Мощные конденсаторы: Конденсаторы высокой мощности – AVX TPC, AVX

Содержание

Конденсаторы высокой мощности – AVX TPC, AVX

www.avx.com

Все конденсаторы AVX высокой мощности изготавливаются по технологии с заполнением/пропиткой органическим маслом. Для достижения максимально возможной плотности энергии в компактных размерах масло проходит предварительную сверхтонкую очистку. Конденсаторы предлагаются в диапазоне напряжений от 1,2 кВ до 100 кВ со стандартными и специальными опциями выводов. Контролируемое самовосстановление (технология впервые разработана инженерами AVX в 1979 году и запатентована) позволяет конденсатору работать непрерывно без катастрофического отказа (взрыва), немедленно изолируя любые места перенапряжения, которые могут возникнуть в диэлектрическом слое. Во время работы емкость будет немного уменьшаться в результате управляемого механизма самовосстановления. Конденсаторы рассчитаны на потерю не более 2% от первоначального значения в течение срока службы при полном напряжении и максимальной рабочей температуре

Особенности и преимущества

Высокая плотность энергии – до 495 Дж/л (срок службы не менее 100 000 часов).
Работа при низких температурах (-55°С … -60°С)
Технология управляемого самовосстановления:
- Полная безопасность
- Надёжность
- Отсутствие скачкообразного падения ёмкости в конце срока службы

Продукты



Диапазон емкостей	по запросу	110 – 10 600 мкФ	2,6 – 612 мкФ
Разброс ёмкости	±10%
Рабочее напряжение на постоянном токе	2 кВ – 75 кВ	1,2 кВ – 6 кВ	6,5 кВ – 100 кВ
Макс. температура корпуса	+85°С	+95°С	+85°С
Макс. ток	пиковый ток – 400 А/мкФ	до 400 Аrms	до 140Arms
Срок службы при номинальном напряжении и макс. температуре корпуса	несколько десятков миллионов срабатываний	100 000 часов (при 80°С, ∆C/C < 2%)	100 000 часов (при 80°С, ∆C/C < 2%)
Паразитная индуктивность	<500 нГн	24 нГн – 149 нГн	250 нГн – 830 нГн
Соответствие стандартам	IEC 61071, 61881, 60068, 61373 NFF16-101, 16-102
Применение	Мощные лазеры, ускорители частиц, мощные источники пиания, научно-исследовательская аппаратура	Системы управления электроприводом, преобразователи для ж/д и морского транспорта, управляемые системы передачи переменного тока, силовые подстанции	Управляемые системы передачи переменного тока, мощные источники питания постоянного тока, высоковольтные вставки постоянного тока

Каталог по конденсаторам высокой мощности

Компактные силовые конденсаторы для мощных преобразователей напряжения

Силовые конденсаторы цепи постоянного тока являются ключевыми компонентами при разработке мощных преобразователей напряжения. Новое поколение полупроводниковых приборов IGBT устанавливает более высокие стандарты электрических свойств силовых конденсаторов. Замена GTO ключей на полупроводниковые приборы современных технологий также ставит новые высокие требования к качеству силовых конденсаторов. Например, собственная индуктивность конденсаторов должна быть снижена в десять раз по сравнению с силовыми конденсаторами, применявшимися в прошлом поколении преобразователей напряжения, чтобы снизить уровень коммутационных перенапряжений при возросшей скорости переключений. Допустимые для конденсаторов уровни температурных и токовых пиков также должны быть увеличены вдвое по сравнению с силовыми конденсаторами, применявшимися в тиристорных преобразователях напряжения.

Для обеспечения соответствия этим требованиям компания Epcos разработала силовые конденсаторы серии PCC-HP (Power Chip Capacitor High Power) — новое поколение силовых конденсаторов, основанных на технологии MKK (металлизированная пленка, компактный, легкий, сухой дизайн), уже успешно работающих в многочисленных транспортных системах [1].

Требуемая нагрузочная способность по току и индуктивность цепи обеспечиваются размещением модуля силового конденсатора PCC-HP непосредственно на шины преобразователя напряжения. Эти новые возможности конденсаторов PCC-HP позволяют применять их в широком диапазоне мощных преобразователей.

Новая концепция управления позволяет снизить необходимый уровень емкости силовых конденсаторов звена постоянного тока при одновременном увеличении токовой нагрузки. Эта тенденция приводит к использованию пленочных конденсаторов, таких как PCC-HP, в применениях, где до сих пор традиционно использовались электролитические силовые конденсаторы [2].

Рис. 1. Эволюция снижения ESL: а) 1992: MKK-DC →ESL ≈ 400 нГн;
б)1995: MKK-DC →ESL ≈ 80 нГн; в) 2000: PCC-HP →ESL ≈ 30 нГн

Требования, предъявляемые силовыми транзисторами IGBT

При разработке преобразователя напряжения на силовых транзисторах IGBT особое внимание должно быть направлено на обеспечение низкого уровня индуктивности контура (L_σ < 100 нГн) для минимизации коммутационных перенапряжений ui , которые могут превысить допустимые уровни реверсивного напряжения IGBT приборов и привести к выводу из строя полупроводниковых ключей. Таким образом, многослойное расположение шин становится оптимальным решением для соединения IGBT модуля и силового конденсатора звена постоянного тока [3, 4]. Силовые модули IGBT также определяют геометрические размеры LxWxH, емкость CR и собственную индуктивность Lσ конденсатора. Типичные требования для РСС-HP обобщены в таблице 1.

Таблица 1

Концепция PCC

Для современных мощных преобразователей напряжения компания Epcos разработала семейство силовых конденсаторов PCC-HP — новое поколение низкоиндуктивных, компактных, легких конденсаторов, производимых по технологии MKK. Для снижения индуктивности были сделаны значительные конструктивные усовершенствования (рис. 1). Необходимые нагрузочная способность и индуктивность контура были достигнуты путем модульного монтажа силового конденсатора PCC-HP непосредственно на шину (благодаря этому отпала необходимость в снабберных конденсаторах, подключаемых параллельно батарее). Это новшество применимо для широкого диапазона преобразователей напряжения и обеспечивает оптимальную техническую и экономичную конструкцию преобразователя, отвечающую требованиям миниатюризации, стандартизации и модульности.

Рис. 2. Выводы силового конденсатора слева направо: стандартные плоские выводы и специальные ножевые контакты [5, 6].

Рис. 3. Два силовых конденсатора PCC-HP радиального исполнения с плоскими выводами и один стандартный, перевернутый выводами вверх конденсатор PCC-HP

Рис. 4. Стандартный PCC-HP и оптимизированный для конкретного применения с 6 винтовыми терминалами

Технология изготовления силовых конденсаторов MKK предполагает использование самовосстанавливающейся PP[PHD] пленки с напыленным структурированным металлизированным слоем алюминия или сплава Zn/Al. Металлизация выполнена неоднородно, она имеет утолщенную кромку. Волнообразная обрезка пленки по краю позволяет максимально увеличить площадь контакта при плоской намотке. Результатом применения такой технологии стала исключительная способность силовых конденсаторов выдерживать мощные импульсы тока без проявления краевого эффекта (хорошо известный и опасный эффект, возникающий в месте соединения выводов и края обкладки конденсатора).

Рис. 5. Многоуровневый привод ALSTOM Symphony: низкоиндуктивное исполнение внутри ячейки. Аксиальные конденсаторы звена постоянного тока [7]

Рис. 6. Круглая, плоская и стэкнамотка для силовых конденсаторов

Таблица 2. Технические характеристики

Если дизайн силовых конденсатора принят к рассмотрению на ранней стадии разработки преобразователя напряжения, то конденсатор, изготовленный с учетом особенностей конструкции изделия, может иметь, например, специальный дизайн выводов (табл. 3; рис. 2, 3–5).

Таблица 3

В стандартном силовом конденсаторе PCC-HP используется компактная плоская намотка MKK-DC. Epcos обладает всеми наиболее важными и передовыми технологиями намотки: круглая, плоская и так называемая стэк-намотка для производства силовых конденсаторов. Благодаря этому оптимальная система может быть заложена с самого начала разработки (рис. 6). Стэк-намотка фиксируется на платформе, усиленной стекловолокном для обеспечения высокой вибростойкости.

Корпус из нержавеющей стали дополнительно упрочняет конструкцию. Платформа допускает радиальный и аксиальный дизайн и может быть снабжена различными типами выводов. Корпус силового конденсатора снабжен винтовыми фиксирующими гнездами M6 и может быть дополнен различными скобами для механического крепления. Такой дизайн отвечает требованиям стандарта IEC1071/68.

Рис. 7. Обзор размеров стандартных платформ (L×W= L×195 мм) слева направо: а) L = 237 мм; б) L = 367 мм; в) L = 497 мм

Рис. 8. Установка силового конденсатора PCC-HP с длиной платформы L = 497 мм с помощью фиксирующих скоб по сторонам его корпуса на радиатор

Рис. 9. Конструкция преобразователя напряжения с креплением шин к модулям IGBT. На рисунке видна короткая сторона силового конденсатора PCC-HP, слева конденсатор имеет ножевой контакт, а справа — плоский медный вывод

При изготовлении оборудования требования «Стандартов пожаробезопасности для компонентов, используемых на транспорте» (Fire Standards for Public Transportation Parts) играют все большую роль, особенно после нескольких аварий, произошедших у конечных пользователей при эксплуатации данного оборудования. При выборе компонентов повышенное внимание должно быть уделено соблюдению этих стандартов, особенно NFF-16-101/102. Силовые конденсаторы, производимые компанией Epcos по вышеперечисленным технологиям, отвечают требованиям международных стандартов (табл. 4).

Таблица 4

Аспекты современного дизайна силовых конденсаторов

Следующий пример показывает возможные варианты изготовления. В настоящий момент изготовление стандартного силового конденсатора PCC-HP доступно на трех различных платформах (посадочные места) (рис. 7).

Таблица 5

Силовые конденсаторы PCC-HP ранжированы по напряжению VR. Основные технические данные конденсаторов приведены в таблице 5 (для конденсатора PCC-HP стандартного размера — LxWxH = 367x195xH мм).

Номинальная емкость CR в таблице 5 показывает возможную емкость в зависимости от длины применяемой платформы и выражается следующими формулами:

Монтаж силовых конденсаторов PCC непосредственно на шины обеспечивает исключительно низкую индуктивность (рис. 8, 9, 10).

Преимущества новых силовых конденсаторов

Силовые конденсаторы PCC-HP оптимизированы для использования в преобразователях напряжения для тяжелых условий транспортного и промышленного применения. Наиболее важные преимущества PCC-HP перед стандартными силовыми конденсаторами приведены ниже:

Низкая собственная индуктивность силового конденсатора позволяет снизить индуктивность контура в целом.
Непосредственный монтаж на шины и адаптация к IGBT.
В ряде случаев позволяет отказаться от снабберных конденсаторов.
Упрощение и снижение стоимости конечного устройства.
Произвольное положение монтажа.
Уменьшение объема установки в целом.
Снижение веса установки.
Пожаробезопасность (благодаря сухой технологии изготовления силовых конденсаторов MKK).
Высокая токовая нагрузка.
Исключительная способность выдерживать мощные импульсы тока.
Длительный срок службы.

Рис. 10. Слева на рисунке показаны подробности монтажа и ножевой контакт, механически закрепленный на шине болтом, подпружиненная контактная площадка в корпусе, платформа и корпус конденсаторав разрезе. Справа на фотографии показаны детали контакта: ножевой контакт, пружинная контактная площадка в корпусе с плоским соединителем зоны контакта и обкладок силового конденсатора

Тенденции

Развитие силовой электроники идет по пути увеличения мощности, компактности и степени интеграции систем. Новые силовые чип-конденсаторы, разработанные компанией Epcos для особо мощных преобразователей IGBT, удовлетворяют всем этим требованиям. Продолжающееся развитие силовых чип-конденсаторов откроет новые области их применения. Развитие силовых конденсаторов будет идти по пути совершенствования процесса металлизации для производства высококачественной самовосстанавливающейся полимерной пленки. Компания Epcos работает над увеличением токовой нагрузки и диэлектрической прочности металлизированной пленки в типичных условиях эксплуатации. Стандартные металлопленочные конденсаторы будут заменяться другими, оптимизированными под специальные применения при сохранении стоимости. Прогресс в дизайне и производстве, направленный на улучшение качества изготовления MKK силовых конденсаторов, позволит отказаться от конденсаторов, выполненных по старым технологиям.

В силовых приложениях свойства алюминиевых электролитических конденсаторов значительно отличаются от свойств самовосстанавливающихся пленочных конденсаторов. В настоящее время видна тенденция к переходу на PCC силовые конденсаторы, особенно в тех применениях, где необходимы свойство самовосстановления при воздействии высоковольтных импульсов и стабильная емкость на протяжении всего срока службы оборудования. Силовые конденсаторы PCC-HP не содержат масло и могут быть легко переработаны по окончании срока службы, так как состоят из легко разделяемых материалов: полиэстер или полипропилен, медь, полиэстер, усиленный стекловолокном, и инертный газ.

Литература

Vetter H. Dry MKK-Capacitors for modern rail traction. SIEMENS Components 02/96, 3/97.
Bramoulie, M.: Electrolytic or film capacitor. IEEE 10/98.
Vetter H. High power capacitors for low inductance circuits. SIEMENS Components 28/90.
Schütze T. Design aspects for inverters with IGBT high-power modules. Proc. PCIM Hong Kong 10/97.
Vetter H. Patent file US 6,409,545 B1 Jun. 25, 2002.
Zorzynski, D. et. al. High voltage IGBT modules in the design of a 3 kV Chopper. Proc. M.E.T. Gdansk, Poland 05/01.
Beinhold G., Jakob R., Nahrstead M. A new range of medium voltage multilevel inverter drives with floating capacitor technology. EPE 2001 Graz.

Пассивные компоненты, разработанные для увеличения отношения сигнал/шум

11 Дек 2017

Автор статьи

Текст подготовил Сергей Кузьмин [email protected] по материалам компании AVX

(Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №3 2014)
Скачать статью в формате PDF (162 КБ)

Схемотехника систем специального назначения чрезвычайно разнообразна, однако к ним предъявляются общие эксплуатационные требования: устойчивость к воздействию ударов, вибраций и перепадам температуры, высокая надежность, нормальная работоспособность после длительного простоя, использование компонентов с высокой временной стабильностью параметров.

