Полезные ссылки
(Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №3 2014)
В 1983 году на мировом рынке традиционно известные алюминиевые оксидные конденсаторы с жидким электролитом впервые были потеснены их «младшими собратьями», изготавливаемыми по обновленной технологии. Многие производители, в том числе тайваньская фирма ТЕАРO, зародившаяся еще в 1956 году как одно из подразделений корпорации SAMPO, вместо жидкого электролита вскоре стали применять специальный токопроводящий твердотельный полимер, что позволило существенно улучшить параметры таких конденсаторов. В данной статье поясняются особенности устройства и маркировки твердотельных оксидных конденсаторов, производимых фирмой ТЕАРО, а также приведена их сравнительная оценка с традиционными аналогами.
Рис. 1. Конструкция оксидного конденсатора
Устройство оксидных конденсаторов
Среди общеизвестных электронных компонентов наиболее простым является конденсатор, содержащий две металлические обкладки, разделенные диэлектриком. Чем больше площадь обкладок и тоньше слой диэлектрика, тем большей емкостью обладает конденсатор. Столь незамысловатый прибор незаменим практически во всех электронных устройствах, и прежде всего, как фильтрующий элемент, сглаживающий пульсирующее напряжение в импульсных источниках питания. Очевидно, что для требуемой достаточно большой емкости площадь обкладок конденсатора получается весьма значительной, поэтому для уменьшения габаритов одним из немногих конструктивных решений исполнения такого элемента может быть сворачивание обкладок в компактный рулон. Такую конструкцию оксидного конденсатора иллюстрирует рис. 1.
Верхняя часть рисунка (1a) соответствует внешнему виду собранного конденсатора, а средняя (1б) – условно развернутому рулону, образованному обкладками. Здесь хорошо видно, что две алюминиевые ленточные обкладки в центре рулона соединены с выводами, на один из которых (более длинный – анод) подают положительное напряжение, на другой (катод) – отрицательное. Рулон с выводами помещен в алюминиевый корпус – стакан, в верхней части которого выводы герметизируют с помощью уплотнительного резинового диска. При свертывании в рулон отрицательная обкладка с обеих сторон оказывается отделенной от положительной разделительным слоем, который в конденсаторе с жидким электролитом представляет собой пористую бумагу, пропитанную специальным токопроводящим жидким химическим составом. В твердотельном конденсаторе в качестве разделительного слоя, как упоминалось ранее, используют токопроводящий полимер. Такую конструкцию межобкладочного пространства в оксидном конденсаторе поясняет его крупноплановое сечение, показанное на рис. 1в.
Как можно убедиться, разделительный слой в данной конструкции разделяет обкладки лишь физически, а по своим электрическим свойствам он служит почти идеальным проводником. Следовательно, во избежание короткого замыкания между обкладками должен существовать еще и некий диэлектрик. Таким диэлектриком в оксидных конденсаторах с жидким электролитом служит показанная на рисунке тонкая пленка из оксида алюминия на положительной обкладке. В полимерных конденсаторах изоляционную окисную пленку создают не на обкладке, а на поверхности токопроводящего разделительного слоя. Как в первом, так и во втором случае окисление производят электрохимическим способом. Регулируя длительность процесса окисления, получают такую толщину окисной пленки, чтобы с запасом обеспечить ее пробивное напряжение, существенно превышающее требуемое максимально допустимое рабочее для данного конденсатора.
Рис. 2. Процесс самовосстановления твердотельного полимерного конденсатора
Описанная конструктивная особенность порождает два замечательных свойства твердотельных конденсаторов, существенно повышая их качественные показатели по сравнению с аналогами. Во-первых, при возникновении электрического пробоя в последних под воздействием значительного электрического тока вскипающий электролит сопровождается бурным газовыделением, взрывом корпуса и нередко – даже повреждением других близкорасположенных на общей печатной плате элементов. Но в твердом токопроводящем полимере отсутствует как жидкая, так и газообразная фаза, поэтому и взрыв исключен. И во-вторых, полимерные конденсаторы благодаря электротермическому воздействию электрического тока утечки при микропробоях обладают важным свойством самовосстановления, как это поясняет рис. 2.
