс угла потерь
Тангенс угла потерь – отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости.
Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол , где — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь . Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности Pа к реактивной Pр при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная , называется добротностью конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов.
Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)
ТКЕ — относительное изменению емкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (Кельвина). Таким образом значение ёмкости от температуры представляется линейной формулой:
- ,
где ΔT – увеличение температуры в °C или °К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости. TKE применяется для характеристики конденсаторов со значительной линейной зависимостью ёмкости от температуры.
Однако ТКЕ определяется не для всех типов конденсаторов. Конденсаторы, имеющие нелинейную зависимость емкости от температуры, и конденсаторы с большими уходами емкости от воздействия температуры окружающей среды в обозначении имеют указание на относительное изменение емкости в рабочем диапазоне температур.
Диэлектрическое поглощение
Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение медленно повышается. Это явление получило название диэлектрическое поглощение или адсорбция электрического заряда. Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора. Подобный эффект можно наблюдать и на большинстве электролитических конденсаторов, но в них он является следствием химических реакций между электролитом и обкладками.
Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с органическими диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полиэтилентерефталат, поликарбонат.
Классификация конденсаторов
Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.
По виду диэлектрика различают:
- Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
- Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
- Конденсаторы с жидким диэлектриком.
- Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
- Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
- Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей огромной удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спеченного порошка.
Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:
- Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
- Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термоконденсаторы). Применяются, например, в радиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура.
- Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.
Применяются, например, в радиоприемниках для перестройки частоты резонансного контура.В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляюшие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.
Применение конденсаторов
Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.
- Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии.
- Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора.
- ИП влажности воздуха (изменение состава диэлектрика приводит к изменению емкости)
- ИП влажности древесины
- В схемах РЗиА конденсаторы используются для реализации логики работы некоторых защит. В частности, в схеме работы АПВ использование конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты.
Внешние ссылки
Смотри также
Ссылки
- ↑ Частота в радианах в секунду.
- ↑ ГОСТ 2.728-74 (2002)
|
В каждом современном бытовом приборе, как правило, есть электролитические конденсаторы. Электролитические конденсаторы выпускаются традиционно емкостью до 1 фарады и на допустимое рабочее напряжение до 400 вольт. Однако с развитием технологий эти значения все время увеличиваются. Обычно электролитические конденсаторы рассчитаны на работу в диапазоне температур от минус 40 до плюс 150 градусов Цельсия, а в качестве вспомогательных мер для охлаждения, может быть предусмотрена возможность крепления корпуса на внешний радиатор. Выводы электродов таких конденсаторов различаются в зависимости от типа корпуса и предполагаемого способа монтажа: под винт, проволочные, защелкиваемые и другие. |
Лучшее сочетание вакуумных и полупроводниковых характеристик – однотактный гибридный усилитель звука. Мы не создаём иллюзий, |
Это делается для придания поверхности шероховатости для улучшения контакта. Электроды разделены обычно слоем пропитанной электролитом пористой бумаги, которая выступает в качестве вспомогательного электрода для катода, а также предотвращает контакт между анодной и катодной пластинами фольги. Пластины с выводами, вместе с пропитанной электролитом бумагой скручиваются в плотный цилиндр, который запечатывается в цилиндрический алюминиевый корпус.
Оксидно-электролитические алюминиевые | ООО «Ростехкомплект» поставки радиоэлектронных компонентов.
Основные элементы алюминиевого электролитического конденсатора.
Алюминиевый электролитический конденсатор представляет собой анодную и катодную фольгу, разделенные электротехнической бумагой и пропитанные рабочим электролитом, который выступает в качестве катодной обкладки.
Анод – это алюминиевая фольговая пластина, площадь которой за счет электрохимического травления увеличена в 50-300 раз, по сравнению с гладкой, и на которой электрохимическим способом сформирован слой оксида алюминия Al2O3. Толщина слоя оксида прямо пропорциональна величине постоянного напряжения, которое подается на фольгу при формировании оксида. Al2O3 выступает в качестве диэлектрика в алюминиевых конденсаторах.
Катод – это алюминиевая фольговая пластина, ёмкость которой в 3-10 раз выше анодной.
Отличительные особенности алюминиевых оксидно-электролитических конденсаторов.
Изделия К50-15. Отличительной особенностью конденсаторов является широкий диапазон рабочих температур от -60 °С до +125 °С. Квалификационные испытания, проведенные в ОАО “Элеконд”, показали, что минимальная наработка при температуре +125 °С составила более 1 300 час. (по ТУ – 1 000 час), а при температуре +60°С – более 10 000 час.
Изделия К50-17. Конденсаторы предназначены для работы в импульсном режиме. Находят применение в лазерной технике, медтехнике, сварочном оборудовании. Частота следования импульсов не более 1/10 Гц. Минимальное количество импульсов – 100 000.
Изделия К50-27. Особенностью этих конденсаторов является наличие высоковольтных номиналов с напряжением 400 и 450 В, высокое значение минимальной наработки (более 10 000 час. при температуре +60 °С). С успехом применяются в преобразовательной технике, источниках вторичного питания, в продукции общего и специального назначения.
Изделия К50-37. Особенностью этих конденсаторов являются большие значения зарядов, которые они способны накапливать на своих обкладках. Находят применение при изготовлении медоборудования, кассовых аппаратов, в ж/д транспорте, спецтехнике, источниках электрического питания, лазерных системах, сварочных аппаратах.
Изделия К50-68. По своим характеристикам конструкция конденсаторов наиболее полно отвечает требованиям потребителей. Находят применение при создании спецтехники, аудио- и видеотехники, автомобилестроении и т.д.
Изделия К50-74. Конденсаторы с жёсткими самофиксирующимися выводами. Применяются в аудио- и видеотехнике, кассовых аппаратах.
Изделия К50-76. Уплотнённые, полярные конденсаторы постоянной ёмкости с аксиальными проволочными выводами. Отличительной особенностью конденсаторов является расширенный интервал рабочих температур от -60 °С до +105 °С; длительный срок службы при высоких электрических нагрузках.
Изделия К50-77 ЕВАЯ.673541.013 ТУ. Конденсаторы применяются в силовой преобразовательной технике, частотных преобразователях, выпрямителях и т.д. Разработка и производство электромобилей невозможно без использования такого типа конденсаторов. Имеют самую высокую величину электрической энергии среди отечественных алюминиевых электролитических конденсаторов. Работают в диапазоне температур от -40 °С до +85 °С.
Изделия К50-77 АЖЯР.673541.007 ТУ. Конденсаторы с улучшенными техническими характеристиками, что позволяет повысить надёжность вторичных источников питания и преобразовательной техники пр эксплуатации их во всём диапазоне рабочих температур.
Изделия К50-80. Низкоимпедансные конденсаторы с винтовыми выводами. Отличительной особенностью изделий является расширенный интервал рабочих температур от -60 °С до +100 °С. Предназначены для работы в устройствах силовой электроники различного назначения.
Изделия К50-81. Низкоимпедансные конденсаторы с радиальными проволочными выводами. Отличительной особенностью изделий является расширенный интервал рабочих температур от -60 °С до +100 °С. Предназначены для работы в устройствах силовой электроники различного назначения.
Изделия К50-83. Низкоимпедансные конденсаторы с радиальными проволочными выводами. Конструкция конденсаторов уплотнённая. Отличительной особенностью изделий является расширенный интервал рабочих температур от -60 °С до +100 °С.
Изделия К50-84. Низкоимпедансные конденсаторы с радиальными винтовыми выводами. Конструкция конденсаторов уплотнённая. Отличительной особенностью изделий является расширенный интервал рабочих температур от -60 °С до +100 °С.