Разработчики таких систем могут улучшить качество распределения энергии в широком спектре типов сигналов – от цифровых до ВЧ, и удовлетворить указанные выше требования за счет использования пассивных компонентов, специально разработанных с целью повышения производительности и улучшения отношения сигнал/шум.

Обсуждаемые в статье вопросы: низкая индуктивность, низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), конденсаторы для мощных фильтров, танталовые конденсаторы, ВЧ/СВЧ направленные ответвители, индуктивности и LGA-фильтры.

Танталовые и керамические конденсаторы: высокая емкость и низкое ESR

Начиная с низкочастотной границы спектра существует множество приложений, относящихся к этой категории, – от беспроводной передачи данных до импульсных лазеров и радаров. Все они имеют нагрузку с высоким мгновенным значением потребляемой мощности, при этом допускается только небольшое изменение напряжения в пределах определенных границ, поскольку устройство оказывается неработоспособным при падении напряжения ниже определенного порога. Динамика изменения нагрузки определяется длительностью импульса, в течение которого должно поддерживаться заданное напряжение, и частотой повторения или коэффициентом заполнения импульсов. В случае «чистой» DC-цепи длина импульса бесконечна, а время удержания будет зависеть от скорости разряда конденсатора (или батареи), питающих схему.

В отношении динамических нагрузок существует два источника перепадов напряжения. Первый – это падение на ESR, то есть на внутреннем сопротивлении элемента или устройства, и второй – это емкостный перепад напряжения, вызванный разрядом накопительного конденсатора с течением времени. Таким образом, в любых импульсных применениях требуется конденсатор с большой емкостью и низким ESR для соответствия критерию удержания. При этом ESR и емкость должны быть измерены на рабочей частоте, которая не обязательно является основной частотой для данного элемента. Это означает, что следует использовать разные методики оценки для разных частот повторения импульсов, длительностей импульсов и самих импульсных нагрузок.

Проще говоря, для того, чтобы поддерживать номинальный уровень напряжения в течение импульса, мгновенное падение напряжения должно быть минимальным, а для длительного удержания напряжения – емкость должна быть максимальной. Кроме того, схема удержания напряжения должна иметь возможность перезаряжаться (или, по крайней мере, подзаряжаться) от источника питания постоянного тока в течение рабочего цикла.

В то время как технологи стремятся создавать конденсаторы, обладающие одновременно большой емкостью и низким ESR, очень часто оптимальное решение обеспечивается при параллельном сочетании этих двух параметров.

Рис. 1. Электролитические танталовые конденсаторы серии TWA

В авиационных устройствах, получающих питание от шины постоянного тока 28 В, используются танталовые чип-модули с номинальным напряжением 50 и 63 В (в настоящее время доступны в корпусе DSCC 09009) или танталовые конденсаторы с аксиальными выводами (доступные в обновленном корпусе DSCC 93026 Rev P) в сочетании с набором керамических импульсных емкостей для достижения сверхнизкого значения ESR, что позволяет уменьшить мгновенное падение напряжения и обеспечить высокочастотную емкость за пределами работы танталовых устройств.

Рис. 2. Конденсаторные модули серии TurboCap

Модули серии AVX ST (TurboCap) идеально подходят для решения этой задачи, они объединяют в себе многослойную керамику с низкой ESL (эквивалентная последовательная индуктивность) геометрией и сверхнизким значением ESR, обеспечивающую наилучшее сочетание фильтрующих свойств и импульсных характеристик хранения, с 50-вольтовой емкостью 220 мкФ.

Для таких распространенных применений, как беспроводная цифровая передача данных, где используются низковольтные усилители мощности (как правило, с напряжением 3,6 В), идеально подходят импульсные супер-конденсаторы или танталовые чип-конденсаторы High CV. Подобные решения применяются в защищенных портативных устройствах для передачи голоса/данных или сканирования/регистрации данных, а также низкопрофильных устройствах (2,1 мм или менее). Для различных режимов беспроводной связи и разной дальности передачи AVX предлагает низкопрофильные суперконденсаторы BestCap (300 мкФ/100 мОм) или импульсные танталовые чип-конденсаторы (3300 мкФ/4 В).

Рис. 3. Суперконденсаторы BestCap

Низкая индуктивность – возможность высокой скорости развязывания

В то время как низкий профиль и малые общие габариты относятся к основным требованиям в компактных системах, главная цель состоит в передаче мощных импульсов тока на высокой часто те для осуществления эффективной развязки во все более быстрых цифровых логических микросхемах. Это требование относится не только к портативным, но и к любым системам, где требуется высокая скорость сбора, обработки и передачи данных.

Двигаясь дальше вверх по частотному спектру, на частоте 50 МГц мы попадаем в основной режим развязки интегральных схем (IC), где емкость и ESR остаются приоритетными параметрами. С увеличением скорости IC стандартные конденсаторы демонстрируют рост реактивных параметров. Это означает, что в действительности разработчик размещает рядом с микросхемой L-C цепочку, а не «чистый» конденсатор, что влияет на переходные процессы коммутации тока и, как следствие, ухудшает производительность.

Установка стандартного SMD-конденсатора создает проблему, заключающуюся в том, что размещение 2-выводного чипа на плате образует индуктивную петлю, величина которой зависит от геометрии и размеров его выводов. Соответственно, при проектировании требуются специальные усилия для компенсации этого геометрического эффекта и снижения величины эквивалентной последовательной индуктивности (ESL). Площадь петли может быть уменьшена при использовании компонентов меньшего размера, однако при этом также снижается величина емкости для определенного сочетания диэлектрических свойств и напряжения. Для решения данной проблемы используются три способа:

1) Уменьшение петли для конкретного размера компонента. У керамических конденсаторов серии AVX LICC выводы находятся не на концах корпуса, а сбоку, что позволяет вдвое снизить индуктивность для определенного сочетания параметров «размер/емкость/напряжение».

2) Разделение индуктивных и емкостных свойств элемента. Чип-конденсаторы серии AVX IDC разработаны для минимизации внутренней индуктивности при работе компонентов в диапазоне частот высокоскоростных ASIC (50–500 МГц).

3) Учет длины сигнальной петли при установке конденсатора на печатную плату. В конденсаторах серии AVX LGA (Land Grid Array) используется специальная конструкция терминалов, сочетающаяся с вертикальной конфигурацией контактных площадок, что обеспечивает очень короткий путь прохождения сигнала и, соответственно, низкую индуктивность при максимальной емкости.

Рис. 4. Конденсаторы серии LGA

Эффект от использования конфигурированных LGA-конденсаторов для высокоскоростной развязки ASIC нельзя недооценивать. В авионике (самолеты и беспилотные летательные аппараты) неуклонно растет количество высокоскоростных применений, к которым относится телеметрия, системы спутникового слежения, инфракрасная томография (FLIR) и пр. Скорость передачи данных в авиационных системах постоянно увеличивается, поэтому принципиально важным является вопрос использования новых компонентов с оловянно-свинцовыми выводами и с разным рабочим напряжением в критически важных навигационных приложениях. Внедрение LGA-технологии позволяет (при стандартном SMT-процессе сборки) достигать значения ESL менее 20 нГн для обычных двухвыводных SMD-компонентов. Ранее подобный показатель ESL был доступен только при использовании флип-чип-технологии.

Технологии РЧ-конденсаторов

Развитие технологий производства конденсаторов для передачи ВЧ-сигналов по высокоскоростным линиям связи нацелено на снижение величины ESR, повышение плотности мощности и снижение размеров. Как правило, РЧ-конденсаторы производятся на основе фарфорового диэлектрика класса 1 с температурной характеристикой NP0 (по стандарту C0G или MIL BP). Среди всех выпускаемых в настоящее время компонентов керамические конденсаторы с NP0 характеристикой имеют наиболее стабильные диэлектрические свойства.

Температурный коэффициент емкости для них составляет 0 ± 30 ppm/ °С, то есть менее ±0,3% C в диапазоне от -55 °С до +125 °С. Допуск номинала или гистерезис для NP0 ничтожен (менее ±0,05%). Типовое изменение емкости в течение срока службы у них меньше ±0,1% при отсутствии характеристики старения.

Компоненты NP0 имеют величину добротности Q более 1000, с изменением частоты добротность и емкость меняются незначительно. Показатель диэлектрической абсорбции у них, как правило, не превышает 0,6% (по этой причине они часто используются для замены слюды).

Типичным примером «рабочей лошадки» в данном случае являются конденсаторы BP CDR 31-35 (стандарт MIL-PRF-55681), предназначенные для работы в РЧ-диапазоне от 10 МГц до 4,2 ГГц с размером до 0805. Типоразмер 0603 доступен в коммерческой или ВСС-версии, которые приближаются к пределу миниатюризации для микроэлектронных применений.

Для применений высокой мощности выпускаются конденсаторы больших размеров, такие как AVX серии HQ, разработанные с целью минимизации ESR и обеспечения максимальной величины Q, что позволяет снизить рассеивание мощности в мощных ВЧ- и СВЧ-устройствах. Эти компоненты имеют наибольшее рабочее напряжение (4 кВ), они ориентированы на схемы с высокими значениями смещения напряжения и/или РЧ-напряжения и обеспечивают значение емкости в диапазоне 10–6800 пФ. Конденсаторы доступны в стандартных корпусах для поверхностного монтажа, а также с выводами в виде микрополосковых лент. Допуск величины емкости составляет от 1 до 20%, по требованию они могут изготавливаться из немагнитных материалов.

Данные компоненты представляют собой идеальное решение для РЧ- применений высокой мощности, таких как магниторезонансные томографы (MRI), мощные промышленные усилители и испытательное оборудование, устройства настройки и согласования импеданса антенн, а также приборы для индукционного нагрева.

Рис. 5. Высокодобротные мощные РЧ-конденсаторы серии HQ

Еще одно семейство элементов представляют однослойные конденсаторы (SLC). Емкости номиналом единицы пФ способны работать в диапазоне частот до 30 ГГц, поэтому они используются в оптических приложениях, или, вместе с дополнительными MLCC-конденсаторами, в чип-микросборках для сверхширокополосной связи. Подобные гибридные схемы совместимы с большинством устройств, где применяется подключение путем ультразвуковой сварки выводов.

Использование только одного слоя является важным преимуществом SLC-компонентов. MLCC-приборы характеризуются наличием острого резонанса на импедансной кривой (что важно для систем настройки), но из-за своей многослойной конструкции они имеют более высокие резонансные частоты, это создает проблемы при проектировании РЧ-устройств. Для сравнения отметим, что однослойные элементы не имеют гармонических резонансов.

Рис. 6. Конденсаторы серии GX

На рынке появились современные приборы, которые сочетают высокую производительность традиционных SLC-конденсаторов на частоте 10 ГГц с хорошими низкочастотными характеристиками при малом значении ESR, они обеспечивают сверхширокополосную фильтрацию сигнала. Это компоненты AVX серии GX (0,1 мкФ/16 В), доступные в стандартном корпусе 0603, они могут поставляться с оловянно-свинцовыми выводами, а также во встраиваемом исполнении для особо ответственных применений.

Тонкопленочные компоненты

«Идеальные» пассивные компоненты должны сочетать в себе стабильность свойств стекла, компактность SMD-конструктива и частотные характеристики SLC-структуры. Решение данных задач возможно с помощью тонкопленочных технологий, основанных на использовании высокостабильных диэлектриков (например, SiO2), нанесенных на стабильную алюминиевую базу и выполненных в форме пластин с кристаллами. На их основе можно изготовлять высокостабильные конденсаторы типоразмером вплоть до 0201.

Полученные таким образом чипы дополнительно обрабатываются с помощью методов фотолитографии и плазменно-химического осаждения из газовой фазы (PECVD – Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). Фотолитография позволяет получить прецизионную геометрию элементов, что дает крайне высокую точность и жесткие допуски при изготовлении. Преимуществом низкотемпературного PECVD-процесса является высокая проводимость электродных слоев, что, в свою очередь, обеспечивает оптимальные мощностные характеристики.

Описанная выше технология позволяет получить чрезвычайно стабильные диэлектрические свойства и однослойную структуру (позволяющую устранить гармоники), она легко моделируется и обладает высокой повторяемостью. Характеристики разработанных таким образом компонентов будут очень точно воспроизводиться при серийном производстве, от месяца к месяцу, из года в год. Использование подобных дискретных элементов при разработке схемы позволяет снизить первоначальные затраты на проектирование и обеспечить гибкость конструкции на всем протяжении проекта.

Благодаря высокой точности эти компоненты могут быть использованы для тонкой настройки любой схемы и ее модификации, или даже внесения оперативных изменений в конструкцию, например, для соответствия требованиям FCC (Федеральная комиссия по коммуникациям). Еще одним преимуществом прецизионной тонкопленочной технологии является возможность изготавливать конденсаторы с заданными значениями емкости, если это требуется для схемы настройки.

Малошумящий усилитель (LNA – Low Noise Amplifier) является одним из наиболее критических узлов приемного устройства. Чтобы добиться его максимальной производительности, необходимо иметь высокостабильную схему смещения и точного согласования импеданса. Тонкопленочные технологии позволяют производить дискретные конденсаторы и дроссели с высокой добротностью, низкой величиной ESR и очень низкими отклонениями емкости (±0,01 пФ) и индуктивности (±1 нГн). Это позволяет не только улучшить качество LNA, но и реально расширить возможности производства благодаря устранению необходимости тонкой настройки устройства в процессе изготовления.

Такие же компоненты могут быть использованы для точного согласования входных и выходных характеристик усилителя мощности (РА – Power Amplifier). Благодаря низкому значению потерь тонкопленочных конденсаторов и индуктивностей усилитель может передать в антенну большую мощность. Это позволяет повысить эффективность работы РА и улучшить его тепловые характеристики.

Согласование характеристик антенн является важнейшим вопросом проектирования. Доступное для размещения антенны пространство постоянно сокращается, что, как правило, не позволяет обеспечить идеальность их конструкции. Эта ситуация почти всегда требует применения схемы согласования импеданса антенны. Тонкопленочные конденсаторы и дроссели идеально подходят для решения задачи точного согласования импеданса, что позволяет обеспечить максимальную передачу энергии при любых условиях работы и минимизировать потери на выходе усилителя мощности или на входе LNA.