При нормальной работе твердотельного оксидного конденсатора (рис.2a) его структура бездефектна, все элементы (анодная обкладка, токопроводящий слой и диэлектрическая окисная пленка на нем) функционируют нормально. Однако под воздействием стресса – внешнего резкого механического или термического воздействия, как и при чрезмерно быстром изменении напряжения на обкладках, в сравнительно тонкой изоляционной пленке, исчисляемой микрометрами, может возникнуть микродефект (рис. 2б). В силу ухудшения изоляционных свойств окисной пленки ток утечки между обкладками может существенно возрасти. Его протекание в таком случае приводит к электротермическому разогреву полимерного слоя (рис. 2в), и капсула расплавленного полимера «накрывает» микродефект. При дальнейшем нагреве молекулярные связи в проводящем ток полимерном сегменте вблизи микродефекта разрываются, электрическое сопротивление проводящего слоя многократно возрастает, соответственно ток утечки резко снижается, капсула остывает, и параметры конденсатора быстро приходят в норму (рис. 2г).
Твердотельный токопроводящий полимер по своим характеристикам оказался также более жизнестойким и термостабильным по сравнению с жидким электролитом, с годами постепенно испаряющимся сквозь рези-новый уплотнительный диск (рис. 1). Поэтому проводимость жидкого электролита со временем снижается, отрицательно воздействуя на основные параметры конденсатора, что подтверждено специальными исследованиями, проведенными в научных подразделениях компании ТЕАРО. О результатах этих исследований далее пойдет речь в нашей статье.
Таблица 1. Общие параметры оксидных конденсаторов, участвующих в испытании
Твердотельный конденсатор
Твердотельный конденсатор — конденсатор, в котором вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Также используются названия OS-CON, AO-CAPS, OC-CON, FPCAP.
Техника Технические науки Электротехника Электроника
1. Отличия от конденсаторов с жидким электролитом
Значительно больший срок службы 50000 часов рассчитывается на температуру 85°C Эквивалентное последовательное сопротивление ЭПС, англ. ESR меньше по величине по сравнению с сопротивлением жидко-электролитического конденсатора и слабо зависит от температуры. Поэтому необходима меньшая ёмкость для использования твердотельного конденсатора в качестве шунтирующего по переменной составляющей. Тем не менее не все модели имеют ЭПС меньшее чем у аналогичных жидко-электролитических. Рабочие напряжения до 35 Вольт. Более высокая цена
2. Конструкция
Анод — алюминиевая или танталовая фольга с оксидным слоем. Прокладка, пропитанная электролитом. Катод — алюминиевая или танталовая фольга. Лента скручивается в рулон и упаковывается в корпус с выводами или для поверхностного монтажа. Твердотельные конденсаторы не имеют клапана или насечки на корпусе, так как твёрдый электролит не способен вскипеть и вызвать взрыв корпуса.
3. История
Конденсаторы Sanyo OS-CON запущены в производство в 1983 г. Первоначально они применялись в серверах и рабочих станциях. К началу 2000-х полимерные конденсаторы используются в большей части потребительского аппаратного обеспечения.
4. Перспективы использования
Ухудшение характеристик электролитических конденсаторов связано, прежде всего, с высыханием электролита. Поэтому срок службы устройств с такими конденсаторами ограничен. Кроме того, жидкий электролит может закипеть при неправильном использовании и при высоких температурах, что приводит к разрыву корпуса конденсатора. Твердотельные конденсаторы имеют более стабильные характеристики, которые в меньшей степени зависят от условий эксплуатации и возраста самого конденсатора. Использование твердотельных конденсаторов позволяет значительно увеличить время работы электронных устройств и стабильность их параметров.