Изделия К50-85. Уплотнённые, полярные конденсаторы постоянной ёмкости, с аксиальными проволочными выводами. Отличительной особенностью конденсаторов является расширенный интервал рабочих температур от -60 °С до +100 °С; длительный срок службы при высоких электрических нагрузках.
Изделия К50-86. Конденсаторы уплотнённой конструкции, полярные, постоянной ёмкости, с радиальными винтовыми выводами, в изолированном корпусе. Интервал рабочих температур от -40 °С до +85 °С.
Изделия К50-87. Конденсаторы с аксиальными проволочными выводами и продольной обжимкой корпуса. Отличаются повышенной наработкой, стойкостью к воздействию механический факторов. Интервал рабочих температур от -60 °С до +125 °С.
Изделия К50-88 и К50-89. Конденсаторы с радиальными проволочными выводами и продольной обжимкой корпуса. Отличаются повышенной наработкой, стойкостью к воздействию механический факторов. Интервал рабочих температур от -60 °С до +125 °С.
Изделия К50-90 и К50-91. Конденсаторы с радиальными винтовыми. Высоконадёжные. Наработка при Uном и T=85 °С составляет 1 000 часов; в облегчённом режиме до 100 000 часов.
Изделия К50-92. Конденсаторы с аксиальными проволочными выводами. Интервал рабочих температур от -60 °С до +100 °С. Шкала типономиналов: Uном= 6.3В…450В; Cном= 1мкФ…4 700мкФ. По всем техническим характеристикам конденсаторы могут применяться взамен конденсаторов К50-29, К50-20, К50-24, К50-27.
Изделия К50-93. Полярные конденсаторы постоянной емкости. Предназначены для внутреннего монтажа с требованиями стойкости к повышенной влажности воздуха 98% при температурах 25°С и 35 °С, для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока РЭА.
Изделия К50-94. Малогабаритные алюминиевые оксидно-электролитические конденсаторы с самофиксирующимися выводами. Интервал рабочих температур от минус 60°С до 125°С. Конденсаторы К50-94, в сопоставимых номиналах, обеспечивают импортозамещение зарубежных высоковольтных малогабаритных алюминиевых конденсаторов с самофиксирующимися выводами.
Изделия К50-95. Алюминиевые оксидно-электролитические чип-конденсаторы для поверхностного монтажа. Интервал рабочих температур от минус 60°С до 100°С. Конденсаторы К50-95, в сопоставимых номиналах, обеспечивают импортозамещение зарубежных алюминиевых конденсаторов вертикальной чип-конструкции для поверхностного монтажа.
Что влияет на срок службы электролитического конденсатора?
Марк Харрис| & nbsp Создано: 5 апреля 2021 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 7 апреля 2021 г.
Если вы поговорите с группой инженеров-конструкторов, вы можете быстро прийти к выводу, что электролитический конденсатор имеет особенно сомнительную репутацию.Этому мнению, безусловно, не помогла так называемая «емкостная чума», которая произошла в первые несколько лет нового тысячелетия. Неправильная смесь электролита, используемая в конденсаторах этих типов, приводила к преждевременным выходам из строя устройств, и довольно часто «небольшой беспорядок» вносился в печатные платы, на которых они были припаяны. Это стало большой новостью из-за громкого характера товаров, в которых использовались определенные марки «заразных» конденсаторов. См. Эту ссылку в Википедии, если вы хотите узнать больше.
Однако, несмотря на проблему конденсаторной чумы (о которой Википедия сообщила как о неудачной попытке промышленного шпионажа, приведшей к использованию неправильной формулы электролита), эта статья фокусируется на том, чтобы помочь дизайнеру понять, как получить еще много лет срок службы от электролитического конденсатора.Мы не будем слишком углубляться в сравнение значений срока службы электролитических конденсаторов для различных компонентов. Суть в том, что вы получаете то, за что платите, и нравится вам это или нет, но электролитические конденсаторы необходимы во многих конструкциях.
Что вызывает отказ электролитического конденсатора?
Первичный механизм, который вызывает деградацию и выход из строя электролитических конденсаторов, – медленное испарение электролита с течением времени, и, конечно, это ухудшается при более высоких температурах. Это приводит к более низкой емкости и более высокому эффективному последовательному сопротивлению (ESR).Это своего рода замкнутый круг, потому что с повышением ESR увеличивается любой эффект самонагрева из-за пульсаций тока. Это может затем привести к значительному локальному повышению температуры, которое может еще больше усугубить проблему. В прошлом это побудило некоторые компании внедрить правило планового обслуживания, при котором электролитические конденсаторы заменяются подходящими заменяемыми компонентами каждые несколько лет, особенно когда система используется в критических приложениях.
Технические характеристики конденсатора
Вы часто видите, что у электролитического конденсатора указан срок службы, например 5000 часов.Мы собираемся использовать таблицу TDK (ранее EPCOS) в качестве примера того, как интерпретировать эту информацию. Это техническое описание относится к конденсатору B41888, который я использовал в довольно важных продуктах с долгим ожидаемым сроком службы. Сводная таблица данных выглядит следующим образом:
Я выделил соответствующую область красным. Он говорит вам, что конденсатор диаметром 8 мм обеспечит 5000 часов полезного срока службы. Это всего лишь 208 дней жизни, что на первый взгляд очень мало. Однако это значение для рабочей температуры 105 ° C.Если бы рабочая температура была на 10 ° C ниже, при 95 ° C, срок службы увеличился бы вдвое. Он будет удваиваться на каждые 10 ° C при понижении ниже 105 ° C. Итак, если рабочая температура окружающей среды конденсатора в конкретной цепи поддерживалась ниже 55 ° C, вы можете использовать следующую формулу для расчета фактического срока службы:
Фактический срок службы = [Срок службы при 105 ° C] ∙ 2x
Где «x» равно (105 ° C – T ACTUAL ), деленное на 10. При температуре 55 ° C «x» = 5, и, следовательно, полезный срок службы увеличивается с 5000 часов при 105 ° C до 32 x 5000. часов при 55 ° C.Этому уже 18 лет, и это намного практичнее.
Что означает «полезный срок службы»?
Что касается вышеприведенной таблицы данных, выделенный справа столбец информирует вас о том, что емкость может снизиться от исходного значения до значения, которое может быть на 40% ниже в течение полезного срока службы компонента. Итак, если вы выберете для своей конструкции конденсатор емкостью 1000 мкФ, можно ожидать, что его наименьшее начальное значение будет 800 мкФ, исходя из допуска устройства 20%, указанного в техническом описании.Следовательно, по окончании «срока полезного использования» в худшем случае он может упасть до 60% от начального значения 800 мкФ, что составляет всего 480 мкФ. Только вы, как дизайнер, можете сказать, обеспечит ли это адекватные эксплуатационные характеристики вашего продукта в конце срока службы. Крайне важно, чтобы вы, как дизайнер, приняли во внимание этот фактор ухудшения.
Коэффициент рассеяния
Для устройства B41888 в таблице данных указано, что «загар» может увеличиваться в три раза в течение срока службы.Tan – это коэффициент рассеяния или отношение ESR к емкостному реактивному сопротивлению, и его не следует путать с тангенсом угла потерь. Для справки, это также величина, обратная добротности. Для устройства B41888 с номинальным напряжением 35 В значение tan составляет 0,12 при 120 Гц. Конденсатор емкостью 1000 мкФ имеет реактивное сопротивление 1,326 Ом при 120 Гц, что означает, что ESR составляет 0,159 Ом.
Это значение для конденсатора ровно 1000 мкФ, но мы видели, что оно может достигать 0,199 Ом для конденсатора, находящегося на нижнем конце начального диапазона допуска (т.е., 800 мкФ). Мы увидели, что в конце срока службы его емкость может составлять всего 480 мкФ, из чего следует, что ESR может возрасти до 0,332 Ом. Наконец, поскольку загар может ухудшиться в три раза в течение срока службы, СОЭ может потенциально увеличиться до 0,995 Ом.