Помимо высокой точности микроминиатюрных емкостей и индуктивностей, тонкопленочная технология PECVD также позволяет повысить уровень интеграции. Объединение конденсатора и дросселя на одной подложке формирует LC-фильтр низких частот (ФНЧ), как показано на рис. 7.

Рис. 7. Направленный ответвитель

Подобные элементы могут быть выполнены в миниатюрном конструктиве (до 0402), они занимают очень мало места на плате, их применение позволяет снизить стоимость изделия за счет сокращения числа компонентов. Тонкопленочные фильтры обеспечивают высокий коэффициент подавления вне полосы пропускания (>30 дБ) при низком уровне вносимых потерь (<3 дБ), что необходимо для радиочастотных усилителей PA и NDA.

Тонкопленочные фильтры также могут использоваться для изоляции несущей частоты на выходе смесителя после преобразования. Они имеют внутренний импеданс 50 Ом, поэтому нет необходимости во внешнем согласовании, а свойства материалов проводников позволяют им поддерживать мощность до 3 Вт в непрерывном режиме работы.

Направленный ответвитель – это устройство, предназначенное для отбора полезного ВЧ/СВЧ-сигнала при минимальных потерях в сигнале. Тонкопленочные компоненты на основе связанных индукторов обеспечивают очень высокую направленность (параметр, характеризующий соотношение изоляции и коэффициента связи) и низкий уровень вносимых потерь. Такие ответвители позволяют получить наивысший коэффициент направленности из всех компонентов, доступных на современном рынке в миниатюрных корпусах типоразмера до 0402. В диаграмме на рис. 8 ответвитель используется для выборки выходного сигнала и передачи его на схему регулирования коэффициента передачи усилителя мощности. Как и в случае с ФНЧ, эти ответвители способны работать при 3 Вт непрерывной мощности.

Рис. 8. Тонкопленочный ФНЧ

Работа направленных ответвителей основана на принципе связи по электрическому полю. Поле, создаваемое линией передачи, последовательной с цепью сигнала, воздействует на соседний проводник через воздух или диэлектрическую среду. Элементы ответвителя могут быть включены в модуль LTCC, такая структура позволяет использовать сосредоточенные элементы вместо связанных линий для производства направленных ответвителей с коэффициентом связи 10 дБ. Однако тонкопленочные технологии имеют ряд преимуществ в этой области: благодаря малой ширине линий удается получить высокий коэффициент связи, для гибридных ответвителей типоразмера 0603 он достигает 3 дБ.

Ответвитель с конфигурацией портов, показанной на рис. 7 предназначен для передачи 3 дБ (половина мощности) сигнала на другой канал с дополнительным 90° фазовым сдвигом. Это может быть очень полезно в устройствах с I-Q-архитектурой, где каналы имеют сдвиг фаз 90°. С помощью гибридного ответвителя, установленного на выходе генератора, могут быть созданы локальные осцилляторы (LO) для I- и Q-секций. Он также оказывается полезным при использовании двух усилителей, обеспечивающих улучшение линейности путем разделения мощности между двумя цепями и последующего суммирования усиленного сигнала. Такое решение дает возможность снизить уровень гармоник, повысить КПД и коэффициент передачи усилителя.

Тонкопленочные технологии идеально подходят для мало-сигнальных приложений, а созданные на их основе элементы по уровню рабочего напряжения значительно превосходят керамические аналоги. Благодаря этому они демонстрируют очень высокую надежность и оптимальные характеристики в критически важных режимах. Тонкопленочные компоненты выпускаются с оловянно-свинцовыми выводами, применение которых необходимо во многих устройствах специального назначения, а также с оловянно-серебряными выводами, используемыми для высокотемпературной сварки.

Справочная информация по продукции American Technical Ceramics

веб-сайт производителя: www.atceramics.com
Информационные материалы
atc_products_rus.pdf – Краткий обзор продукции American Technical Ceramics (на русском)
prod_select.pdf – Краткий обзор продукции American Technical Ceramics (на английском)
design_kits.pdf – Описание наборов конденсаторов, индуктивностей, резистивных продуктов для разработчкиков: наборов образцов компонентов ATС различных серий и номиналов (на английском).
atc_ltcc_products_guide_rus.pdf – Руководство по разработке продуктов на основе многослойных керамических плат выполненных по LTCC – технологии. Заказная тонкопленочная продукция (на русском). Предоставляется исключительно в справочных целях!
Программное обеспечение
tselect90_revc.zip – Программа TechSelect (интерфейс на английском языке) позволяет определить на требуемой частоте значения добротности, ESR, ESL, Xc, Xl, Z, и многие другие параметры конденсаторов АТС. Помимо этого, программа осуществляет подобор конденсаторов по требуемым характеристикам, а также формирование соответствующего наименования модели.
Компания American Technical Ceramics (сокращенно – ATC) была образована в Нью-Йорке в 1966 году и вначале называлась Phase Industries Inc. Свое нынешнее название компания получила в июне 1984 года. ATC разрабатывает и производит керамические и фарфоровые многослойные конденсаторы, однослойные керамические конденсаторы, индуктивности, резисторы и мощные нагрузки, а также заказные изделия на базе многослойной керамики для использования в ВЧ/СВЧ, медицинской аппаратуре, в системах ВОЛС, а также в широком спектре изделий специального назначения и аэрокосмической отрасли.
Компания имеет собственный исследовательский центр в Джексонвилле, Флорида (Jacksonville, Florida), деятельность которого направлена на создание новых компонентов и улучшение параметров уже существующих. Основное производство ATC сосредоточено в Хантигтон Стэйшн, Нью-Йорк (Huntington Station, New York), однако часть производства находится там же, где и исследовательский центр, — в Джексонвилле. Эта часть производства подверглась серьезной модернизации и в настоящее время позволяет производить высококачественные керамические структуры различных размеров, форм и внутренней конфигурации со строго заданными параметрами. Производство ATC сертифицировано по стандарту ISO-9001, а вся продукция сертифицирована по жестким стандартам MIL-PRF55342, MIL-STD202 и ANSI/J-STD-002.
Поставки продукции осуществляются через широкую сеть представительств в США, Европе, Канаде и странах Азиатско-Тихоокеанского региона. Как было отмечено выше, продукцию ATC составляют много- и однослойные керамические и фарфоровые конденсаторы, различные резистивные продукты, чип-индуктивности, а также заказные специализированные тонкопленочные схемы.
Продукция American Technical Ceramics:
многослойные керамические конденсаторы

однослойные конденсаторы

сверхширокополосные конденсаторы

конденсаторы миллиметрового диапазона

конденсаторы общего применения

конденсаторные сборки большой мощности

чип-индуктивности

резистивные изделия (резисторы, нагрузки, аттенюаторы)

Подробная техническая информация о продукции содержится в наших информационных материалах, а также на веб-сайте производителя.
Конденсаторы для ВЧ/СВЧ. Часть 3 Пленочные и электролитические
Часть 1.
Часть 2.
Часть 3.
Часть 4.
Особенности конструкции и применения
Необходимо сказать о том, как свойства органических вообще и пленочных диэлектриков в частности определили конструктивные особенности и сферы применения конденсаторов этого типа. Пожалуй, главным фактором, определившим современный набор конструктивных исполнений органических конденсаторов, является неширокий по сравнению с керамическими конденсаторами температурный диапазон применения органических полимеров. Это резко снизило возможности использования полимеров в чип-конденсаторах. Речь, прежде всего, идет о процессе пайки, в результате которого может происходить температурное разрушение либо деградация конденсаторов. Дополнительные сложности в «жизнь» органических чип-конденсаторов внесло появление требований RoHS по пайке бессвинцовыми припоями. Поскольку температура плавления таких припоев выше, чем свинцовосодержащих, значительная часть известных серий, в частности пленочных конденсаторов, имеет ограничения при пайке. Часто это невозможность использовать технологию двухволновой пайки либо ограничения по времени прохождения волны припоя. Многолетняя статистика рынка, собранная в основном по пленочным конденсаторам, показывает, что 80–90% таких конденсаторов выпускается в выводном исполнении. Пайка выводов не ухудшает свойств собственно конденсатора.

Органические конденсаторы для ВЧ/СВЧ
Несмотря на то, что признанным лидером в области высокочастотных приложений принято считать керамические конденсаторы, органические полимеры успешно осваивают этот специфический диапазон. Говоря о применении полимерных конденсаторов на высоких частотах, можно упомянуть об авторской технологии AVX — многослойных органических структурах MLO (Multilayer Organic). Эта технология появилась именно как результат усилий по расширению частотного диапазона применения полимерных устройств. Суть ее заключается в том, что из полимерных материалов и посредством отработанных пленочных технологий создается многослойная подложка, стек слоев которой содержит один или несколько уровней полимера с малыми потерями на высоких частотах. Эти слои «зажаты» между слоями металлизации и разделительными. Слои металлизации используются для формирования стандартных компонентов, посредством трассировки соединяемых в целевые устройства. Стандартный стек слоев подложек первого поколения описан в [1] и представлен на рис. 1.
Рис. 1. Подложка MLO с шестью слоями металлизации
Синим цветом на рис. 1 обозначены переходные отверстия между слоями. Основной проблемой при создании этого типа подложек был поиск полимерного материала, имеющего малые потери на высоких частотах и при этом высокую диэлектрическую проницаемость для формирования значительной емкости в малых габаритах. В настоящее время в качестве таких материалов для high-Q‑слоев используются политетрафторэтилен (PTFE) и жидкокристаллические полимеры (LCP). Высокочастотные полимерные подложки MLO стали исключительно благодатной средой для размещения в них стандартных компонентов для повсеместно используемых радиотехнологий: беспроводных сетей многих протоколов, широковещательных спутниковых систем, автомобильных радиосистем и т. п. По технологии MLO выполняются конденсаторы, индуктивности, диплексеры, согласующие четвертьволновые трансформаторы, фильтры, ответвители и другие компоненты, вплоть до радиочастотных микросхем (RFIC). При этом на наружных металлизированных слоях подложек может выполняться стандартная трассировка для SMT-компонентов. Дополнительным бонусом MLO-подложек является их полная совместимость с широко применяемым материалом для печатных плат — FR4. Оба материала имеют одинаковое температурное расширение, и при закреплении MLO-компонентов на печатных платах они не создают дополнительных термических нагрузок на платы. Специалисты фирмы AVX отмечают очень хорошие показатели MLO по диэлектрической абсорбции [2]. По данным [2], этот показатель для MLO составляет 0,0015%, что на порядки лучше абсорбции, например, для керамики NP0 — 0,6%. Это свойство MLO, конечно, весьма востребовано в устройствах выборки/хранения. В качестве практического решения AVX предлагает представленный в [3] MLO-конденсатор формата 0603 (EIA) с диапазоном емкостей 0,1–5,1 пФ, рабочим напряжением 50–250 В. Изделие имеет допуск по номиналу ±0,02 пФ и может применяться в диапазоне частот до 20 ГГц.
Вообще необходимо отметить, что технология сложных подложек переживает период стремительного развития не только в области пленочных технологий. Для керамики примером тому служат 3D однослойные конденсаторы фирмы IPDiA, речь о которых пойдет ниже. А наиболее полным конструктивным аналогом MLO-подложек от AVX являются сложные керамические подложки CapStrate фирмы Johanson Dielectrics.