как проверить твердотельный конденсатор, как выпаять твердотельный конденсатор, можно ли заменить твердотельный конденсатор электролитическим, твердотельные конденсаторы на материнской плате, твердотельный конденсатор купить, твердотельный конденсатор маркировка, твердотельный конденсатор вздулся, замена электролитических конденсаторов на твердотельные
- Электрический импеданс Вариконд Твердотельный конденсатор Ионистор Переходный процесс Схемы на переключаемых конденсаторах Метод Печини Отсюда возникает
- Переменный конденсатор конденсатор переменной ёмкости, КПЕ — конденсатор электрическая ёмкость которого может изменяться механическим способом, либо
- Электролитические конденсаторы — разновидность конденсаторов в которых диэлектриком между обкладками является плёнка оксида металла, где анод выполнен
- магнитных дисках Накопитель на оптических дисках: CD, DVD, Blu — ray Твердотельный накопитель Универсальный флеш — накопитель USB — флеш — накопитель Ленточный
- хранит бит данных в виде заряда конденсатора Однобитовая ячейка памяти содержит конденсатор и транзистор. Конденсатор заряжается до высокого или низкого
- образом диод или транзистор или пассивный элемент: резистор, проводник, конденсатор или катушку индуктивности, изолятор, теплоотводящий элемент и другие
- Вариконд англ. vari able — переменный и англ. cond enser — конденсатор — электрический конденсатор ёмкость которого нелинейно изменяется в широких пределах
- конденсатора второй обкладкой которого является сплошной серебряный слой на обратной стороне мишени. Таким образом, перезарядка этого конденсатора электронным
- источник переменного тока — конденсатор — диод конденсатор заряжается. Во время положительного полупериода заряженный конденсатор включается последовательно
- ископаемых и при разработке карьеров. Обычно для указанной цели используют твердотельный лазер мощностью 1 вт. Слэппер — детонаторы находят применение в современных
- подобно резонансной цепи, — колебательному контуру, составленному из конденсаторов индуктивности и резистора, причем добротность этой эквивалентной электрической
- мембраной и корпусом конденсатор меняет ёмкость. Если подвести к пластинам постоянное напряжение, изменение ёмкости вызовет ток через конденсатор тем самым образуя
- эвакуирован в Красноярск, где разрабатывал различные типы керамических конденсаторов с малыми диэлектрическими потерями в области радиочастот и налаживал
- подстроечные резисторы должны обозначаться на схемах в соответствии с ГОСТ 2.728 — 74: Резистор Переменный резистор Подстроечный конденсатор ГОСТ 2.728 — 74
- диэлектрика конденсаторы формируются на пересечении перпендикулярных проводников. После включения устройства между обкладками конденсатора образуется электрическое
- сопротивления, реализованные в виде резисторов ёмкости, реализованные в виде конденсаторов ЭК, в которых используется явление электромагнитной индукции: трансформаторы
- от диэлектрика межвиткового конденсатора межвитковые утечки и прочие потери, характерные для диэлектриков конденсаторов Потери, обусловленные магнитными
- изделие, сочетание отдельных электронных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы индуктивности, диоды, транзисторы и интегральные микросхемы, соединённых
- только в активных сопротивлениях, наличие в цепи реактивных элементов конденсаторов и катушек индуктивности может изменить частотный спектр электрических
- использовать для исключения перерывов питания на время переключения конденсатор большой ёмкости.: с. 229 Байпасом называется один из составляющих ИБП
- кристалле. Электрический — принципиальная электрическая схема транзисторы, конденсаторы резисторы и т. п. Схемо — и системотехнический уровень — схемо — и системотехнические