Вы начали свою разработку с конденсатора номинальной емкостью 1000 мкФ (с ESR 0,159 Ом), а теперь можете получить конденсатор на 480 мкФ с ESR около 1 Ом. Сможет ли ваш дизайн с этим справиться? Как это повлияет на производительность? Подсказка – инструменты моделирования – ваш союзник в этой ситуации; используйте их, чтобы увидеть эффекты.
Другие факторы, влияющие на срок службы электролитического конденсатора
Пульсации токаСрок службы B41888 предполагает, что он работает при полном токе пульсаций. Однако вы также найдете этот полезный график в техническом описании, который применим для конденсатора диаметром 8 мм:
Если вы выбрали работу при 50% номинального тока пульсаций (0,5 по оси Y), это эквивалентно работе при местной температуре окружающей среды, которая на 3 ° C ниже. Это потенциальное увеличение продолжительности жизни на 23%, и иногда каждая мелочь имеет значение.Если вам нужно было расширить диапазон пульсаций тока, вы также можете получить необходимую информацию из этого графика. Например, если вы запустите компонент на 50% по сравнению с номинальным пульсирующим током при 65 ° C, вы все равно достигнете 100000 часов полезного срока службы, как при работе с половиной номинального пульсирующего тока при 71 ° C. Важно отметить, что затемненная часть графика – это запретная зона, если вы не хотите повредить компонент.
Рабочее напряжениеВы можете значительно увеличить срок службы, если рабочее напряжение ниже максимального номинального напряжения.По самым скромным подсчетам, срок службы увеличивается вдвое, когда компонент работает при 50% номинального напряжения. Конечно, оно становится пропорционально меньше по мере приближения рабочего напряжения к максимальному номинальному напряжению. Я видел менее консервативные оценки, но из-за отсутствия каких-либо данных в информации производителя, свидетельствующих об обратном, я бы посоветовал вам придерживаться этой линейной зависимости и не ожидать какого-либо дальнейшего улучшения продолжительности жизни после ее удвоения.
Прочитать техническое описаниеВ даташите много удобной информации.Например, для конденсатора B41888, на котором мы сосредоточились здесь, выдержка из таблицы данных указывает, что, хотя срок службы устройства диаметром 8 мм составляет 5000 часов, устройство диаметром 12,5 мм (или больше) удвоило этот срок за 10000 часов. Если ваше целевое значение емкости позволяет выбирать диаметр и у вас есть место на плате, было бы полезно выбрать большую часть, чтобы продлить срок службы. Например, если вы выберете компонент на 100 мкФ, 35-вольтовый компонент, который вы намеревались использовать при 30-вольтовом напряжении, вы получите значительный срок службы, выбрав вместо него компонент с номинальным напряжением 63 В.
Деталь на 35 В имеет диаметр 8 мм, а часть на 63 В – 10 мм. Тем не менее, 10-миллиметровая деталь имеет срок службы 7000 часов, и этот срок можно удвоить до 14000 часов, просто запустив ее при 48% номинального напряжения. Деталь диаметром 8 мм имеет срок службы 5000 часов, который увеличился бы только до 5833 часов при работе от 30 вольт. Таким образом, относительно небольшое увеличение диаметра на 2 мм значительно увеличивает срок службы.
Еще одно соображение – это взаимосвязь между частотой пульсаций и номинальным током пульсаций.Например, если ваша конструкция требует 35-вольтового компонента емкостью 1000 мкФ, в техническом описании будет указано, что номинальный ток пульсаций при 105 ° C составляет 2,459 А, но это при заданной частоте 100 кГц. Итак, если приложение работает с более низкой частотой, вы должны использовать график ниже, чтобы определить эффект:
На низких частотах, таких как 120 Гц, номинальный ток пульсаций составляет всего 65% от значения при 100 кГц. Это означает, что для правильной оценки срока службы в приложении с частотой 120 Гц вы ограничены более ограниченным номинальным током пульсаций, равным всего 1.598 ампер.
Частота отказов
Не путайте постепенное ухудшение характеристик электролитического конденсатора в течение его ожидаемого срока службы с частотой отказов или наработкой на отказ. Внезапный и неожиданный отказ любого электронного компонента отличается от того, как компонент может «стареть». Конечно, если спроектированная вами схема перестает работать из-за старения электролитического конденсатора, с точки зрения пользователя, это наверняка неисправность устройства. Однако неудача разработчика состоит в том, чтобы не осознавать, как производительность компонента со временем естественным образом ухудшается.Другими словами, это сбой конструкции, а не отказ компонента.
У электролитического конденсатора MTBF измеряется в миллионах часов. Хотя это может ухудшаться как из-за количества энергии, которое он хранит, так и из-за его рабочей температуры окружающей среды, он все еще находится на грани того, чтобы приблизиться к гораздо более низкому сроку службы компонента.
Зачем вообще использовать электролитические конденсаторы?
Если у электролитов такие проблемы, почему они так широко используются? Есть несколько причин, но главная из них – это возможность получить высокое номинальное напряжение с большой емкостью, которая обычно требуется в конструкциях источников питания.Из-за химического состава электролитов нет другого типа компонентов, который дает такое же сочетание высокой емкости и высокого напряжения. С другими компонентами деталь либо становится физически огромной, либо нужно размещать огромное количество деталей параллельно.
В одном из прошлых проектов мне потребовалось использовать 20 параллельно включенных электролитических конденсаторов (3300 мкФ, 35 В) для создания значительного накопителя энергии в недавней конструкции. Я упоминаю об этом, потому что это поможет вам понять разницу между сроком службы и наработкой на отказ.Схема получала низкий зарядный ток мА, но подвергалась спорадическим импульсам тока нагрузки, которые измерялись в амперах.
Что касается всего срока службы устройства хранения, я полностью ожидаю, что параллельные компоненты со временем выйдут из строя одинаково. Другими словами, ожидается, что срок службы всех 20 компонентов будет таким же, как срок службы одного устройства. Однако для MTBF значение отдельного устройства необходимо разделить на 20, потому что компоненты подключены параллельно, и любой из 20 может выйти из строя при коротком замыкании, что приведет к отказу устройства.
Где найти надежные детали
Проблема с чумой конденсаторов, о которой мы упоминали в начале этой статьи, рассматривается как «правильный отказ» (т.е. связанный с интенсивностью отказов) и не то же самое, что изнашивание компонента в течение срока его службы. Является ли капающий кран неисправностью в вашей ванной комнате? Ответ очевиден: «нет», обычно это связано с естественным износом, которого и следовало ожидать.
Если вам нужно найти сверхнадежные детали с длительным сроком службы электролитического конденсатора, используйте панель поиска деталей производителя в Altium Designer®.Вы также можете использовать платформу Altium 365 ™ для поиска деталей в производстве, управления данными проекта и передачи файлов вашему производителю. Мы лишь коснулись поверхности того, что можно делать с Altium Designer на Altium 365. Вы можете проверить страницу продукта, чтобы получить более подробное описание функций или один из вебинаров по запросу.
Электролитический конденсатор – обзор
Электролитический конденсатор
Электролитический конденсатор является предметом отдельного рассмотрения, и его нужно рассматривать отдельно от всех остальных конденсаторов.Принцип состоит в том, что некоторые металлы, в частности алюминий и тантал, могут иметь очень тонкие пленки соответствующих оксидов, образующихся на поверхности, когда напряжение прикладывается с правильной полярностью (положительный металл) между металлом и слегка кислой жидкостью. Эти очень тонкие пленки затем изолируют металл от проводящей жидкости, электролита, образуя конденсатор; электролитический конденсатор. Название происходит от сходства с электролитической (металлической) ячейкой.