Типы пленочных конденсаторов и основные материалы для их производства
Конструкция пленочного (как поясняется в сноске в начале обзора) конденсатора схожа с конструкцией многослойного керамического конденсатора или с конструкцией оксидного (электролитического) конденсатора, с тем отличием, что рулон диэлектрика с металлизацией укладывается прямоугольным брикетом. Конструкция пленочного конденсатора компании Wima приведена на рис. 2.
Рис. 2. Конструкция пленочного конденсатора компании Wima
Так же как и в ситуации с MLCC, пленочные конденсаторы имеют большое количество конструктивных исполнений, в основном разделенных на три большие группы c корпусами для поверхностного монтажа (SMD) и выводными корпусами с радиальным (Radial) и аксиальным (Axial) расположением выводов. На рис. 3 представлены некоторые примеры исполнений по информационным материалам фирмы Kemet и промышленной группы Exxelia.
Рис. 3. Виды корпусов пленочных конденсаторов от Kemet и Exxelia:
а) SMD-исполнение от Kemet с размерами 12,7×11,5×6,5 мм;
б) SMD Kemet в корпусе DIL6 с минимальными размерами 11×12,2×6,05 мм;
в) низкоиндуктивные SMD-конденсаторы с самовосстановлением от Exxelia;
г) SMD высокочастотные SMPS Exxelia;
д) радиальный конденсатор с сериальным резистором от Kemet;
е) радиальный Exxelia, выводы с резьбой или в виде контактного лепестка;
ж) радиальный высоковольтный до 1000 В, Exxelia;
з) точный радиальный от Exxelia, каждая обкладка соединена с двумя выводами;
и) аксиальный от Kemet для SMPS-применений;
к) аксиальный низкоиндуктивный от Exxelia;
л) аксиальный высоковольтный до 2200 В от Exxelia;
м) аксиальный Exxelia, имеется исполнение, при котором один из выводов соединен с корпусом
Пленочные конденсаторы применяются, как правило, в сильноточных импульсных устройствах, в том числе работающих в нагруженных режимах с малыми скважностями. Хотя эта область электронной техники напрямую не связана с заявленной темой статьи, тем не менее краткий экскурс в нее оправдан, поскольку в развитии электронной индустрии виден процесс конвергенции, при котором высокочастотные устройства становятся сильноточными, а импульсная техника работает на все больших частотах.
В качестве диэлектрика в них чаще всего применяются поликарбонат, полиэстер и полипропилен, которые называют «большой тройкой» пленочных конденсаторов. Эти диэлектрики применяет большинство фирм — производителей пленочных конденсаторов. Хотя в последнее время на первое место выходит полифенилен сульфид (PPS), который активно замещает конденсаторы из поликарбоната [4]. Достаточно распространены на рынке и конденсаторы с диэлектриком из пропитанной бумаги.
Класс пленочных конденсаторов условно делится на два основных типа. Те конденсаторы, у которых металлические обкладки выполняются из фольги (например, тонкой фольги хрома), называются фольговыми. В англоязычной литературе принят термин all-film либо foiled. Встречается также термин film/foil. Ко второму типу относятся конденсаторы, чьи обкладки выполняются непосредственным напылением на пленку диэлектрика тонкой пленки металла. Это металлизированные конденсаторы, или metallized. В количественном соотношении металлизированные конденсаторы выпускаются в значительно больших объемах, чем фольговые. При этом фирмы-производители стараются разрабатывать и использовать проприетарные технологии изготовления для продвижения своей продукции. Так, перед напылением металлической пленки компания AVX проводит обработку диэлектрика коронным разрядом для лучшего сцепления полимера и металла. О причинах количественного неравенства между фольговыми и металлизированными конденсаторами будет сказано ниже.
В зависимости от типа полимера, который используется в качестве диэлектрика, пленочные конденсаторы можно разбить на три большие группы:
Поликарбонат. Этот материал имеет низкий температурный дрейф (ниже, чем у других материалов), малый коэффициент рассеяния и диэлектрической абсорбции. Конденсаторы на основе поликарбоната применяются в импульсных цепях и прецизионных аналоговых устройствах в тех случаях, когда требуется хорошая температурная стабильность и высокий температурный коэффициент. В отличие от других диэлектриков имеет низкую устойчивость к влажности, что весьма критично в некоторых областях применения. Конденсаторы из поликарбоната имеют высокое тепловое сопротивление (до +125 °C), но плохо подходят для поверхностного монтажа. Большинство производителей рекомендует использовать поликарбонатные пленочные конденсаторы в автомобильных приложениях. Наиболее известные производители конденсаторов этого типа — Kemet PN, Electronic Concepts Inc, American Capacitor Corporation, EFC Wesko.
Полиэстер. Этот материал, вероятно, самый популярный в пленочных конденсаторах, во всяком случае для монтажа на плату. Полиэстер — другое название класса аналогичных полимеров на основе полиэтилена терефталата. Европейское название — милар, PET, PETE или PETP. Высокий коэффициент рассеяния, особенно с ростом частоты, позволяет применять конденсаторы на основе полиэстера в цепях постоянного тока, в низкочастотных импульсных цепях с малым током или в источниках питания. Конденсаторы на основе полиэстера имеют высокий температурный дрейф, но их совместное подключение с конденсаторами на основе полипропилена позволяет выравнивать температурную кривую. Конденсаторы этого типа имеют номиналы 1 нФ – 10 мкФ и выше (речь идет в основном о конденсаторах до 1000 В). Высокое тепловое сопротивление позволяет применять их для поверхностного монтажа. Наиболее известные производители конденсаторов на основе полиэстера — EFC Wesko, Richey, Southern Electronics Inc.
Полипропилен. Конденсаторы на основе полипропилена (РР) являются самым распространенным типом пленочных конденсаторов. Они выпускаются в очень широком диапазоне размеров и рабочих напряжений и применяются во многих электрических цепях. РР имеет низкий коэффициент рассеяния во всем диапазоне рабочих температур и в широком диапазоне частот. Это позволяет применять данный тип конденсаторов в высокочастотных цепях и в цепях с высоким током нагрузки, например в импульсных источниках питания. Некоторые типы конденсаторов имеют рабочее напряжение выше 400 кВ переменного тока. Они предназначены для замены старых моделей электролитических и бумажно-масляных конденсаторов. Конденсаторы данного типа имеют номиналы емкостей 100 пФ – 10 мкФ. Малая утечка и низкий коэффициент диэлектрической абсорбции позволяют применять полипропиленовые конденсаторы в интегрирующих цепях и в цепях выборки и хранения. Влияние влажности незначительное. По температурному дрейфу они немногим превосходят конденсаторы на основе полиэстера, поэтому их эксплуатация ограничена температурой +105 °C и делает невозможным их применение для поверхностного монтажа. Наиболее известные производители конденсаторов на основе полипропилена — Susco, RTI Electronics, TSC Electronics, Suntan.
Интересно практическое количественное сравнение различных типов диэлектриков, данное в материалах фирмы Kemet [4] (табл. 1). Отметим, что в таблице сопротивление изоляции представлено в виде постоянной времени саморазряда конденсатора (секунды) после минутного заряда напряжением 100 или 500 В, в зависимости от типа испытуемого конденсатора.
Таблица 1. Сравнение типов диэлектриков (Kemet)
Материал
диэлектрика
Аббревиатура
Минимальная толщина, мкм
Диэлектрическая константа
(1 кГц, +23 °C)
Нормальная рабочая температура, °C (расширенная)
Температурный коэффициент, ppm/°C
Тангенс угла потерь
(1 кГц, +23 °C), %
Сопротивление изоляции, с
Диэлектрическая абсорбция, %
Полиэстер
PET
0,9
3,3
–55…+100 (+125)
+400 (±200)
0,5
25 000
0,5
Полиэтилен нафталат
PEN
1,4
3
–55…+125 (+150)
+200 (±150)
0,4
25 000
1,2
Поликарбонат
PC
2
2,8
–55…+125
0 (±100) нелинейно
0,15
25 000
0,06
Полифенилен сульфид
PPS
1,2
3
–55…+125 (+175)
0 (–50)…+100 °C
0,06
50 000
0,05
Полипропилен
PP
2,4
2,2
–55…+105 (+125)
–200 почти линейно
0,03
100 000
0,01
Пропитанная бумага
P
8
5,5
–40…+115
+1200 (±200)
0,8
15 000
–

Сильноточные и высоковольтные
Еще одно эксклюзивное свойство пленочных конденсаторов, не присущее другим видам, — так называемое управляемое самовосстановление после пробоя (self-healing). Оно определяется не только и не столько свойствами пленки, сколько уже в целом конструкцией конденсатора. Свойством самовосстановления обладают только металлизированные конденсаторы. Суть его заключается в том, что в случае пробоя диэлектрика (в силу разных причин) ток короткого замыкания локализуется в определенном месте диэлектрика, где возник дефект, уменьшивший сопротивление слоя изоляции. При этом плотность тока такова, что происходит испарение металлизированного слоя в локальной области на двух прилежащих обкладках конденсатора. Испарение металла изолирует проблемную область диэлектрика. Лавинного пробоя не происходит. Работоспособность восстанавливается. Этот процесс иллюстрирует рис. 4 из материалов фирмы Wima.
Рис. 4. Процесс управляемого самовосстановления (Wima)
Как следует из данных производителя, локальные дефекты сопротивления изоляции чаще всего возникают в местах сгиба металлизированной пленки при формировании объема конденсатора вследствие механических напряжений. На рис. 5 представлена микрофотография участка пробоя.
Рис. 5. Участок пробоя (Wima)
Надежная система самовосстановления создает своеобразный синергетический эффект, поскольку позволяет повысить энергетическую эффективность металлизированных конденсаторов за счет увеличения рабочей напряженности электрического поля.
Общепринятая практика рекомендует завершение эксплуатации конденсатора после изменения емкости более чем на 2% (из-за локальных пробоев). При этом понятно, что по достижении такой величины падения емкости конденсатор по-прежнему работоспособен и, следовательно, решение о продлении эксплуатации принимает техперсонал объекта. Такая возможность увеличивает выгоды применения пленочных конденсаторов.
Наличие эффекта самовосстановления в немалой степени способствовало использованию пленочных конденсаторов в сильно-
точной, высоковольтной и импульсной технике. С ним же связано и количественное преобладание на рынке металлизированных конденсаторов по сравнению с фольговыми.
Однако необходимо отметить, что фольговые конденсаторы имеют достаточно устойчивую нишу применения. Это связано с некоторыми параметрами данных конденсаторов, которые лучше, чем у металлизированных. Так, именно из-за применения фольги, значительно более толстой, чем напыляемая пленка, снижается переходное сопротивление в области соединения обкладок с внешним выводом. Благодаря этому фольговые конденсаторы часто предпочтительнее металлизированных в импульсных устройствах. Второй важный плюс фольговых конденсаторов — низкий ток утечки неметаллизированной пленки.
Опять же для сравнения отметим, что фольговые конденсаторы не имеют процесса восстановления после пробоя в том виде, как это только что описано для металлизированных конденсаторов. Это связано с тем, что толщина фольги в фольговом конденсаторе может до 1000 раз превышать толщину металлической пленки в металлизированном конденсаторе. При пробое фольгового конденсатора утилизирующейся в канал пробоя энергии недостаточно для испарения металла, именно из-за его толщины. Происходит сплавление двух обкладок конденсатора.
Тем не менее в фольговых конденсаторах также используются технологии самовосстановления. Примером тому может служить продукция немецкой фирмы Electronicon. Речь идет об их силовых высоковольтных косинусных конденсаторах [5]. Эти изделия выполнены по all-film-технологии и представляют собой набор однотипных спирально намотанных секций, помещенных в общий корпус и имеющих смешанное последовательно-параллельное соединение (рис. 6).
Рис. 6. Схема соединений высоковольтного конденсатора и принцип самовосстановления
Как видно на рис. 6, каждая из параллельно включенных секций защищена плавкой вставкой, представляющей собой медную проволоку диаметром 0,25–0,35 мм. В случае пробоя с последующим коротким замыканием предохранитель отключает неисправную секцию. Конденсатор сохраняет работоспособность с потерей емкости в пределах 1,5–5%. На рис. 6 представлен пример того, как изменится емкость конденсатора в случае перегорания предохранителей в двух секциях изделия. Красной стрелкой показано снижение емкости и реактивной мощности.
Системы внутренней защиты в изделиях компании Electronicon отслеживают состояние конденсатора на протяжении всего жизненного цикла. Известно, что в конце срока службы при большом количестве самовосстанавливающихся пробоев в металлизированных конденсаторах или в результате перегрузок по напряжению или температуре внутри корпуса конденсатора может возникнуть избыточное давление с возможностью катастрофического отказа. Защитой в таких случаях является предохранитель-прерыватель избыточного давления [6], используемый в сериях E62, E63, E65 (рис. 7).
Рис. 7. Предохранитель-прерыватель (Electronicon)
Корпус конденсатора оснащен элементом защиты от повышенного давления. В качестве такового может работать либо гибкая крышка корпуса, либо зигованный желоб на корпусе изделия. Один из выводов конденсатора выполняется внутри корпуса в виде струны с ослабленным участком. При повышении давления и появлении выпуклости на крышке либо растяжении зиговки происходит обрыв проводника в месте тарированного ослабления.
Как мы уже убедились, пленочным конденсаторам в высокой степени свойственны технологии внутренней защиты и поддержания работоспособности.
Вкратце отметим основные исполнения выводных пленочных конденсаторов. В современной практике конденсаторы средней мощности чаще всего изготавливаются по сухой технологии (газонаполненные), а высокой мощности делают маслонаполненными. Для многих приложений используется заполнение корпуса конденсатора полиуретановыми смолами (твердый наполнитель). В качестве жидкого наполнителя наиболее часто применяется рапсовое масло. Применение наполнителей (кроме газа) позволяет повысить пробивное напряжение конденсатора, увеличить работоспособность при низких температурах, улучшить экологические параметры производства, эксплуатации и утилизации конденсаторов.
Необходимо обратить внимание на тот факт, что все перечисленные достоинства пленочных конденсаторов стимулируют замену электролитических конденсаторов пленочными. Процесс этот идет достаточно давно и замедляется только тем, что оксидные конденсаторы пока еще часто выигрывают в ценовом отношении (табл. 2).
Таблица 2. Сравнение основных параметров пленочных и оксидных конденсаторов [7]
Пленочные конденсаторы
Электролитические конденсаторы
Допускается двукратная перегрузка
по напряжению
Максимальная перегрузка в 1,2 раза
Выдерживают броски
обратного напряжения
Нет
Выдерживают быстрый разряд
Нет
Обеспечивают эффективный ток
до ~1 Аrms/мкФ
Примерно в 40 раз меньше
Нет риска выбросов вредных веществ
Используется кислота
Высокая надежность
Средний срок службы меньше
в 10 раз, чем у пленочных
В конце срока службы
максимальное уменьшение емкости 5%.
Можно использовать
и после заявленного срока службы
Снижение емкости до 30%
Длительное хранение не влияет
на характеристики
После длительного хранения
необходимо их восстановление

Заключение
В завершение разговора об органических полимерных конденсаторах отметим, что полимерные и основанные на сходных технологиях конденсаторы имеют широчайшую область, точнее, даже области применения. Граница разделения тут в основном проходит по типу корпуса. Чипированные изделия применяются в индустрии ВЧ, в то время как основная область применения выводных конденсаторов — это сильноточная техника. Силовые приводы электротранспорта, генераторы энергии, мощные импульсные устройства, источники питания, промышленные индукционные установки и сварка, мощные лазеры и сильноточная техника военного применения.
Основными производителями полимерных конденсаторов являются AVX и его подразделение TPC (Thomson Passive Component), Spectrum Advanced Specialty Products, Pilkor Electronics Co., Elpac Components, Wima, Eurofarad, Vishay Intertechnology, Seacor, Kemet, Faratronic Co. Ltd., Ixis, Cornell Dubilier, Epcos, TDK, JARO Components Ink., Electronicon Kondensatoren Gmbh., Exxelia, Sprague-Goodman Electronics Inc., Electronic Concepts Inc., American Capacitor Corporation, EFC Wesko, Richey, Southern Electronics Inc., Susco, RTI Electronics, TSC Electronics, Suntan.
Статья опубликована в №6’2020 журнала «Компоненты и технологии»
Литература
Stratigos J. Capabilities of Multi-Layer Organic Packaging // Microwave Jornal. 2007. September.
Menendez E. Dielectric Absorption of Multilayer Organic (MLO) Capacitors. US, AVX. 2014.
RF Passive Components Made Using Multi-Layer Organic Technology.
kemet.com/Lists/ProductCatalog/Attachments/155/F9000_GenInfo_SMD.pdf
Шишкин С., Юшков А. Новое поколение косинусных конденсаторов среднего напряжения компании Electronicon // Силовая электроника. 2007. № 2.
electronicon.com/fileadmin/inhalte/pdfs/produkte/leistungselektronik/allgemein/PEC_application_notes.pdf
Самойлова М. Пленочные конденсаторы AVX/TPC // Компоненты и технологии. 2007. № 5.
Film capacitors

DC Серия PK16TM (E50): промышленный стандарт

Созданная фирмой Electronicon серия PK16TM (E50), включая копии от других производителей, лидирует в мировом применении в DC- шинах благодаря удачной конструкции, высокой плотности емкости и низкой индуктивности.