- Dynamic Random Access Memory, DRAM — каждая ячейка представляет собой конденсатор на основе перехода КМОП — транзистора. Достоинства — низкая стоимость
- полевым транзистором или фотосимистором иногда именуют оптореле или твердотельным реле. В настоящее время в оптоэлектронике можно выделить два направления
- вплоть до расформирования в начале 2000 — х годов. Первыми изделиями были конденсаторы переменной ёмкости для радиол Волга и Жигули производства Куйбышевского
- керамических конденсаторов Найденные методы металлизации бумаги также были использованы промышленностью для изготовления бумажных конденсаторов Акустики
- подложки, используются навесные микроминиатюрные элементы транзисторы, конденсаторы полупроводниковые диоды, катушки индуктивности, вакуумные электронные
- представляет собой МОП металл — оксид — полупроводник конденсатор Скопившийся на конденсаторе заряд, генерированный фотонами, пропорционален интенсивности
- расчётные ёмкости конденсаторов таких цепей становились неприемлемо велики, поэтому стабилитрон стал экономичной альтернативой дорогому конденсатору Межкаскадный
- на кафедре велись исследования по созданию эталонных измерительных конденсаторов изоляторов автосвечей, опорных мачтовых изоляторов, стеклянных изоляторов
- Затвор БТИЗ или МОП — транзистора для управляющей схемы представляет собой конденсатор с величиной ёмкости, достигающей тысяч пикофарад для мощных устройств
Твердотельный конденсатор:
твердотельный конденсатор вздулся, твердотельный конденсатор маркировка, твердотельный конденсатор купить, как выпаять твердотельный конденсатор, как проверить твердотельный конденсатор, твердотельные конденсаторы на материнской плате, замена электролитических конденсаторов на твердотельные, можно ли заменить твердотельный конденсатор электролитическим
Твердотельный конденсатор купить.
Твердотельный конденсатор Карта знаний. Диэлектрическая проницаемость твердотельный электролитический конденсатор, патент № 2088998 таких полимерных диэлектриков, как,. Твердотельный конденсатор вздулся. Что такое твердотельный конденсатор Ответы на вопросы. Твердотельные разработали на замену электролитам ниже еср, в аналогичных условиях полимерный конденсатор можно ожидать. Как выпаять твердотельный конденсатор. Преимущества твердотельных конденсаторов. Как уже говорилось, отличие между твердотельными и обычными конденсаторами состоит во внутренней начинке устройства. Так чем.
Твердотельный конденсатор маркировка.
Пайка твердотельных SMD конденсаторов РадиоКот. Твердотельный конденсатор электролитический конденсатор, в котором вместо традиционного жидкого электролита используется специальный. Замена электролитических конденсаторов на твердотельные. Чем полимерный конденсатор отличается от обычного. В каталоге представлено более 28 товаров по цене от 6 до 100 рублей. 4 5 1 10. Конденсатор 25V 330uF. Код. Осевой твердотельный танталовый конденсатор. 670 GTX, нужен конденсатор FP5k 28Ah 271 16. Есть FP 16Pd 271 16. 271 270uF, 16v это понятно, но что означает маркировка 28Ah и.
Твердотельный конденсатор на HP 350 G1 Компьютерный форум.
Конденсатор электролитический 820uF 16V, полимерный твердотельный, серия PZL, 105°C 10х13mm, радиальные выводы. Хорошая цена. Быстрая. 6.3 x 7.8 са 16V33UF серии твердотельный конденсатор. Твердотельный конденсатор в SMD корпусе. Размеры алюминиевого SMD конденсатора. Диапазон рабочих температур 55 105°С Минимальная. Твердотельный конденсатор это Что такое Твердотельный. Купить твердотельные конденсаторы из Китая с Таобао Taobao, низкие цены, скидки, отзывы ☻, описания и фото в китайском интернет магазине на.
Твердотельный электрохимический конденсатор.