- •
Этот же эффект вызывает проблему поляризации узлов, см. Главу 7.
В электролитических конденсаторах наиболее распространенного типа используется алюминиевая фольга, которая может быть протравлена, иметь ямочки или гофр для увеличения полезной площади, заключенная в алюминиевую банку, заполненную слабокислым раствором пербората аммония в желеобразной форме. . Конденсатор формируется путем подачи на конденсатор медленно нарастающего напряжения с положительным полюсом фольги и отрицательным полюсом корпуса до тех пор, пока напряжение не достигнет своего номинального уровня, а постоянный ток не упадет до минимума, что указывает на то, что изоляция настолько хороша, насколько это возможно. быть.С этого момента, когда конденсатор используется, к нему должно подаваться постоянное (поляризационное) напряжение той же полярности, чтобы поддерживать изолирующую пленку. Если конденсатор используется с обратным напряжением, пленка растворяется, удаляя любую изоляцию и позволяя большим токам проходить через жидкость, которая испаряется, разрушая банку. Электролит обычно находится в желеобразной форме, но разрушение, которое может быть вызвано взрывом электролита (не говоря уже о шумах), гарантирует, что ни один из тех, кто достиг этого, не захочет повторить попытку.
Использование тантала в качестве металла электролита позволяет получить совершенно иную конструкцию, в которой оксидная пленка более устойчива и способна выдерживать перепады напряжения. Танталовые конденсаторы ( tantalytics ) могут использоваться без постоянного поляризующего напряжения, могут работать с практически сухим электролитом и, как правило, имеют лучшие характеристики, чем традиционный алюминиевый электролитический тип. Опыт использования тантала привел к разработке «сухих» электролитов для алюминиевого типа электролитов.
- •
Танталитические конденсаторы не следует использовать в приложениях звуковой связи, в которых напряжение смещения мало или отсутствует.
Из-за очень хрупкой природы изолирующей пленки, толщина которой может составлять всего несколько атомов, электролитические конденсаторы всегда склонны к большой утечке, поэтому указывается ток утечки при номинальном напряжении, а не коэффициент мощности. или коэффициенты рассеяния. Утечка часто связана со значением емкости и рабочим напряжением и формулой:
I утечка = 4 + (0.006 × C × V )
часто используется, с I в μα, C в F и V в вольтах. Например, использование этой формулы для конденсатора 200 мкФ при 12 В дает ток утечки 4 + (0,006 × 200 × 12) = 18,4 мкА. Некоторые производители будут использовать эту формулу для определения значений утечки. Ни один производитель не гарантирует, что электролит имеет низкую величину утечки, но измеренные значения часто бывают на удивление хорошими, если электролит эксплуатируется в разумных условиях.Боб Пиз приводит примеры электролитов 500 мкФ с утечкой 2 нА при рабочем напряжении 10 В.
Рисунок 4.6. Типичные размеры электролитического алюминия (Фото: Nichicon Corp.).
Многие производители также указывают ожидаемый срок службы электролитиков более 100 000 часов при 40 ° C и номинальном напряжении, поскольку все еще существуют некоторые предубеждения против их использования для чего-либо, кроме бытовой электроники. Военные приложения обычно запрещают использование электролитов, но теперь они широко применяются в промышленном оборудовании.Часто указываются диапазоны температур от –40 ° C до + 85 ° C, но при более высоких температурах требуется значительное снижение характеристик, а при более низких температурах существует риск замерзания гелеобразного электролита. Это до некоторой степени уравновешивается увеличением потерь при замерзании электролита, что приводит к более высокому рассеиванию и последующему оттаиванию. Однако это не тот эффект, на который вам следует полагаться. Некоторые типы могут иметь вентиляционные отверстия для сброса давления газа внутри электролита.
Электролитические компоненты используются преимущественно в качестве резервуаров и сглаживающих конденсаторов для источников питания с частотой сети, поэтому их наиболее важные параметры, помимо емкости и номинального напряжения, касаются величины пульсирующего тока, который они могут пропускать. Для каждого конденсатора производитель указывает максимальный пульсирующий ток (обычно при 100 или 120 Гц), а также два параметра, которые касаются способности конденсатора пропускать ток, ESR и импеданса. ESR – это эффективное последовательное сопротивление в миллиомах, обычно 50 мОм, для низкочастотных токов, и это значение может устанавливать ограничение на ток пульсаций, который может пройти; также об эффективности конденсатора для сглаживания.Другой параметр – это эффективный импеданс в мОм, измеренный при 10 кГц и 20 ° C, который используется для измерения того, насколько эффективно конденсатор будет пропускать токи на более высоких частотах. Если в цепи развязки используется электролитический конденсатор, который может работать с большим диапазоном частот, следует использовать конденсаторы других типов для работы с частотами выше 10 кГц, например, конденсаторы из полиэстера для диапазона до 10 МГц и слюдяные или слюдяные конденсаторы. керамический для более высоких частот. Полезное практическое правило – иметь один электролит для пяти керамических или дисковых материалов.
В электролизерах общего назначения используется алюминий, часто с отдельным алюминиевым корпусом с номинальным значением изоляции 1000 В. Физическая форма представляет собой цилиндр с биркой, стержнем или винтовым соединением на одном конце. Диапазон емкости обычно очень велик для блоков с более низким напряжением, до 15 000 мкФ при работе 16 В, но при более высоких номинальных напряжениях 400 В значения от 1 мкФ до 220 мкФ более обычны. Многие конструкторы избегают использования электролита при рабочем напряжении более 350 В. Допуск значения большой (от -10% до + 50%), а допустимые токи пульсации колеблются от 1 А до 7 А в зависимости от размера конденсатора.
- •
Исчерпывающий набор руководящих указаний по применению алюминиевых электролитов см. На веб-сайте:
http://www.nichicon-us.com/tech-info.html
Еще одно полезное правило Практический опыт заключается в том, что вам нужно 1000 мкФ сглаживания на каждый ампер выходного постоянного тока, но это не обязательно удовлетворительно. Предположим, например, что конденсатор емкостью 5000 мкФ используется с питанием 6 В при полном номинальном токе пульсаций 5 А и имеет ESR 50 мОм.Пилообразная пульсация будет составлять 6 В от пика к пику, а еще 5 × 0,05 В = 0,25 В из-за ESR почти незначительна. Рассеивание в конденсаторе также будет слишком большим, и в такой схеме лучше использовать несколько конденсаторов параллельно.
Электролитические элементы меньшего размера предназначены для непосредственного монтажа на печатных платах для развязки или дополнительного сглаживания, и они имеют цилиндрическую форму и имеют концевые заделки для проводов, либо осевые (провод на каждом конце), либо радиальные (оба провода на одном конце).Диапазон напряжения может составлять от 10 В до 450 В, с диапазоном рабочих температур от –40 ° C до + 85 ° C (рекомендуется снижение номинальных значений при более высоких температурах) и с коэффициентом мощности, который может быть от 0,08 до самого высокого. как 0,2. Самый большой диапазон значений, обычно от 0,1 мкФ до 4700 мкФ, доступен для меньших рабочих напряжений. Субминиатюрные версии имеют рабочее напряжение в диапазоне от 6,3 В до 63 В и ток утечки, который составляет минимум 3 мкА, а для более крупных емкостных устройств утечка определяется по формуле: 0.01 C × V . Например, конденсатор 47 мкФ 40 В может иметь утечку: 0,01 × 47 × 40 = 18,8 мкА, но измеренные значения обычно намного меньше, всего лишь 10 нА или даже меньше для современных конденсаторов.