Емкость: до 7400мкФ

Напряжение: 600В…5кВ DC

Ток: до 120А

Надежность: 50FIT

Серия E61

С использованием опыта и know-how, полученных с серией PK16, разработаны конденсаторы с такими же отличными характеристиками, но теперь для монтажа на печатную плату

Capacitance: 30…260 µF
Voltage: 500V…1,3kVDC
Size: Ø 50 x 57…120mm
Fit Rate: 50 FIT

Серия E60

Герметичный корпус, низкая индуктивность и минимальное внутреннее сопротивление. Для экстремальных условий эксплуатации

Емкость: до 1000 мкФ
Напряжение: 450..3400В Влажность: до 100% Климатический класс: С

Высоковольтные DC/AC- конденсаторы (E51)

Простое, но эффективное и надежное решение для высоковольтных применений: до 50 кВ без керамических изоляторов!

Емкость: от 0,2 мкФ
Напряжение: до 50кВ DC и 20кВ AC
Надежность: 50 FIT для DC типов

E62- и E64 серии

Маслонаполненные AC конденсаторы для универсального использования: металлический корпус, внутренний механизм защиты от повышенного давления. Оптимизированы для высоких уровней среднего тока.

Емкость: до 2000мкФ
Напряжение: 450В…5кВAC
Ток: до 1400A

E53/E55 серии

Для AC применений с высокочастотными составляющими и боль- шими импульсными токами используются конденсаторы этий се- рий, имеющие короткие токовые пути и мощные выводы.

Емкость: до 400мкФ
Напряжение: до 7200ВDC/2450ВAC
Индуктивность: около 15нГн

Серия E59 (AC/DC)

Заказные конденсаторы в прямоугольных корпусах (Box-type) с большими емкостями и высоким уровнем токовой нагрузки, стойкие и надежные, виброустойчивая конструкция. Изготавливаются по техническим требованиям заказчика

Емкость: до 200мФ
Напряжение: 500В…25кВdc, 200В..17кВAC
Ток: до 1400A
*Другие значения возможны по требованию

E62-3ph/3HF серии

В фильтрах переменного тока конденсаторы подвергаются жест- ким токовым воздействиям и перенапряжениям. Трехфазные кон- денсаторы серии E62-3Ph для работы в таких условиях характерны минимальными потерями и перегревом

Емкость: 3x 5…150мкФ
Напряжение: 640В…1,7кВAC
Срок службы: >200 000 ч

Power Electronics Capacitors Application notes: содержательный набор технических документов и рекомендаций, охватывающий все аспекты выбора и применения пленочных конденсаторов, включая расчет надежности и срока службы при заданных рабочих условиях. Обратитесь к нам для получения Вашей печатной копии этой брошюры.

Этот важный график показывает влияние температуры и перенапряжения на надежностный показатель отказов FIT (Failure In Time, статистическое количество отказов из 10 тыс. конденсаторов за 100 тыс. часов работы). Пересечение зеленых линий (темпера- тура в «горячей точке» +70 °C и номинальное напряжение) дает показатель 50 FIT.

Увеличение температуры в «горячей точке» всего на 7 °C увеличивает количество отказов в два раза, поэтому расчет потерь мощности на конденсаторе и тепловой расчет, а также выбор конденсатора с минимальными потерями являются важными условиями обеспечения надежности изделия

АО “НПП ЭЛКОС”
Научно производственное предприятие ЭЛКОС производит конденсаторы специального назначения
Мы разработаем в кратчайшие сроки и изготовим конденсаторы по Вашему техническому заданию.
Размер партии от единиц до нескольких тысяч штук.
Применение современных материалов и технологий позволяет нам создавать компактные, экологически и пожаробезопасные конденсаторы.
Надежность проверена за 28 лет эксплуатации нашей продукции.
Подробнее о нас
Наши конденсаторы обладают уникальными характеристиками, превосходящими подобную продукцию иностранных производителей и позволяют получить выгодное решение по программе импортозамещения.
Применение разработанных на нашем предприятии конденсаторов открывает новые горизонты характеристик для лазерной и медицинской техники, измерительной техники, электроприводов и силовой электроники.
За время работы установились прочные связи с проектно-конструкторскими и научно-исследовательскими предприятиями и институтами, что позволяет обеспечивать выпуск в серийное производство новых специальных конденсаторов при недостижимых для аналогов показателях цена-качество-характеристики.
Использование в наших конденсаторах новых высокотехнологичных материалов и оригинальных конструкций, позволяют нам создавать и серийно выпускать надёжные конденсаторы, с большим ресурсом работы. По требованию заказчика, мы можем реализовать специальные или улучшенные характеристики.
Высокие стабильность и надёжность наших конденсаторов позволяют разработчикам с уверенностью закладывать наши изделия в конструкцию устройств при макетировании и изготовлении опытного (пилотного) образца с последующим использованием отработанных технических решений в серийном производстве.
Основные преимущества наших конденсаторов по сравнению с известными аналогичными высоковольтными импульсными конденсаторами:
изготовление конденсаторов емкостью от 100 пФ до 10 мкФ и напряжением до 120 кВ;
высокие удельные характеристики: малые габариты и вес;
расширенный интервал температур от минус — 60 до + 105 градусов Цельсия, подтвержденный испытаниями;
низкая индуктивность: до 4 нГн;
низкие тепловые потери;
сохранение работоспособности после пробоя, благодаря свойству самовосстановления.
Мы выпускаем конденсаторы широкого применения для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего токов, а также в импульсном режиме.
Основная номенклатура конденсаторов типа Э
Импульсные конденсаторы типа Э13, Э16 – для накопителей энергии генераторов мощных импульсов тока. Предназначены для «быстрого разряда» в силовой электронике и других энергоемких устройствах. Напряжение до 120 кВ, емкость до 7 мкФ.
Высоковольтные высокочастотные конденсаторы типа Э23, Э24 – для источников вторичного электропитания радиопередающих устройств. Предназначены для работы в импульсном и фильтровом режиме. Напряжение до 120 кВ, емкость до 3 мкФ, рабочая частота до 5 МГц.
Малоиндуктивные конденсаторы для снабберов IGBT типа Э53 – для работы в цепях несинусоидального напряжения в полупроводниковых преобразователях в качестве демпфирующих. Индуктивность до 4 нГн, напряжение 1,0 и 1,5 кВ, емкость до 10 мкФ, частота до 10 кГц.
Демпфирующие конденсаторы типа Э54 – для работы в демпфирующих цепях мощных тиристорных преобразователей. Напряжение до 3 кВ. Емкость до 6,8 мкФ.
Конденсаторы связи типа Э83 – для подключения элементов связи к кабельным сетям переменного тока. Применяются высокочастотных фильтрах радиопередающих устройств и в качестве элемента схемы широкополосного фильтра высокочастотных заградителей. Производятся по техническому заданию (опросному листу).
Накопительные конденсаторы – имеют широкое применение в силовой электронике и других энергоёмких устройствах, где требуется короткое время разряда. Производятся по техническому заданию (опросному листу).
Специальные конденсаторы – производятся по техническому заданию (опросному листу) и применяются преимущественно в научных исследованиях и опытно-конструкторских разработках.
Малогабаритные конденсаторы – производятся по техническому заданию (опросному листу).
Конденсаторы типа Э выпускаются только нашим предприятием и могут быть использованы в качестве аналогов, не уступающих по характеристикам, конденсаторов типа К75 и К78, а также являются замещением конденсаторов изготовленных по технологии MKP (MKV) таких производителей как EPCOS , JB Capacitors (типа JF…), ELECTRONICON, Vishay и тд.
Графеновые суперконденсаторы в 20 раз мощнее, их можно изготавливать с помощью записывающего устройства DVD.
Этот сайт может получать партнерские комиссии по ссылкам на этой странице. Условия эксплуатации.
Группа международных исследователей создала графеновые суперконденсаторы с помощью записывающего устройства DVD LightScribe.Эти конденсаторы очень гибкие (на фото ниже) и имеют плотность энергии и мощности, намного превосходящую существующие электрохимические конденсаторы, возможно, в пределах досягаемости обычных литий-ионных и никель-металлогидридных батарей.
Команда, которую возглавлял Ричард Канер из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, начала с размазывания оксида графита – дешевого и очень легко производимого материала – пленок на чистых DVD. Затем эти диски помещаются в привод LightScribe (ориентированное на потребителя устройство, которое стоит менее 50 долларов), где инфракрасный лазер с длиной волны 780 нм восстанавливает оксид графита до чистого графена.Графен с лазерной разметкой (LSG) снимается и помещается на гибкую подложку, а затем разрезается на кусочки, которые становятся электродами. Два электрода зажаты вместе со слоем электролита посередине – и вуаля, электрохимический конденсатор высокой плотности или суперконденсатор , как они более широко известны.