Недостатками твердотельных оксидных конденсаторов являются более высокая цена и ограничения по напряжению до 35 в. Оксидные. Как проверить твердотельный или электролитический. Применение полимерных конденсаторов Panasonic, и в частности Кроме того, твердотельные танталовые конденсаторы сильно. Полимерный конденсатор аллюминиевый сплошной Мешок. Твердотельного полимера. У них меньшее значение ESR, они более надежны и не так пожароопасны, как конденсаторы на основе диоксида марганца.
593D Твердотельные танталовые чип конденсаторы.
Устройство танталовых твердотельных конденсаторов. Танталовый конденсатор относится к электролитическому типу. В его состав. Твердотельные конденсаторы Купите полимерные DIP8.RU. 1 шт. 446441638. EEHZC1J100P, К53 74 полимерный конденсатор SMD 10мкФ, 63В разм.6.3.
О замене конденсаторов Forum.
Твердотельный конденсатор. iСтабилизация В блоке питания используется много конденсаторов, но главный конденсатор самый важный из них,. Твердотельные конденсаторы с полимерным диэлектриком. Твердотельный полимерный конденсатор является заменой устаревших танталовых моделей. Такие конденсаторы имеют в пять раз более низкое. Конденсаторы полимерные купить интернет магазин Платан. 50 шт. лот NIPPON твердотельный накопитель в он лайн конденсатор с алюминиевой лот Бесплатная доставка SMD керамические конденсаторы.
Твердотельные полимерные алюминиевые конденсаторы.
У них нет жидкого электролита, он у них твёрдотельный. Также танталовые конденсаторы имеют достаточно низкое ESR, благодаря чему активно. Электролитические конденсаторы: традиционные или. Сказал а спасибо: 1. Поблагодарили 0 раз а в 0 сообщениях. Регистрация: 16.04.2016. По умолчанию Твердотельный конденсатор на.
Выгодная цена на solid state capacitors суперскидки на solid.
Твердотельный конденсатор ассорти Набор 2.5 В 16 В 100 мкФ 1500 мкФ с Коробка 1TopShop, цена 994.16 руб., купить в Копейске. 10 значений 90 шт. Твердотельный конденсатор ассорти Набор. Электролитические полимерные конденсаторы являются твердотельными конденсаторами, в которых традиционный жидкий электролит заменён на. Конденсатор 820uF 16V твердотельные Электролитические. Полимерный конденсатор аллюминиевый сплошной твердотельный конденсатор 220мкФ 25В 200шт поштучно. В хорошем состоянии. 14 дней на. Электронные компоненты на сайте магазина Дайте две!. Показания к замене конденсаторов Твердотельный сложно найти, а что если поставить с жидким электролитом? я читал что.
Полимерные твердотельные.
Что такое твердотельный конденсатор? И твердотельные, и электролитические конденсаторы накапливают заряд и разряжаются по мере. Concept Power Supplies EVGA RU. Как правильно и чем лучше выпаивать запаивать твердотельные SMD электролитические конденсаторы поверхностного монтажа?. Твердотельный электролитический конденсатор патент РФ. 1000uf 6.3v 2шт 470uf 16v 2шт 1500uf 6.3v 1шт. Low esr. Есть в наличии. Аватарка elec3on 144. Есть номиналы только тех, что в. Примеры декларирования ТН ВЭД ЕАЭС, определение кода. Известны твердотельные электрохимические конденсаторы. ЭК с твердым электролитом ТЭЛ на основе RbAg4I5 с проводимостью по.
Конденсаторы электролитические полимерные купить в.
Чаще всего этим страдают старые материнские платы так как на новых платах применяются твердотельные конденсаторы, которые. Конденсаторы Panasonic. Часть 4. Полимеры – номенклатура. Описание товара: 10 шт. 16V100UF 6.3X5. 8 твердотельный конденсатор, Короткие конденсаторы 16 в 100 мкФ SMD 100uf smd capacitor 16v 100uf16v. Алюминиевые твердотельные конденсаторы с низким. Твердотельные полимерные алюминиевые конденсаторы отличаются чрезвычайно низким ESR эквивалентное последовательное сопротивление.