Специализированный тип жидкого электролита предназначен для резервного копирования памяти в цифровых схемах. Микросхемы памяти CMOS могут сохранять данные, если на одном из выводов микросхемы поддерживается напряжение ниже нормального напряжения питания. Потребляемый ток на этом выводе очень низкий, и поэтому он может подаваться через конденсатор в течение значительных периодов времени.Этот метод используется не для вычислителей, в которых используется батарея, а для таких устройств, как контроллеры центрального отопления, которые должны сохранять свои настройки, если электроснабжение отсутствует на сравнительно короткий период времени. Типичные значения для этих электролитов – 1F0 и 3F3. Время разряда составляет от 1 до 5 часов при 1 мА и от 300 до 500 часов при более типичном потребляемом токе 5 мкА, но следует учитывать высокий ток утечки.
Типы твердого электролита теперь доступны в алюминиевом диапазоне электролитов.В отличие от алюминиевых электролитов традиционного типа, они не требуют вентиляции и не подвержены испарению электролита. Кроме того, в отличие от традиционных электролитических, они могут работать в течение периодов без поляризующего напряжения и могут принимать обратное напряжение, хотя оно составляет всего около 30% от номинального прямого напряжения при 85 ° C, что значительно меньше при более высоких температурах. Типичные размеры от 2,2 мкФ до 100 мкФ с номинальным напряжением от 10 В до 35 В при 85 ° C. Диапазон температур составляет от –55 ° C до + 125 ° C, и даже при максимальной рабочей температуре 125 ° C ожидаемый срок службы превышает 20 000 часов.Токи утечки довольно высоки, в диапазоне от 9 мкА до 250 мкА, а номинальные значения тока пульсации находятся в диапазоне от 20 мА до 300 мА. Одна важная особенность заключается в том, что спецификации не накладывают ограничений на величину тока заряда или разряда, протекающего в цепи постоянного тока, при условии, что рабочее напряжение не превышается.
ТАНТАЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТИКИ
Танталовые электролиты неизменно используют твердые электролиты наряду с металлическим танталом и имеют гораздо меньшую утечку, чем алюминиевые.Это делает их в высшей степени подходящими для таких целей, как соединение сигналов, фильтры, схемы синхронизации и развязка. Обычно эти электролиты представляют собой миниатюрные шарики с эпоксидным покрытием или трубчатые осевые частицы. Диапазон напряжения от 6,3 В до 35 В со значениями от 0,1 мкФ до 100 мкФ. Диапазон температур от –55 ° C до + 85 ° C. Танталовые электролиты могут использоваться без какого-либо смещения постоянного тока, а также могут принимать небольшое обратное напряжение, обычно менее 1,0 В. Ожидается минимальный ток утечки 1 мкА, а для более высоких значений емкости и рабочего напряжения ток утечки определяется из емкости, умноженной на коэффициент напряжения, при минимальном гарантированном значении 1 пА.Можно ожидать коэффициентов мощности в диапазоне от 0,02 до 0,2. Следует проявлять осторожность, чтобы не превышать номинальное импульсное напряжение, обычно в 1,3 раза больше номинального номинального напряжения постоянного тока.
Алюминиевый электролитический конденсатор – обзор
4.2.3 Конденсаторы
Очень распространенным и важным компонентом электрических приводов является конденсатор промежуточного контура, используемый для фильтрации пульсаций напряжения, подаваемого на инвертор. Инвертор подает переменный ток на нагрузку с частотами, которые зависят от частоты переключения, и, следовательно, ток, который он потребляет от источника, не является чистым постоянным током.Это вызывает изменение напряжения в звене постоянного тока, и конденсатор используется для его сглаживания. Обычно для цепей постоянного тока доступны три типа конденсаторов: алюминиевые электролитические конденсаторы (Al-Caps), конденсаторы с металлизированной полипропиленовой пленкой (MPPF-Caps) и многослойные керамические конденсаторы с высокой емкостью (MLC-Caps).
Al-Caps могут обеспечить наивысшую удельную энергию и самую низкую стоимость на джоуль, но имеют недостатки, заключающиеся в относительно высоком эквивалентном последовательном сопротивлении (ESR), низком номинальном токе пульсаций и проблеме износа из-за испарения электролита.MLC-Caps имеют меньший размер, более широкий частотный диапазон и более высокие рабочие температуры до 200oC. Однако они страдают более высокой стоимостью и механической чувствительностью. MPPF-Caps обеспечивают сбалансированную производительность для высоковольтных приложений (например, выше 500 В) с точки зрения стоимости и ESR, емкости, тока пульсаций и надежности. Тем не менее, они имеют большой объем и умеренную верхнюю рабочую температуру.
Приложения для промежуточного контура могут иметь высокий или низкий пульсирующий ток. Пульсирующий ток трех типов конденсаторов приблизительно пропорционален их значениям емкости.C1 определяется как минимально необходимое значение емкости для соответствия спецификации пульсаций напряжения. Для приложений с низким пульсирующим током конденсаторы с общей емкостью не менее C1 должны быть выбраны как решением Al-Caps, так и решением MPPF-Caps. Для приложений с высоким пульсирующим током Al-Caps с емкостью C1 не могут выдерживать высокое напряжение пульсирующего тока из-за низкого значения емкости (А / мкФ). Следовательно, требуемая емкость увеличивается с помощью решения Al-Caps, тогда как один по решению MPPF-Caps – это C1.Что касается тока пульсаций (т.е. $ / A), стоимость MPPF-Caps составляет примерно одну треть от стоимости Al-Caps. Это подразумевает возможность достижения более дешевой конструкции звена постоянного тока с более высокой плотностью мощности с конденсаторами MPPF в приложениях с высоким пульсирующим током, как в случае с электромобилями.
Испарение электролита является основным механизмом износа алюминиевых колпачков небольшого размера из-за их относительно высокого ESR и ограниченной поверхности рассеивания тепла. Для крупногабаритных алюминиевых колпачков срок службы до износа в первую очередь определяется увеличением тока утечки.Важной характеристикой надежности колпачков MPPF-Caps является их способность к самовосстановлению. Первоначальные пробои диэлектрика (например, из-за перенапряжения) в локальных слабых точках MPPF-Cap будут устранены, и конденсатор восстановит свою полную способность, за исключением незначительного уменьшения емкости. По мере увеличения количества этих изолированных слабых мест емкость конденсатора постепенно уменьшается до истечения срока службы.
Металлизированные слои в крышках MPPF имеют толщину менее 100 нм и подвержены коррозии из-за поглощения влаги.На внешних слоях происходит сильная коррозия, что приводит к отслоению металлической пленки и уменьшению емкости. В отличие от диэлектрических материалов Al-Caps и MPPF-Caps, диэлектрические материалы MLC-Caps, как ожидается, прослужат тысячи лет в условиях уровня использования без значительной деградации. MLC-Cap может разрушаться намного быстрее из-за «усиливающего» эффекта большого количества диэлектрических слоев. Современные колпачки MLC могут изнашиваться быстрее за счет увеличения количества слоев.Отказ MLC-Caps может вызвать серьезные последствия для преобразователей мощности из-за режима отказа при коротком замыкании.
Основными причинами отказа MLC-Caps являются ухудшение изоляции и растрескивание при изгибе. Деградация изоляции приводит к увеличению токов утечки. В условиях высокого напряжения и высоких температур. либо с резким скачком тока, приводящим к немедленному пробою, либо с более постепенным увеличением тока утечки [12].
Виды отказов, механизмы отказов и факторы критического стресса.
Конденсаторы промежуточного контура могут выйти из строя из-за внутренних и внешних факторов, таких как дефект конструкции, износ материала, рабочая температура, напряжение, ток, влажность, механическое напряжение и т. Д. Как правило, отказ можно разделить на катастрофический отказ из-за однократного перенапряжения и отказ из-за износа из-за долговременной деградации конденсаторов. Основываясь на результатах этих исследований предшествующего уровня техники, в таблице 4.1 приводится систематическая сводка видов отказов, механизмов отказа и соответствующих критических факторов стресса для трех типов конденсаторов.