Теперь, помимо нового производственного процесса – кстати, ученые уверены, что его можно масштабировать для коммерческого применения – главное в конденсаторах LSG – это то, что они обладают очень желательными энергетическими и мощностными характеристиками.Что касается мощности, то суперконденсаторы LSG способны разряжать 20 ватт на см. ³, что примерно на в 20 раз больше, чем у стандартных конденсаторов с активированным углем, и на три порядка выше, чем у литий-ионных батарей. С точки зрения энергии мы говорим о 1,36 милливатт-часах на см ³, что примерно вдвое превышает плотность активированного угля и сопоставимо с мощным литий-ионным аккумулятором.
Эти характеристики проистекают из того факта, что графен является наиболее проводящим материалом, известным человеку – LSG, созданный учеными, показал проводимость 1738 сименс на метр (да, это реальная единица измерения) по сравнению с всего 100 сименсами для активированного угля. .Характеристики конденсаторов почти полностью зависят от площади поверхности электродов, поэтому очень полезно, чтобы один грамм LSG имел площадь поверхности 1520 квадратных метров (треть акра). Как упоминалось ранее, конденсаторы LSG также очень гибкие, что не влияет на их характеристики (на фото справа).
Эти графеновые суперконденсаторы действительно могут изменить технологический ландшафт. В то время как вычислительная мощность примерно удваивается каждые 18 месяцев, технология производства аккумуляторов практически не работает.Суперконденсаторы, которые практически не подвержены деградации в течение 10 000 циклов и более, были названы возможной заменой устройствам с низким энергопотреблением, таких как смартфоны. Благодаря своей огромной плотности мощности суперконденсаторы также могут произвести революцию в электромобилях, где огромным литий-ионным батареям действительно трудно найти баланс между пробегом, ускорением и долговечностью. Однако стоит также отметить, что емкость самих литий-ионных аккумуляторов увеличилась в 10 раз благодаря добавлению графена.В любом случае, похоже, что графен будет играть важную роль в будущем электроники.
Подробнее на сайте Science (платный)
[Изображение предоставлено]
Давайте узнаем о суперконденсаторах! (Практическое руководство по суперконденсаторам): 10 шагов (с изображениями)
Ах, нескончаемые дебаты о балансировке ваших суперконденсаторов. Это сложный вопрос, и я скажу вам, почему. Есть много разных методов балансировки суперконденсаторов, но кажется, что у всех разные предпочтения.Эту информацию бывает сложно найти. Кроме того, большинство методов балансировки ограничивают пределы заряда и разряда вашего суперконденсатора. Это означает, что вы, возможно, нарушите работу балансировочной цепи или повредите свою балансировочную цепь, если вы заряжаете при высоком токе или разряжаете при высоком токе. Доступны индивидуальные схемы балансировки, но они дороги и все же имеют ограничения. Да, даже для схем балансировки Максвелла.
Лично я предпочитаю сделать банк и заряжать его только до 75-80% MAX от общего напряжения заряда .Например, если у меня последовательно подключена батарея конденсаторов на 15 В, я буду заряжать только до 12,5–13 В. Это немного снизит емкость, но у вас не возникнет проблем с чрезмерной зарядкой, так как все ограничения в банке будут заряжены до 75-80% от максимального заряда. Вы можете попробовать это сами.
Есть много других вариантов, таких как использование резистивного делителя цепи, диодов и активных цепей утечки. Я нашел замечательное небольшое обсуждение на форуме (Спасибо ультраконденсаторам.org). Проблема с стабилитронами в том, что вам понадобятся стабилитроны высокой мощности, для которых, скорее всего, потребуются радиаторы. Проблема с резистивным делителем сети заключается в том, что вам придется либо использовать резисторы с высоким сопротивлением и заряжать КРАЙНЕ МЕДЛЕННО, либо использовать резисторы с низким сопротивлением высокой мощности, и вы потеряете ТОННУ энергии в процессе. В этом действительно много всего. Проблема в том, что большая часть теории схем балансировки основана на конденсаторах, которые чрезвычайно малы по сравнению с суперконденсаторами.
См. Эту ссылку для обсуждения на форуме:
http://www.ultracapacitors.org/index.php?option=com_fireboard&Itemid=99&catid=8&func=fb_pdf&id=2247
Если вы готовы пожертвовать некоторой емкостью, тогда мой предпочтительный метод – это путь. Я планирую провести несколько экспериментов в будущем, но вместо того, чтобы предоставлять прямую информацию, которую я не проверял лично, я предлагаю просмотреть документ, опубликованный выше. Это очень горячая тема для разговоров.
При последовательном подключении напряжения на каждом конденсаторе будут изменяться в основном из-за каждого отдельного тока утечки. НАСТОЯТЕЛЬНО рекомендуется использовать одинаковые значения емкости в ваших последовательных банках. Это связано с тем, что если у вас есть конденсатор с высокой емкостью и конденсатор с низкой емкостью, они будут разряжаться с разной скоростью в зависимости от нагрузки. У некоторых их больше, чем у других, что приводит к дисбалансу напряжений. Если вы измеряете напряжение на каждом отдельном конденсаторе в батарее, вы увидите именно это; разное напряжение на каждом из них.Опять же, если вы заряжаете только до 75-80% от максимального заряда, у вас будут разные напряжения на каждом из конденсаторов, но все они будут в пределах диапазона предела заряда.
В ОТНОШЕНИИ СХЕМЫ, РАЗМЕЩЕННОЙ ДЛЯ ЭТОЙ ТЕМЫ:
Большое спасибо Дэвиду А. Джонсону P.E. (Профессиональный инженер) для этой схемы. Документ, лежащий в основе этой схемы, можно найти здесь:
http://www.discovercircuits.com/DJ-Circuits/supcapvoltlim.htm
Безусловно, это лучшая схема балансировки, с которой я когда-либо сталкивался.Это специальная схема для нагрузки 3 В, но ее можно легко изменить для других нужд. Я пройдусь по теории схем, но обязательно посмотрите ссылку выше ! Солнечная панель 9 В, 300 мА MAX заряжает набор из трех суперконденсаторов серии Super. Диод 1N5819 блокирует поступление энергии обратно через солнечную панель. Заряд суперконденсаторов поступает в стабилизатор 3 В, который питает нагрузку (цепь нагрузки здесь не показана). При использовании солнечных батарей необязательно ограничивать заряд резистором, так как вы не повредите солнечную батарею, если потребляете ВСЮ энергию, которую он создает.При использовании настенного трансформатора в сочетании, скажем, с ИС регулируемого источника постоянного тока LM317, ЧРЕЗВЫЧАЙНО важно использовать резистор ограничения заряда.
У каждого конденсатора своя схема ограничителя заряда, и я должен сказать, что это гениально! Каждый из трех конденсаторов подключен к схеме компаратора. Каждая схема компаратора разряжает конденсатор до 2,65 В, если напряжение на положительном входе превышает 1,2 В. Здесь в игру вступает настройка. Вы можете использовать эту схему как образец и действительно отправиться в город со своей модификацией.Эти конденсаторы имеют предел заряда 2,7 В. Инженер, который разработал это, хотел, чтобы каждая крышка была заряжена максимум до 2,65 В (три из них – серия, равная 7,95 В). Эти 7,95 В затем подаются на стабилизатор напряжения 3 В, который является избыточным для этого обсуждения. Защитный резистор 33 кОм включен последовательно с стабилитроном 1,2 В, который устанавливает опорное напряжение 1,2 В на отрицательном входе компаратора. На положительном входе компаратора находится цепь резисторов, состоящая из резисторов 75 кОм и 68 кОм.
Некоторые расчеты:
2,65 В / (75 + 68) = 0,01853 …
0,0185 x 68 = 1,26 В (примерно)
Этот расчет означает, что когда мы видим, что напряжение на конденсаторе повышается до 2,65 В, мы видим более 1,2 В на положительном входе.
Когда на каждом конденсаторе 2,65 В или более, на положительном входе компаратора будет примерно 1,26 В. Когда на положительном входе больше напряжения, чем на отрицательном, включается выход компаратора, активируя полевой транзистор, который снижает напряжение до уровня менее 2.65в. Когда напряжение на конденсаторе меньше 2,65 В, напряжение на положительном входе компаратора ниже, чем напряжение на отрицательном входе, что затем выключает компаратор. Когда компаратор выключен, полевой транзистор не разряжается. Ток, проходящий через полевой транзистор, ограничивается резистором 2,2 Ом 1 Вт. Я считаю, что резистор 10 кОм между стабилитроном 1,2 В и отрицательным входом используется для устранения напряжения смещения и рекомендован в техническом паспорте.
Операционные усилители, используемые в качестве компараторов, имеют микропитание.Это означает, что требования к VCC или напряжению источника питания очень низкие; в данном случае это 1,6-5,5 В. Что действительно круто в этой схеме, так это то, что заземление постоянного тока не используется для сравнения в двух верхних схемах компаратора. Отрицательные контрольные точки – это отрицательные выводы каждого суперконденсатора, что делает рабочее напряжение для каждой цепи напряжением на каждом отдельном конденсаторе.
Lamborghini использует суперконденсаторы в своем самом мощном автомобиле за всю историю
Lamborghini, обладающая тем достоинством, что может устанавливать высокие цены на свои ультраэксклюзивные автомобили, делает то, что экономически ориентированные основные бренды не смогли сделать в этом Дело в том, что Sián мощностью 800 лошадиных сил – это умеренно-гибридный суперкар без аккумуляторной батареи.
48-вольтовый электромотор Sián, встроенный в трансмиссию, использует суперконденсатор в качестве резерва мощности. Lamborghini не предоставила точных характеристик своего суперконденсатора, но выяснила, что он в три раза мощнее литий-ионной батареи того же веса.
Производители, зависящие от аккумуляторов, такие как Tesla, стремятся найти новые решения, которые увеличивают диапазон и сокращают время зарядки, сокращая при этом спрос на конфликтные материалы. В то время как отрасль в основном по-прежнему сосредоточена на улучшении аккумуляторных технологий, некоторые производители уже рассматривают следующее решение для хранения энергии.
Для многих в отрасли это технология суперконденсаторов – возможно, в сочетании с несколько более медленным и более стабильным химическим составом батарей или с уменьшением размеров части трансмиссии.
Гибридный гиперкар Lamborghini Sián
В Сиане суперконденсатор обеспечивает электродвигатель мощностью, достаточной для создания дополнительных 34 лошадиных сил. Lamborghini использует это, чтобы сгладить ускорение, преодолевая перерывы в подаче мощности, которые возникают, когда механическая трансмиссия переключает передачу. Lamborghini говорит, что такой подход устраняет любые резкие движения, которые обычно возникают во время смены.Это также делает Sián более быстрым, поскольку в его ускорении меньше разрывов.
Поскольку суперконденсаторы можно заряжать и разряжать симметрично, они представляют собой невероятно эффективное средство обеспечения кратковременной, но сильной электрической помощи транспортному средству, движущемуся по трассе. Суперконденсатор разряжается во время разгона и перезаряжается во время торможения, а это означает, что в этой ситуации электромотор практически никогда не испытывает недостатка в мощности, необходимой для выполнения своей работы.
Lamborghini не впервые использует технологию суперконденсаторов в своем флагманском автомобиле.В Aventador, который был предыдущей моделью Lamborghini, был использован суперконденсатор в своей системе автостоп-старт, а не стартер с питанием от батареи.
Мощный гибридный материал графена для высокоэффективного накопления энергии
Гибрид графена, сделанный из металлоорганических каркасов (MOF) и графеновой кислоты, является отличным положительным электродом для суперконденсаторов, которые, таким образом, достигают плотности энергии, аналогичной плотности никель-металлогидридных батарей. Предоставлено: проф.Ю. Коллебойна / ИИТЖ
Команда, работающая с Роландом Фишером, профессором неорганической и металлоорганической химии в Техническом университете Мюнхена (TUM), разработала высокоэффективный суперконденсатор. В основе устройства накопления энергии лежит новый, мощный и устойчивый гибридный графеновый материал, характеристики которого сопоставимы с используемыми в настоящее время батареями.
Обычно накопитель энергии связан с батареями и аккумуляторами, которые обеспечивают энергией электронные устройства.Однако в наши дни в ноутбуках, камерах, мобильных телефонах или транспортных средствах все чаще устанавливаются так называемые суперконденсаторы.
В отличие от батарей они могут быстро накапливать большое количество энергии и так же быстро ее разряжать. Если, например, поезд тормозит при входе на станцию, суперконденсаторы накапливают энергию и обеспечивают ее снова, когда поезду очень быстро требуется много энергии при запуске.
Однако одной из проблем суперконденсаторов на сегодняшний день было отсутствие у них плотности энергии.В то время как литиевые аккумуляторы достигают плотности энергии до 265 киловатт-часов (кВт / ч), суперконденсаторы пока доставляют только десятую часть от этого уровня.
Экологичный материал обеспечивает высокую производительность
Команда, работающая с химиком TUM Роландом Фишером, теперь разработала новый, мощный и устойчивый гибридный графеновый материал для суперконденсаторов. Он служит положительным электродом в накопителе энергии. Исследователи комбинируют его с проверенным отрицательным электродом на основе титана и углерода.
Гибриды графена, изготовленные из металлоорганических каркасов (MOF) и графеновой кислоты, являются отличным положительным электродом для суперконденсаторов, которые, таким образом, достигают плотности энергии, аналогичной плотности никель-металлогидридных батарей. Черный цвет указывает на высокую подвижность электронов в материале. Предоставлено: проф. Д-р Дж. Коллебойна / IITJ
.
Новое устройство накопления энергии не только обеспечивает плотность энергии до 73 Втч / кг, что примерно эквивалентно плотности энергии никель-металлогидридной батареи, но также работает намного лучше, чем большинство других суперконденсаторов, при плотности мощности 16 кВт / кг.Секрет нового суперконденсатора заключается в сочетании различных материалов, поэтому химики называют суперконденсатор «асимметричным».
Гибридные материалы: природа – образец для подражания
Исследователи делают ставку на новую стратегию преодоления пределов производительности стандартных материалов – они используют гибридные материалы. «Природа полна очень сложных, эволюционно оптимизированных гибридных материалов – например, кости и зубы. Их механические свойства, такие как твердость и эластичность, были оптимизированы за счет сочетания различных материалов по своей природе », – говорит Роланд Фишер.
Абстрактная идея объединения основных материалов была перенесена на суперконденсаторы группой исследователей. В качестве основы они использовали новый положительный электрод накопителя с химически модифицированным графеном и объединили его с наноструктурированным металлоорганическим каркасом, так называемым MOF.
Мощный и стабильный
Решающим фактором для характеристик гибридов графена являются, с одной стороны, большая удельная поверхность и контролируемые размеры пор, а с другой стороны, высокая электропроводность.«Высокие рабочие характеристики материала основаны на комбинации микропористых MOF с проводящей графеновой кислотой», – объясняет первый автор Джаярамулу Коллебойина, бывший приглашенный ученый, работавший с Роландом Фишером.
Для хороших суперконденсаторов важна большая поверхность. Это позволяет собирать в материале соответственно большое количество носителей заряда – это основной принцип хранения электрической энергии.
Благодаря умелому дизайну материалов исследователям удалось связать графеновую кислоту с MOF.Полученные гибридные MOF имеют очень большую внутреннюю поверхность до 900 квадратных метров на грамм и очень эффективны в качестве положительных электродов в суперконденсаторе.
Длинная устойчивость
Однако это не единственное преимущество нового материала. Чтобы получить химически стабильный гибрид, необходимы прочные химические связи между компонентами. По словам Фишера, связи, по-видимому, такие же, как между аминокислотами в белках: «Фактически, мы соединили графеновую кислоту с MOF-аминокислотой, которая создает тип пептидной связи.”
Стабильное соединение между наноструктурированными компонентами имеет огромные преимущества с точки зрения долгосрочной стабильности: чем стабильнее связи, тем больше циклов зарядки и разрядки возможно без значительного ухудшения производительности.
Для сравнения: классический литиевый аккумулятор имеет срок службы около 5000 циклов. Новая ячейка, разработанная исследователями TUM, сохраняет почти 90% емкости даже после 10 000 циклов.
Международная сеть экспертов
Фишер подчеркивает, насколько важным было свободное международное сотрудничество, которое исследователи контролировали сами, когда дело дошло до разработки нового суперконденсатора.Соответственно построила команду Джаярамулу Коллебойина. Он был приглашенным ученым из Индии, приглашенным Фондом Александра фон Гумбольдта, и который в настоящее время является главой химического отдела в недавно созданном Индийском технологическом институте в Джамму.
«Наша команда также установила контакты с экспертами по электрохимии и исследованиям аккумуляторов в Барселоне, а также с экспертами по производным графена из Чешской Республики», – сообщает Фишер. «Кроме того, у нас есть интегрированные партнеры из США и Австралии.Это прекрасное международное сотрудничество многообещает в будущем ».
Ссылка: «Ковалентные гибриды графена-MOF для высокоэффективных асимметричных суперконденсаторов» Коллебойной Джаярамулу, Михаэля Хорна, Андреаса Шнеманна, Ханиша Сайни, Аристидеса Бакандритсоса, Вацлава Ранца, Мартина Петра, Виталия Балахас Шепаламент Шендраба, Шендраба Михал Отепка, Нунцио Мотта, Дипак Дубал, Радек Зборжил и Роланд А. Фишер, 4 декабря 2020 г., Advanced Materials .
DOI: 10.1002 / adma.202004560
Новый рубеж в энергетической гонке
Гибридные «силовые конденсаторы», которые могут хранить столько же энергии, как литиевые батареи, но с гораздо более высокой скоростью заряда / разряда, огромным диапазоном безопасных рабочих температур, сверхдлительным сроком службы и отсутствием риска взрывы уже производятся, говорит небольшая бельгийская компания, которая уже некоторое время тестирует и продает их.
Китайскую семейную компанию Shenzhen Toomen New Energy сложно найти, по крайней мере, в англоязычном Интернете, но бельгийский инженер-электронщик Эрик Ферхульст наткнулся на представителей Toomen на крошечном стенде на выставке Hannover Messe в Германии еще в 2018 году. в поисках аккумуляторных батарей нового поколения для стартапа по производству электромобилей, которым он руководил.
Команда Toomen сделала ужасное заявление, заявив, что им удалось создать мощные суперконденсаторы с плотностью энергии литиевых батарей. «Конечно, это невероятное заявление», – сказал нам Ферхюльст. «Это в 20 раз лучше, чем, например, у Максвелла в то время. Поэтому я не торопился, пошел туда, посмотрел их тесты, сам провел несколько тестов и убедился, что это реально. в конце 2018 года мы заключили соглашение о том, чтобы стать их эксклюзивным партнером ».
По словам Ферхульста, когда он и его команда доставили эти «силовые конденсаторы» в лабораторию, они работали даже лучше, чем они выглядели в спецификации.Он попытался сломать их с помощью уровней заряда и разряда до 50C, что более чем вдвое превышает их номинальную емкость. Они отказались проиграть. Он оставлял их полностью заряженными на несколько месяцев, и обнаружил, что они все еще хорошо заряжены, когда снова поднял их. Мюнхенский университет протестировал и подтвердил их способность выдерживать температуры от -50 ºC (-58 ºF) до 45 ºC (113 ºF) без каких-либо систем обогрева или охлаждения.
И их плотность энергии была невероятной. Ячейки с наивысшей плотностью получали от 200 до 260 Втч / кг, что практически равняется литиевым батареям сегодняшнего дня, но с более высокой скоростью заряда и разряда и отсутствием риска взрыва.Варианты, ориентированные на мощность, обеспечивали плотность 80 и 100 Втч / кг и заряжались и разряжались при 10 и 20 ° C.
Так как же они работают? Что ж, элементы силового конденсатора представляют собой странную конструкцию, находящуюся на полпути между обычным суперконденсатором на углеродной основе и элементом литиевой батареи. Конденсаторы заряжаются статически, как будто вы натираете воздушный шар о свой джемпер. Вот почему они так хорошо заряжаются и быстро разряжаются. Батареи используют химические реакции для накопления и высвобождения заряда, что замедляет их работу, придает им более высокую плотность энергии, а также их склонность к возгоранию и взрыву из-за образования дендритов..