ТАБЛИЦА 4.1. Обзор режимов отказа, механизмов критического отказа и механизмов критического отказа конденсаторов (Ван и Блаабьерг [12]).
| Колпачок. тип | Виды отказа | Механизмы критического отказа | Критические факторы стресса | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Al-Caps | Обрыв цепи | Самовосстанавливающийся пробой диэлектрика | VC16 9013 Disconnection | |||
| Вибрация | ||||||
| Короткое замыкание | Диэлектрический пробой оксидного слоя | VC, Ta, iC | ||||
| Износ: дрейф электрических параметров (C, ESR, tanδ, ILC, Rp) | Испарение электролита | Ta, iC | ||||
| Электрохимическая реакция (например,грамм. разрушение оксидного слоя, падение емкости анодной фольги) | VC | |||||
| MPPF-Caps | Обрыв цепи (типовой) | Самовосстанавливающийся пробой диэлектрика | VC, Ta, dVC / dt | 00 | Нестабильность соединения из-за теплового сжатия диэлектрической пленки | Ta, iC |
| Уменьшение площади электрода из-за окисления испаренного металла из-за поглощения влаги | Влажность | |||||
| Короткое замыкание (с сопротивлением) | Пробой диэлектрической пленки | VC, dVC / dt | ||||
| Самовосстановление из-за перегрузки по току | Ta, iC | |||||
| Поглощение влаги пленкой | Влажность | 9020: электрическая дрейф параметра (C, ESR, tanδ, ILC, Rp)Диэлектрические потери | VC, Ta, iC, влажность | 9020 9|||
| MLC-Caps | Короткое замыкание (типичное) | Пробой диэлектрика | VC, Ta, iC | |||
| Растрескивание; повреждение корпуса конденсатора | Вибрация | |||||
| Износ: дрейф электрических параметров (C, ESR, tanδ, ILC, Rp) | Миграция вакансий оксида; диэлектрический прокол; деградация изоляции; микротрещина внутри керамики | VC, Ta, iC, вибрация |
Напряжение напряжения VC-конденсатора, напряжение пульсации тока iC-конденсатора, ток утечки iLC, Ta-температура окружающей среды.
Конденсаторы, Часть 7 «Электролитические конденсаторы [2]» ｜ Электроника ABC ｜ Журнал TDK Techno
Характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов
Алюминиевые электролитические конденсаторы мокрого типа широко используются, поскольку они обладают высокой емкостью и недороги. Однако по сравнению с конденсаторами других типов они обладают следующими характеристиками, которые необходимо тщательно учитывать при разработке приложений.
● Ограниченный срок службы
Высыхание (испарение) электролита вызывает падение емкости, также известное как потеря емкости. Срок службы обычно составляет около 10 лет. Утечки электролита также могут вызвать нарушение изоляции цепи и другие проблемы.
Закон Аррениуса (удвоение на каждые 10 ° C)
Степень потери электролита зависит от температуры, примерно в соответствии с так называемым законом Аррениуса или уравнением для скорости химических реакций, зависящих от температуры.Это означает, что при каждом повышении температуры использования на 10 градусов по Цельсию срок службы сокращается наполовину, и, наоборот, он удваивается на каждые 10 градусов.
● Электролитические конденсаторы имеют полярность
При подаче напряжения противоположной полярности внутренняя температура повышается и образуется газ, который повышает внутреннее давление и может привести к разрушению конденсатора.
● Пульсации тока вызывают собственное повышение температуры
Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют большое значение ESR (эквивалентное последовательное сопротивление), что приводит к высоким тепловым потерям при воздействии пульсаций тока. Возникающее в результате повышение собственной температуры может сократить срок службы конденсатора.
● Функция самовосстановления оксидного слоя
Оксидный пленочный анод, используемый в качестве диэлектрика в алюминиевом электролитическом конденсаторе, может быть поврежден приложением напряжения противоположной полярности или напряжением, превышающим номинальное значение.Электролит содержит как кислотные, так и основные компоненты. Окислительный эффект кислотного компонента вызывает заживление оксидного слоя, явление, называемое самовосстановлением.
● Емкость и ESR сильно зависят от температуры
Как показывают графики ниже, изменение емкости больше при низких температурах, и значение ESR также велико.
Конденсатор электролитический
Конденсатор обзор
Электролитические конденсаторы в основном используются при требуется хранение большого количества заряда в небольшом объеме.В электролитические конденсаторы, жидкий электролит действует как один из электроды (в основном действуют как катод). Чтобы лучше понять концепция электролитического конденсатора сначала нам нужно знать работа общего конденсатора.
Конденсатор – это электронное устройство, которое хранит электрический заряд. Он состоит из двух токопроводящих пластин. разделены изоляционным материалом, называемым диэлектриком.Другой типы изоляционных материалов используются для строительства диэлектрик в зависимости от использования.
Проводящие пластины конденсатора хорошие проводники электричества. Поэтому они легко позволяют электрический ток через них. С другой стороны, диэлектрик Среда или материал плохо проводят электричество. Следовательно, он не пропускает через него электрический ток.
При подаче напряжения на конденсатор в таким образом, чтобы отрицательная клемма аккумулятора была подключен к правой боковой пластине и положительной клемме батарея подключена к левой боковой пластине, конденсатор начинает заряжаться.
Из-за этого напряжения питания, электроны начинают течь от отрицательного вывода аккумулятор и дотянитесь до правой боковой пластины.Дойдя вправо боковой пластине, электроны испытывают сильное сопротивление со стороны диэлектрический материал, потому что диэлектрический материал плохой проводник электричества.
В результате большое количество электронов попал в ловушку на правой боковой пластине конденсатора. Однако эти большие количество электронов прикладывает силу или электрическое поле к левая боковая пластина.Следовательно, электроны на левой боковой пластине испытывать силу отталкивания от избыточных электронов справа пластина. В результате электроны удаляются от левой боковой пластины и тянется к плюсовой клемме аккумуляторной батареи.
Следовательно, правая боковая пластина становится больше отрицательно заряжен (отрицательный заряд создается) из-за получение лишних электронов. С другой стороны, левая сторона пластина становится более положительно заряженной (накапливается положительный заряд) из-за потери электронов.В результате напряжение устанавливается между пластинами. Вот так нормальный конденсатор работает.
Электролитический конденсатор также заряжается в основном аналогичным образом. Однако материал, используемый в конструкция электролитического конденсатора отличается.
Электролитический определение конденсатора
Электролитический конденсатор – это разновидность конденсатор, который использует электролит (ионную проводящую жидкость) в качестве одна из его проводящих пластин для достижения большей емкости или хранение высокого заряда.
Что такое электролит?
Электролит – жидкий электрический проводник. в котором электрический ток переносится движущимися ионами. Для Например, в нашей крови электролиты или минералы несут электрические плата. Наиболее распространенные электролиты – это натрий, калий, хлорид, кальций и фосфор.
В электролитах ионы бывают двух типов, а именно: анионы (-) и катионы (+).Анион – это ион с большим числом электронов, чем протонов. Мы знаем, что электроны отрицательно заряжены, а протоны заряжены положительно. Из-за количество электронов больше, чем протонов, общий заряд атом или анион становятся отрицательными. Поэтому анионы называют отрицательно заряженные ионы. Эти отрицательно заряженные анионы несут отрицательный заряд.
С другой стороны, катион имеет меньшее количество электронов, чем протонов.Из-за меньшего количества электронов, чем протонов, общий заряд атома или катиона становится положительным. Поэтому катионы называют положительно заряженные ионы. Эти положительно заряженные катионы несут положительный плата.