В гибридной конструкции один электрод похож на суперконденсатор, а другой содержит литий, немного похожий на батарею
Kurt.Energy
Конденсаторы мощности
Toomen имеют один электрод с «активированным углем», сделанный из варианта графена, а другой «основан на соединении лития, но по сравнению с литий-ионным, там нет активного лития», согласно Ферхульсту. «Никакой химической реакции нет, заряды хранятся статически, как в суперконденсаторе.Один электрод имеет некоторый эффект батареи, но чего у вас нет, так это свободного потока ионов лития, плавающих в батарее, которые могут образовывать [потенциально опасные] дендриты. “Есть некоторое количество электролита, но на самом деле он присутствует только в качестве наполнителя, который позволяет зарядам перемещаться. Он впитывается материалом наноуглеродного электрода, поэтому, если ячейки разорвутся, «очень мало или совсем не вытечет».
В настоящее время существует два варианта, один с приоритетом плотности энергии и другие, обеспечивающие максимальную мощность.Ячейки высокой плотности в настоящее время предлагают от 200 до 260 Втч / кг с номинальной плотностью мощности около 300-500 Вт / кг. Ячейки высокой мощности получают 80–100 Втч / кг с удельной мощностью около 1500 Вт / кг, достигая пика до 5000 Вт / кг.
«У нас также есть прототип пакетной ячейки, – говорит Ферхюльст, – которая имеет очень интересную объемную плотность [более чем в два раза превышает объемную плотность цилиндрических ячеек с самой высокой плотностью при 973 Вт · ч / литр]. Но нам нужно больше тестов. чтобы убедиться, что он действительно работает и безопасен, потому что механическая стабильность ячеек мешочка сложнее, чем цилиндрических ячеек.«
В компромиссе между плотностью энергии и удельной мощностью силовые конденсаторы Toomen предлагают впечатляющие преимущества
Kurt.Energy
Чтобы поместить эти числа в контекст, коммерческий ультраконденсатор текущей модели, такой как DuraBlue от Maxwell, предлагает гораздо более низкую плотность энергии, всего 8-10 Втч / кг, но невероятно высокую плотность мощности около 12000-14000 Вт / кг. С другой стороны, хорошая литиевая батарея обычно предлагает 150-250 Втч / кг, а мощность составляет около 250-350 Вт / кг.Таким образом, хотя это явно компромисс между мощностью и накоплением энергии, силовые конденсаторы Toomen, безусловно, предлагают преимущества в мощности на конце шкалы с высокой плотностью и огромные преимущества по плотности на конце шкалы высокой мощности.
Это тоже не конечная точка. «Я общаюсь с командой Toomen каждый день – даже сейчас, когда все они в основном находятся под домашним арестом из-за карантина по коронавирусу», – говорит Ферхюльст. «Основатель сейчас немного старше, но у него 200 патентов на свое имя.Они пришли из энергетической отрасли, но явно очень хороши в химии. Они протестировали сотни вариантов, сочетающих суперконденсатор с углеродом и одним литиевым электродом, как в литиевой батарее, и я могу видеть в отчетах об испытаниях, что у них было постепенное улучшение производительности. Я почти уверен, что мы сможем продвинуться еще дальше ».
Ферхюльст говорит, что мощные элементы уже находятся в производстве, а его компания Altreonic – Kurt.Energy уже осуществляет продажи на автомобильном рынке, рынках хранения энергии и солнечной энергии, с Ключевым фактором является способность ячеек Toomen безупречно работать в таком широком диапазоне температур.Он работает над привлечением инвестиций, необходимых для внедрения ячеек высокой плотности в серьезное серийное производство, а тем временем группа из Мюнхенского университета оценивает возможности использования силовых конденсаторов в глубоком космосе, где температура может достигать -200 ºC (-328 ºF).
Теоретически эти силовые конденсаторы можно было бы собрать в большой аккумуляторный блок и использовать для питания дальнего сверхбыстрого заряда электромобиля. Например, мощные версии могут заряжаться до 75 процентов за пять минут. Но Ферхульст не верит, что эта технология наводнит автомобильный рынок.«Вам нужно зарядное устройство, которое может справиться с этим», – говорит он нам. «Аккумулятор на 10 кВтч, заряженный за пять минут, означает, что вам понадобится зарядное устройство на 100 кВт. Если вы затем перейдете к большим, скажем, к батарее на 100 кВтч, вам понадобится зарядное устройство на мегаватт. Это много. Это целая мощность. станции. Так что масштабируемость по-прежнему остается проблемой.
«Я инженер, я прагматичен. Еще слишком рано для всех переходить на электричество. Нам нужно что-то получше. Теперь это работает, если вы едете локально, скажем, вы проезжаете 50-80 км в день и подключаетесь дома.Это работает сегодня. На больших расстояниях, если вы хотите быть практичным, подойдут гибриды. Но дело в том, что если вы используете гибрид, вы можете снизить расход топлива на 90 процентов. Это важно, но по какой-то причине люди кажутся либо на 100% электрическими, либо на 100% обычными автомобилями. Я думаю, что практическое решение на следующие 10-20 лет – это гибриды ».
Имея это в виду, силовые конденсаторы сразу же могут быть полезны в мире гибридных систем питания, где вы можете использовать источник питания с очень высокой плотностью, например бензин или водород для обеспечения стабильной мощности, а также силовой конденсатор меньшей емкости в качестве мощного буфера, способный немедленно выдавать большую мощность и принимать при необходимости высокие уровни заряда.
Силовые конденсаторы Toomen в виде сэндвича для монтажа в стойку
Kurt.Energy
Некоторые клиенты Kurt.Energy, например, строят большие проточные батареи для хранения энергии. Они большие, дешевые и хранят много энергии, но не обладают большой выходной мощностью. «Сделав, скажем, треть вашей емкости системой силовых конденсаторов, – говорит Ферхюльст, – вы получите систему, которая может реагировать на динамические нагрузки.
Что касается цены? Ферхюльст говорит, что это сложный вопрос. «Сегодня мы явно дороже, потому что нет массового производства. С другой стороны, если вы примете во внимание, что вам обычно не нужны BMS или система охлаждения, а также другие факторы, такие как безопасность и срок службы, ну, если вы посмотрите, скажем, на доллары за киловатт за цикл, тогда мы дешевле. Это то, что вам следует покупать только в том случае, если вы хотите использовать его в течение 10 лет на данный момент ». Однако, помимо высокой цены на графен, он говорит, что нет никаких причин, по которым массовое производство не могло бы значительно приблизить цены.«На данный момент, – говорит он, – это в основном эффект масштаба».
Не говоря уже о том, что отсутствие систем управления батареями и охлаждения действительно могло бы значительно повысить удельную мощность системы силовых конденсаторов в полной упаковке или в масштабе транспортного средства просто потому, что вам не нужно нести вес и размер этих компонентов . Таким образом, кажется, что весь потенциал этой системы еще не раскрыт. Мы будем следить за этим пространством!
Источник: Kurt.Energy
Мощный гибридный материал графена для высокоэффективных суперконденсаторов – ScienceDaily
Команда, работающая с Роландом Фишером, профессором неорганической и металлоорганической химии в Техническом университете Мюнхена (TUM), разработала высокоэффективный суперконденсатор.В основе устройства накопления энергии лежит новый, мощный и устойчивый гибридный графеновый материал, характеристики которого сопоставимы с используемыми в настоящее время батареями.
Обычно накопитель энергии связан с батареями и аккумуляторами, которые обеспечивают энергией электронные устройства. Однако в наши дни в ноутбуках, камерах, мобильных телефонах или транспортных средствах все чаще устанавливаются так называемые суперконденсаторы.
В отличие от батарей они могут быстро накапливать большое количество энергии и так же быстро ее разряжать.Если, например, поезд тормозит при входе на станцию, суперконденсаторы накапливают энергию и обеспечивают ее снова, когда поезду очень быстро требуется много энергии при запуске.
Однако одной из проблем суперконденсаторов на сегодняшний день было отсутствие у них плотности энергии.
Экологичный материал обеспечивает высокую производительность
Команда, работающая с химиком TUM Роландом Фишером, теперь разработала новый, мощный и устойчивый гибридный графеновый материал для суперконденсаторов.Он служит положительным электродом в накопителе энергии. Исследователи комбинируют его с проверенным отрицательным электродом на основе титана и углерода.
Новое устройство накопления энергии не только обеспечивает плотность энергии до 73 Втч / кг, что примерно эквивалентно плотности энергии никель-металлогидридной батареи, но также работает намного лучше, чем большинство других суперконденсаторов, при плотности мощности 16 кВт / кг. Секрет нового суперконденсатора заключается в сочетании различных материалов, поэтому химики называют суперконденсатор «асимметричным».«
Гибридные материалы: природа – образец для подражания
Исследователи делают ставку на новую стратегию преодоления пределов производительности стандартных материалов – они используют гибридные материалы. «Природа полна очень сложных, эволюционно оптимизированных гибридных материалов – примеры – кости и зубы. Их механические свойства, такие как твердость и эластичность, были оптимизированы благодаря сочетанию различных материалов по своей природе», – говорит Роланд Фишер.
Абстрактная идея объединения основных материалов была перенесена на суперконденсаторы группой исследователей.В качестве основы они использовали новый положительный электрод накопителя с химически модифицированным графеном и объединили его с наноструктурированным металлоорганическим каркасом, так называемым MOF.
Мощный и стабильный
Решающим фактором для характеристик гибридов графена являются, с одной стороны, большая удельная поверхность и контролируемые размеры пор, а с другой стороны, высокая электропроводность. «Высокие рабочие характеристики материала основаны на сочетании микропористых MOF с проводящей графеновой кислотой», – объясняет первый автор Джаярамулу Коллебойина, бывший приглашенный ученый, работавший с Роландом Фишером.
Для хороших суперконденсаторов важна большая поверхность. Это позволяет собирать в материале соответственно большое количество носителей заряда – это основной принцип хранения электрической энергии.
Благодаря умелому дизайну материалов исследователям удалось связать графеновую кислоту с MOF. Полученные гибридные MOF имеют очень большую внутреннюю поверхность до 900 квадратных метров на грамм и очень эффективны в качестве положительных электродов в суперконденсаторе.
Длинная устойчивость
Однако это не единственное преимущество нового материала. Чтобы получить химически стабильный гибрид, необходимы прочные химические связи между компонентами. По словам Фишера, связи, по-видимому, такие же, как между аминокислотами в белках: «Фактически, мы соединили графеновую кислоту с MOF-аминокислотой, которая создает тип пептидной связи».
Стабильное соединение между наноструктурированными компонентами имеет огромные преимущества с точки зрения долгосрочной стабильности: чем стабильнее связи, тем больше циклов зарядки и разрядки возможно без значительного ухудшения производительности.
Для сравнения: классический литиевый аккумулятор имеет срок службы около 5000 циклов. Новая ячейка, разработанная исследователями TUM, сохраняет почти 90% емкости даже после 10 000 циклов.
Международная сеть экспертов
Фишер подчеркивает, насколько важным было свободное международное сотрудничество, которое исследователи контролировали сами, когда дело дошло до разработки нового суперконденсатора. Соответственно построила команду Джаярамулу Коллебойина.Он был приглашенным ученым из Индии, приглашенным Фондом Александра фон Гумбольдта, и который в настоящее время является главой химического отдела в недавно созданном Индийском технологическом институте в Джамму.
«Наша команда также установила контакты с экспертами по электрохимии и исследованиям аккумуляторов в Барселоне, а также с экспертами по производным графена из Чешской Республики», – сообщает Фишер. «Кроме того, у нас есть интегрированные партнеры из США и Австралии. Это прекрасное международное сотрудничество многообещает в будущем.«
Исследование было поддержано Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) в рамках кластера передового электронного преобразования, Фондом Александра фон Гумбольдта, Индийским технологическим институтом Джамму, Технологическим университетом Квинсленда и Австралийским исследовательским советом (ARC). Дальнейшее финансирование поступило из Европейского фонда регионального развития, предоставленного Министерством образования, молодежи и спорта Чешской Республики.
3 лучших автомобильных аудиоконденсатора (2020)
Преимущества автомобильных аудиоконденсаторов
Улучшенная видимость. Без одного из лучших конденсаторов автомобильной стереосистемы свет внутри и снаружи вашего автомобиля может тускнеть, когда вы включаете музыку. Это может незначительно или значительно отличаться в зависимости от мощности вашего усилителя. Это делает вождение в ночное время более опасным и может привести к аварии. Лучший конденсатор гарантирует, что свет не будет тускнеть тогда, когда он вам нужен больше всего.
Не отвлекайтесь. Если вы ведете машину с включенной музыкой и высокими басами, ваши фары могут неожиданно мигать, из-за чего вы отвлекаетесь.Усилители питаются от аккумулятора и в конечном итоге могут потреблять большое количество энергии из автомобиля. Конденсатор позволяет усилителю работать от него, позволяя автомобильному аккумулятору сосредоточиться на свете и многом другом, что делает вождение более безопасным.
Улучшение характеристик автомобиля. Аккумулятор, предназначенный для питания аудиосистемы, а не для фар и фар автомобиля, может повредить другие важные элементы автомобиля. Это может привести к перегрузке генератора или аккумулятора, что приведет к полной гибели вашего автомобиля.Небольшой, но мощный конденсатор может питать звук, давая генератору достаточно энергии для правильного запуска вашего автомобиля и батарее, достаточной для работы всего остального.
Типы конденсаторов автомобильной аудиосистемы
Электролитический
Основное различие типов конденсаторов автомобильной аудиосистемы заключается в их способности удерживать заряд. Электролитические обычно имеют более высокую скорость перезарядки, но меньшую мощность в их резерве. Электролитический конденсатор также обычно поставляется в круглой канистре, и он должен использовать один фарад (количество энергии, которое они могут удерживать) на каждые 1000 ватт мощности.
Углеродные
Углеродные автомобильные конденсаторы являются противоположностью своим электролитическим аналогам. Хотя они способны удерживать больше энергии для возврата к усилителю и всей аудиосистеме, они не смогут заряжаться так быстро. Обычно они используют то же количество фарад, что и электролитические конденсаторы.
Hybrid
Вы также можете найти смесь электролитических и углеродных моделей, но они могут быть дороже и крупнее. Они будут выглядеть как уменьшенная версия автомобильного усилителя, и рекомендуется использовать пять фарад на каждые 1000 ватт мощности.Если вам нужна вторая батарея, подумайте о гибридном аудиоконденсаторе.
Ведущие бренды
Boss Audio
Компания Boss Audio со штаб-квартирой в Окснарде, Калифорния, работает более 30 лет. Он отвечает за производство множества автомобильного аудиооборудования, такого как усилители, сабвуферы, твиты и конденсаторы. Одним из самых популярных автомобильных аудиоконденсаторов является автомобильный конденсатор Planet Audio 10 Фарад.
Rockford Fosgate
Rockford Fosgate была основана в 1973 году и является частью Темпе, штат Аризона., компания Rockford Corporation. Он производит аудиопродукцию для автомобильной, морской, мотоциклетной и других областей применения. Один из самых продаваемых конденсаторов – цифровой гибридный конденсатор Rockford на 10 Фарад.
Rockville
Главный офис компании находится в Инвуде, штат Нью-Йорк. Rockville специализируется на создании высококачественных автомобильных аудиокомпонентов. Компания также производит динамики, усилители и ресиверы для лодок и других внедорожников. Одна из лучших разработок автомобильных конденсаторов – цифровой автомобильный конденсатор Rockville 4 Фарад.
Stinger
Stinger работает в сфере автомобильной аудиотехники последние 30 лет. Компания предлагает лучшие автомобильные аудио аксессуары, комплекты проводов, аккумуляторы, сабвуферы и многое другое для улучшения музыки в вашем автомобиле. Компания Stinger со штаб-квартирой в Клируотере, штат Флорида, отвечает за конденсатор Stinger Pro Hybrid 5 Фарад.
Стоимость автомобильных аудиоконденсаторов
Менее 50 долларов: В этом ценовом диапазоне вы найдете хорошее количество автомобильных конденсаторов, которые сделают свою работу.Они отличаются количеством фарад; чем выше число фарадов, тем дороже будет конденсатор. Они также будут иметь два клеммных разъема и меньшее напряжение.
Более 50 долларов: В этом ценовом диапазоне цены на конденсаторы зависят от количества фарад, клемм и напряжения. Чем их больше, тем прочнее и долговечнее будет конденсатор.
Основные характеристики
Номинальная стоимость
Номинальная стоимость конденсатора является одним из наиболее важных факторов компонента.Он измеряет, сколько заряда может удерживать устройство, используя фарады. Диапазон может варьироваться от двух фарад до нескольких больше. Чем мощнее ваш усилитель, тем больше фарад вам понадобится.
Значение перенапряжения
Вторая по важности характеристика конденсатора – это его номинальное значение и значения импульсного напряжения. Вы должны быть уверены, что конденсатор имеет постоянный ток выше, чем ваш генератор и аккумулятор. Однако при выборе правильного значения напряжения следует соблюдать осторожность; конденсатор, который превышает свой уровень перенапряжения, может быть поврежден без возможности ремонта, а низкое напряжение также может вызвать его короткое замыкание.
Клеммы
Чем больше клемм у конденсатора, тем больше компонентов вы можете к нему подключить. В то время как меньшие обычно поставляются с двумя терминалами, более крупные будут иметь больше. Дополнительные клеммы также полезны, если вам нужно использовать его в качестве распределительного блока, и это упростит установку оборудования.
Прочие соображения
Защита по напряжению: Ищите конденсатор с защитой на верхнем и нижнем концах напряжения.Это гарантирует, что крышка прослужит несколько лет. Кроме того, многие должны иметь автоматическое отключение.
Время зарядки: Если конденсатор заряжается долго, например, более минуты, подумайте о замене его на другой. Он может быстро нагреться, что приведет к его возгоранию и поломке.
Дисплей: Конденсатор со светодиодным дисплеем – отличный способ контролировать количество заряда внутри него.
Лучшие автомобильные аудиоконденсаторы Обзоры и рекомендации 2020
Советы
При первой зарядке конденсатора делайте это медленно.Большинство конденсаторов поставляются с резистором для ограничения скорости зарядки. Если у вас его нет, вы можете использовать автомобильный фонарь на 12 вольт или небольшой светодиод.
Чтобы обеспечить максимальную мощность, убедитесь, что конденсатор находится рядом с усилителем.
Будьте внимательны при подключении конденсатора к автомобилю. Как и у батарей, у них есть красный положительный кабель и черный отрицательный кабель.
Часто задаваемые вопросы
В: Как определить необходимое мне количество фарадов?
A: Чтобы точно определить, сколько фарад требуется для работы вашей аудиосистемы, сначала проверьте автомобильный усилитель.Тем, кто потребляет менее 2000 ватт, нужно всего около одной-двух фарад для успешного питания вашей системы. Чем больше у вас мощности, тем больше фарад вам потребуется.
Q: Что делает дополнительный вывод на конденсаторе?
A: Дополнительная клемма может быть для дисплея вольтметра. Если оставить его включенным в течение длительного времени, аккумулятор может разрядиться. Терминал действует как дистанционный переключатель включения и выключения для предотвращения дренажа.
В: Как измеряются конденсаторы?
A: Вы можете измерить энергию внутри конденсатора, выполнив тестовую частоту с использованием 1 кГц или 120 Гц.
Заключительные мысли
В качестве одного из самых мощных и надежных автомобильных аудиоконденсаторов, которые сделают ваш свет ярким, рассмотрите автомобильный конденсатор Planet Audio 10 Фарад.
Вы можете выбрать более экономичный вариант и при этом сохранить накачку басов с конденсатором BOSS Audio Systems CPBK2 2 Фарад.
.