Типы электролитических конденсаторов
Электролитические конденсаторы классифицируются по три типа в зависимости от материала, из которого изготовлен диэлектрик:
- Конденсаторы алюминиевые электролитические
- Конденсаторы электролитические танталовые
- Конденсаторы электролитические ниобиевые
В этом уроке алюминиевый электролитический конденсатор объяснен.Алюминий, тантал и ниобий электролитические конденсаторы работают аналогично. Однако материал, из которого изготовлены электроды, разный.
Алюминий электролитический конденсатор
Алюминиевый электролитический конденсатор изготовлен из две алюминиевые фольги, слой оксида алюминия, электролитическая бумага или бумажная прокладка, пропитанная электролитической жидкостью или растворами и жидкий или твердый электролит.Электролитическая жидкость содержит атомы или молекулы которые потеряли или приобрели электроны.
В алюминиевом электролитическом конденсаторе, анод (+) и катод (-) изготовлены из чистой алюминиевой фольги. Анодная алюминиевая фольга покрыта тонким слоем изоляционный оксид алюминия (алюминиевый элемент с кислородом элемент). Эта изолирующая алюминиевая фольга действует как диэлектрик электролитический конденсатор, блокирующий прохождение электрического тока.Катод и анод с оксидным покрытием разделены электролитическая бумага (пропитанная электролитической жидкостью).
Катодная алюминиевая фольга также покрыта очень тонкий изолирующий оксидный слой или диэлектрик естественной формы самолетом. Однако этот оксидный слой очень тонкий по сравнению с оксидный слой сформирован на аноде.
Следовательно, конструкция из алюминия электролитический конденсатор выглядит как два конденсатора, соединенные в серия с анодной емкостью C A и катодом емкость C K .
Общая емкость конденсатора составляет полученная таким образом из формулы последовательного соединения двух конденсаторы.
Где, C A = емкость анода
C K = Емкость катода
C ecap = Общая емкость электролитического конденсатора
Мы знаем, что емкость или заряд емкость конденсатора прямо пропорциональна поверхности площадь токопроводящих пластин или электродов и наоборот пропорциональна толщине диэлектрика.Другими словами, конденсаторы с большими электродами хранят большой заряд тогда как конденсаторы с небольшими электродами хранят небольшое количество заряда. Аналогичным образом конденсаторы очень толстой диэлектрик сохраняет небольшое количество заряда, в то время как конденсаторы с очень тонким диэлектриком хранит очень большое количество заряда.
В обычных конденсаторах диэлектрик очень толстый, что приводит к низкой емкости на единицу объема.В электролитические конденсаторы, электролит действует как настоящий катод с большой площадью поверхности и очень прочным диэлектриком. тонкий. Поэтому из-за большой площади поверхности электрод и тонкий диэлектрик, большой запас заряда достигается в электролитических конденсаторах.
Электропроводность электролитический конденсатор увеличивается при повышении температуры и уменьшается при понижении температуры.В результате емкость или накопитель заряда алюминиевого электролитического конденсатор также увеличивается при повышении температуры и уменьшается при понижении температуры. Следовательно емкость алюминиевого электролитического конденсатора в значительной степени влияет изменение температуры.
Большинство электролитических конденсаторов поляризованный, то есть напряжение, подаваемое на клеммы, должно быть в правильной полярности (положительный вывод подключен к положительному выводу и отрицательный подключен к отрицательной клемме).Если он подключен в обратное или неправильное направление, конденсатор может быть коротким замкнутый, то есть большой электрический ток течет через конденсатор, и это может необратимо повредить конденсатор.
В поляризованных конденсаторах знак минус (-) или Знак плюс (+) четко обозначен на любом из двух выводов. Эта полярность должна соблюдаться.
Символ электролитического конденсатора
Показан символ электролитического конденсатора. на рисунке ниже.Электролитический конденсатор представлен двумя параллельными прямыми или одной прямой и одной изогнутая линия.
Знак плюс или минус пишется рядом с любым линий, чтобы обозначить, положительный он или отрицательный клемма (анод или катод). Напряжение должно подаваться на правильный терминал. В противном случае конденсатор может выйти из строя.
Преимущества электролитических конденсаторов
- Достигнут большой запас заряда
- Низкая стоимость
Недостатки электролитических конденсаторов
- Большой ток утечки
- Короткий срок службы
Приложения электролитических конденсаторов
Различные применения электролитических конденсаторы включают:
- Фильтры
- Цепи с постоянной времени
Алюминиевые электролитические конденсаторы
vs.Пленочные конденсаторы
Прогресс в разработке полупроводников задает тенденцию в современных и будущих устройствах силовой электроники: он проявляется, в частности, в меньших размерах, а также в более высоких напряжениях и частотах коммутации. Что касается конденсаторов промежуточной цепи, эта тенденция приводит к увеличению плотности энергии и токовых нагрузок и, в то же время, к уменьшению пространства.
В этих условиях особенно выгодными решениями являются алюминиевые электролитические конденсаторы и конденсаторы с пластиковой пленкой.Компания Jianghai использует обе технологии в производственной программе, и в этой статье дается обзор основных различий между алюминиевыми электролитическими конденсаторами и пленочными конденсаторами.
Сравнение технологий конденсаторов звена постоянного тока
Алюминиевые электролитические и пленочные конденсаторы
Д-р Арне Альбертсен, Jianghai Europe Electronic Components GmbH
Применение конденсаторов промежуточной цепи
В промежуточных цепях (звено постоянного тока) преобразователей часто используются конденсаторы.Основными задачами этих конденсаторов являются (а) сглаживание пульсаций напряжения, накладываемых на напряжение шины постоянного тока, и (б) обеспечение электрической энергией. На рисунке 1 показаны блок-схемы преобразователей, имеющих промежуточное звено постоянного тока.
Примеры применения инвертора: ветряные турбины, фотоэлектрические системы, ИБП (источники бесперебойного питания), электродвигатели, электромобили, осветительное и сварочное оборудование. В зависимости от области применения могут существовать различные требования к сроку службы, надежности, температуре, диэлектрической прочности, допустимой нагрузке по току и другим параметрам конденсатора промежуточной цепи.Поскольку не существует универсального конденсаторного решения для всех приложений, необходим выбор подходящих конденсаторов на основе конкретных требований соответствующего приложения.
Сравнение электролитических конденсаторов и пленочных конденсаторов
На рис. 2 показаны конструкция и основные материалы алюминиевого электролитического конденсатора (слева) и полипропиленового пленочного конденсатора (справа).
Конструкция и материалы электролитического конденсатора (слева) и пленочного конденсатора (справа) в сравнении
В то время как активная часть электролитических конденсаторов, так называемая ячейка с намоткой, состоит из алюминия (анодная и катодная фольга), бумаги и электролита, пленочный конденсатор изготовлен из пластиковой пленки с металлическим покрытием, которая образует его электроды.
Особенностью электролитического конденсатора является его «жидкий катод»: вся поверхность сильно шероховатой алюминиевой анодной фольги, покрытой оксидом алюминия в качестве диэлектрика, может полностью контактировать через электропроводящий электролит, чтобы реализовать высокую удельную емкость этого конденсатора. технология [1].
Пленочный конденсатор изготовлен из сухих материалов: пластины конденсатора состоят из пара металла, который нанесен на пластиковую пленку, которая служит диэлектриком.Часто диэлектрик представляет собой полипропилен, состоящий из полимерных цепей, которые предпочтительно ориентированы в продольном и горизонтальном направлениях (также известный как БОПП для двухосно ориентированного полипропилена).