Материал диэлектрика	Аббревиатура	Минимальная толщина, мкм	Диэлектрическая константа (1 кГц, +23 °C)	Нормальная рабочая температура, °C (расширенная)	Температурный коэффициент, ppm/°C	Тангенс угла потерь (1 кГц, +23 °C), %	Сопротивление изоляции, с	Диэлектрическая абсорбция, %
Полиэстер	PET	0,9	3,3	–55…+100 (+125)	+400 (±200)	0,5	25 000	0,5
Полиэтилен нафталат	PEN	1,4	3	–55…+125 (+150)	+200 (±150)	0,4	25 000	1,2
Поликарбонат	PC	2	2,8	–55…+125	0 (±100) нелинейно	0,15	25 000	0,06
Полифенилен сульфид	PPS	1,2	3	–55…+125 (+175)	0 (–50)…+100 °C	0,06	50 000	0,05
Полипропилен	PP	2,4	2,2	–55…+105 (+125)	–200 почти линейно	0,03	100 000	0,01
Пропитанная бумага	P	8	5,5	–40…+115	+1200 (±200)	0,8	15 000	–

Пленочные конденсаторы	Электролитические конденсаторы
Допускается двукратная перегрузка по напряжению	Максимальная перегрузка в 1,2 раза
Выдерживают броски обратного напряжения	Нет
Выдерживают быстрый разряд	Нет
Обеспечивают эффективный ток до ~1 Аrms/мкФ	Примерно в 40 раз меньше
Нет риска выбросов вредных веществ	Используется кислота
Высокая надежность	Средний срок службы меньше в 10 раз, чем у пленочных
В конце срока службы максимальное уменьшение емкости 5%. Можно использовать и после заявленного срока службы	Снижение емкости до 30%
Длительное хранение не влияет на характеристики	После длительного хранения необходимо их восстановление

	DC Серия PK16TM (E50): промышленный стандарт Созданная фирмой Electronicon серия PK16TM (E50), включая копии от других производителей, лидирует в мировом применении в DC- шинах благодаря удачной конструкции, высокой плотности емкости и низкой индуктивности. Емкость: до 7400мкФ Напряжение: 600В…5кВ DC Ток: до 120А Надежность: 50FIT		Серия E61 С использованием опыта и know-how, полученных с серией PK16, разработаны конденсаторы с такими же отличными характеристиками, но теперь для монтажа на печатную плату Capacitance: 30…260 µF Voltage: 500V…1,3kVDC Size: Ø 50 x 57…120mm Fit Rate: 50 FIT
	Серия E60 Герметичный корпус, низкая индуктивность и минимальное внутреннее сопротивление. Для экстремальных условий эксплуатации Емкость: до 1000 мкФ Напряжение: 450..3400В Влажность: до 100% Климатический класс: С		Высоковольтные DC/AC- конденсаторы (E51) Простое, но эффективное и надежное решение для высоковольтных применений: до 50 кВ без керамических изоляторов! Емкость: от 0,2 мкФ Напряжение: до 50кВ DC и 20кВ AC Надежность: 50 FIT для DC типов
	E62- и E64 серии Маслонаполненные AC конденсаторы для универсального использования: металлический корпус, внутренний механизм защиты от повышенного давления. Оптимизированы для высоких уровней среднего тока. Емкость: до 2000мкФ Напряжение: 450В…5кВAC Ток: до 1400A		E53/E55 серии Для AC применений с высокочастотными составляющими и боль- шими импульсными токами используются конденсаторы этий се- рий, имеющие короткие токовые пути и мощные выводы. Емкость: до 400мкФ Напряжение: до 7200ВDC/2450ВAC Индуктивность: около 15нГн
	Серия E59 (AC/DC) Заказные конденсаторы в прямоугольных корпусах (Box-type) с большими емкостями и высоким уровнем токовой нагрузки, стойкие и надежные, виброустойчивая конструкция. Изготавливаются по техническим требованиям заказчика Емкость: до 200мФ Напряжение: 500В…25кВdc, 200В..17кВAC Ток: до 1400A *Другие значения возможны по требованию		E62-3ph/3HF серии В фильтрах переменного тока конденсаторы подвергаются жест- ким токовым воздействиям и перенапряжениям. Трехфазные кон- денсаторы серии E62-3Ph для работы в таких условиях характерны минимальными потерями и перегревом Емкость: 3x 5…150мкФ Напряжение: 640В…1,7кВAC Срок службы: >200 000 ч
	Power Electronics Capacitors Application notes: содержательный набор технических документов и рекомендаций, охватывающий все аспекты выбора и применения пленочных конденсаторов, включая расчет надежности и срока службы при заданных рабочих условиях. Обратитесь к нам для получения Вашей печатной копии этой брошюры. Этот важный график показывает влияние температуры и перенапряжения на надежностный показатель отказов FIT (Failure In Time, статистическое количество отказов из 10 тыс. конденсаторов за 100 тыс. часов работы). Пересечение зеленых линий (темпера- тура в «горячей точке» +70 °C и номинальное напряжение) дает показатель 50 FIT. Увеличение температуры в «горячей точке» всего на 7 °C увеличивает количество отказов в два раза, поэтому расчет потерь мощности на конденсаторе и тепловой расчет, а также выбор конденсатора с минимальными потерями являются важными условиями обеспечения надежности изделия

Мощные конденсаторы: Конденсаторы высокой мощности – AVX TPC, AVX

Конденсаторы высокой мощности – AVX TPC, AVX

Компактные силовые конденсаторы для мощных преобразователей напряжения

Требования, предъявляемые силовыми транзисторами IGBT

Концепция PCC

Аспекты современного дизайна силовых конденсаторов

Преимущества новых силовых конденсаторов

Тенденции

Литература

Пассивные компоненты, разработанные для увеличения отношения сигнал/шум

Автор статьи

Справочная информация по продукции American Technical Ceramics

Продукция American Technical Ceramics:

Конденсаторы для ВЧ/СВЧ. Часть 3 Пленочные и электролитические

Особенности конструкции и применения

Органические конденсаторы для ВЧ/СВЧ

Типы пленочных конденсаторов и основные материалы для их производства

Сильноточные и высоковольтные

Film capacitors

АО “НПП ЭЛКОС”

Основная номенклатура конденсаторов типа Э

Графеновые суперконденсаторы в 20 раз мощнее, их можно изготавливать с помощью записывающего устройства DVD.

Давайте узнаем о суперконденсаторах! (Практическое руководство по суперконденсаторам): 10 шагов (с изображениями)

Lamborghini использует суперконденсаторы в своем самом мощном автомобиле за всю историю

Мощный гибридный материал графена для высокоэффективного накопления энергии

Экологичный материал обеспечивает высокую производительность

Гибридные материалы: природа – образец для подражания

Мощный и стабильный

Длинная устойчивость

Международная сеть экспертов

Новый рубеж в энергетической гонке

Мощный гибридный материал графена для высокоэффективных суперконденсаторов – ScienceDaily

3 лучших автомобильных аудиоконденсатора (2020)

Преимущества автомобильных аудиоконденсаторов

Типы конденсаторов автомобильной аудиосистемы

Электролитический

Углеродные

Hybrid

Ведущие бренды

Boss Audio

Rockford Fosgate

Rockville

Stinger

Стоимость автомобильных аудиоконденсаторов

Основные характеристики

Номинальная стоимость

Значение перенапряжения

Клеммы

Прочие соображения

Лучшие автомобильные аудиоконденсаторы Обзоры и рекомендации 2020

Советы

Часто задаваемые вопросы

В: Как определить необходимое мне количество фарадов?

Q: Что делает дополнительный вывод на конденсаторе?

В: Как измеряются конденсаторы?

Заключительные мысли

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