Различные электрические свойства двух технологий происходят из разных материалов, используемых в них. На рисунке 3 показано сравнение плотности энергии для некоторых выбранных диэлектриков. Настоящие алюминиевые электролитические конденсаторы имеют до десяти раз более высокую плотность энергии, чем полипропиленовые пленочные конденсаторы.
Сравнение плотности энергии диэлектриков – оксид алюминия и полипропилен
Поскольку протеканию электрического тока в алюминиевых электролитических конденсаторах способствуют ионы, протекающие через электролит, вязкость электролита оказывает значительное влияние на температурную зависимость значений ESR: при низких температурах электролит становится более вязким и препятствует свободному движению. ионов, что приводит к более высокому значению ESR. При температурах выше 60 ° C СОЭ практически не изменяется [1].Также емкость алюминиевых электролитических конденсаторов уменьшается с понижением температуры на двузначный процент. Однако на ESR и емкость пленочного конденсатора в значительной степени не влияют температурные колебания: емкость во всем температурном диапазоне изменяется только примерно на 3 ~ 5%, а значения ESR остаются почти постоянными.
Эти параметры показывают схожую производительность в зависимости от частоты: для электролитических конденсаторов емкость и ESR демонстрируют сильную частотную зависимость [1], в то время как пленочные конденсаторы показывают почти постоянные значения емкости и ESR в технически интересном диапазоне частот от 100 Гц до 200 кГц. .
Пленочный конденсатор обеспечивает более высокое номинальное напряжение, чем электронный конденсатор: доказательство напряжения отдельного элемента может достигать 1500 В, в то время как номинальное напряжение электронного конденсатора ограничено до 650 В [3]. Ограничения напряжения (и пульсации тока) отдельных электролитических конденсаторов требуют, чтобы несколько конденсаторов были подключены последовательно и параллельно для создания «конденсаторной батареи». При последовательном подключении электролитических конденсаторов активная или пассивная балансировка полезна для обеспечения равномерного распределения напряжения цепи постоянного тока на отдельном конденсаторе.Эти дополнительные усилия могут оказаться весьма полезными, поскольку относительно новая топология «3-уровневого инвертора» с меньшими потерями, меньшими нагрузками на промежуточную цепь и более низкими удельными затратами для инверторов с более высокой выходной мощностью и частотами коммутации впечатляюще демонстрирует [5].
В таблице 1 сравниваются основные факторы напряжения, виды отказов и причины.
Сравнение старения, режимов отказа и важных факторов стресса электролитических конденсаторов и пленочных конденсаторов
Электролитические конденсаторы, а также пленочные конденсаторы называются «самовосстанавливающимися»: дефекты в диэлектрическом слое электролитических конденсаторов устраняются путем анодного окисления с потреблением кислорода из электролита.Однако дефекты в пленочном конденсаторе сгорают и, таким образом, электрически изолируются, но каждый сгоревший дефект вызывает небольшую потерю диэлектрической пленки, то есть небольшое уменьшение емкости.
При условиях эксплуатации в пределах спецификации, обе технологии демонстрируют «плавное» поведение в конце срока службы, которое в основном характеризуется параметрическими, а не катастрофическими отказами.
Рабочие параметры: температура, напряжение и ток пульсации определяют срок службы электролитических конденсаторов.Для пленочных конденсаторов температура, напряжение и влажность ограничивают срок службы. Влияние пульсаций тока на срок службы не входит в уравнение, потому что самонагревание в результате особенно низких значений ESR в пленочных конденсаторах незначительно. Типичные пределы изменения в конце срока службы для ESR в два или три раза превышают начальные значения ESR для обеих технологий. Общие потери емкости в конце срока службы составляют 3% для пленочных и 30% для алюминиевых электролитических конденсаторов.
Стоимость является важным критерием при выборе технологии: удельная стоимость хранения заданного количества энергии с алюминиевыми электролитическими конденсаторами значительно меньше (примерно в три раза), чем с пленочными конденсаторами.С другой стороны, превосходная токонесущая способность пленочных конденсаторов превосходит электролитические конденсаторы с точки зрения стоимости на ампер примерно в два раза. Эти существенные различия предполагают, что обе технологии останутся доступными на рынке в будущем.
Сводка
Современные конструкции силовой электроники требуют компактных конденсаторов цепи постоянного тока с длительным сроком службы. Алюминиевые электролитические конденсаторы убеждают своей высокой удельной плотностью энергии, а конденсаторы из фольги обеспечивают высокую устойчивость к пульсирующим токам.Обе технологии имеют физические ограничения, основанные на их конструкции и используемых материалах. Выбор подходящего конденсатора цепи постоянного тока зависит в каждом случае от требований соответствующего приложения. Всегда обязательна интенсивная поддержка проекта производителем конденсатора для каждого приложения.
Список литературы
[1] Альбертсен А., Lebe lang und in Frieden! Hilfsmittel für eine praxisnahe Elko-Lebensdauerabschätzung, Elektronik Components 2009, 22-28 (2009)
[2] Альбертсен, А., Auf eine sichere Bank setzen – Zuverlässigkeit von Elektrolytkondensatoren, Elektronik Components 2010, 14-17 (2010)
[3] Альбертсен, А., Gebührenden Abstand einhalten! – Spannungsfestigkeitsbetrachtungen bei Elektrolytkondensatoren, Elektronik Power, 54-57 (2011)
[4] Марц, М., Шлец, А., Эккард, Б., Эгелькраут, С., Раух, Х., Системная интеграция силовой электроники для электрических и гибридных транспортных средств, в: Proc. Международная конференция по интегрированным системам силовой электроники (CIPS), 2010 г.
[5] Тойго, И., Занеттин, К., Ди Лелла, М., IGBT-Modulplattform: Hohe Zuverlässigkeit von USV-Systemen mit leistungsstarken 3-Level-Wechselrichtern, Elektronik Praxis (2011)
[6] Ван Х., Блаабьерг Ф., Надежность конденсаторов для цепей постоянного тока – Обзор, в: Proc. IEEE Energy Convers. Congr. and Expo., 2013, стр. 1866-1873
Разница между электролитическим конденсатором и керамическим конденсатором
Керамический конденсатор – это конденсатор, изготовленный из керамического материала в качестве среды, слоя металлической пленки, нанесенной на поверхность керамики, а затем спеченной при высокой температуре в качестве электрода. .Керамические конденсаторы в основном используются в качестве конденсаторов контура и контактных конденсаторов для высокостабильных колебательных контуров, которые функционируют как фильтры, развязки и связи сигналов. Керамические конденсаторы имеют небольшую емкость, высокое сопротивление давлению, хорошую стабильность и используются в цепях высокого напряжения и высокой частоты. Керамический конденсатор не имеет полярности, а эквивалентная последовательная индуктивность мала.
Керамические конденсаторы обладают высокочастотными характеристиками и используются в высокочастотных цепях.Керамический конденсатор может отфильтровывать высокочастотные колебания, поэтому его можно использовать в качестве фильтра высоких частот. Керамические конденсаторы можно использовать для чистых цепей переменного тока.
Электролитический конденсатор представляет собой конденсатор, сделанный из металлической фольги (алюминий / сурьма) в качестве положительного электрода, изолирующего оксидного слоя (оксид алюминия / оксид ниобия) металлической фольги в качестве диэлектрика и проводящего материала, электролита, и другие материалы, составляющие катод. Электролитические конденсаторы используются для фильтрации, развязки, связи сигналов, установки постоянной времени и блокировки постоянного тока в цепях средней и низкой частоты.Электролитические конденсаторы имеют большую емкость, но они не устойчивы к высокому напряжению, имеют нестабильную емкость и короткий срок службы. Применяются в цепях низкого напряжения и низкой частоты. Электролитические конденсаторы классифицируются, и их эквивалентная последовательная индуктивность велика.