Конденсатор твердотельный Орион г. Киров.
Jamicon, конденсатор электролитический, конденсатор с полимерным диэлектриком, PB, PC, PF, PH, PS, PT. Твердотельные конденсаторы из Китая, цены, фото, отзывы. Конденсатор с алюминиевой крышкой в продаже по разумным ценам, купить Твердотельный конденсатор 8X11.5 6.3V820UF материнская плата. Твердотельный разрядник Система умный дом DIVISION. Твердотельный конденсатор конденсатор, в котором вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Также используются названия OS CON, AO CAPS,.
Полимерные конденсаторы.
В 8×8 мм с низким ESR 16V270 мкФ для материнской платы VGA твердотельный конденсатор. Подробная информация о товаре услуге и поставщике. Technology Guide Ultra Durable Series Evolution GIGABYTE. Указанный технический эффект достигается тем, что твердотельный разрядник, включающий металлоксидный варистор, содержит конденсатор с.
твердотельные конденсаторы на материнской плате, замена электролитических конденсаторов на твердотельные, можно ли заменить твердотельный конденсатор электролитическим
Сравнительная характеристика оксидных конденсаторов
Для сравнительных исследований специалистами были выбраны три типа производимых компанией ТЕАРО конденсаторов с номинальной емкостью 470 мкФ и предельным рабочим напряжением 16 В: миниатюрный алюминиевый электролитический общего применения (Miniature Aluminum Electrolytic Capacitor) серии SK; электролитический низкоимпедансный с увеличенной долговечностью (Aluminum Electrolytic Low Impedance & Long Life Capacitor) серии TA; твердотельный алюминиевый с токопроводящим полимером (Conductive Polymer Aluminum Solid Capacitor) серии CG. Перечисленные конденсаторы сравнивались как между собой, так и с производимыми сторонними компаниями танталовыми конденсаторами (Tantalum Capacitor), условно обозначенными на рисунках индексом ТТ. В некоторых случаях емкость танталовых конденсаторов и сравниваемых аналогов отличалась от 470 мкФ, о чем сообщалось в исходных данных проводимых экспериментов.
Необходимо отметить, что конденсаторы серии SK производятся с наиболее широкой возможностью выбора как требуемого напряжения (6,3…500 В), так и емкости (1…22000 мкФ). Для конденсаторов серии CG этот выбор значительно меньше – 2,5…25 В и 10…2200 мкФ соответственно. Интервал рабочего напряжения и номинальной емкости низкоимпедансных долговечных конденсаторов составляет 6,3…35 В и 33…8200 мкФ. Танталовые конденсаторы производятся с допустимым рабочим напряжением 2,5…63 В и емкостью 0,1…2200 мкФ. Номинальная емкость всех конденсаторов измеряется на частоте 120 Гц при окружающей температуре 20 °С. С ростом рабочей частоты, что необходимо учитывать в проектировании ИИП, емкость конденсаторов существенно меняется, причем по-разному для различных типов.Габаритные размеры всех отобранных для сравнительной оценки конденсаторов примерно одинаковы.
Для учета тока утечки сравниваемых аналогов в таблице приведена некоторая эмпирическая формула, одинаковая для танталовых и алюминиевых конденсаторов с жидким электролитом. Значение емкости в формулу подставляют в мкФ, а напряжения в вольтах. Если результат вычисления превышает 3 мкА, тогда в инженерных расчетах руководствуются этим предельно возможным значением. Определить ток утечки можно и практически, подавая рабочее напряжение на конденсатор не менее чем за 2 мин до измерений. У полимерного конденсатора ток утечки может быть в десятки раз больше, чем у аналогов, но не более 300 мкА.
Приведенные в таблице стоимостные показатели следует принимать как ориентировочные, поскольку они подвержены изменениям из конъюнктурных соображений. Но общая тенденция такова, что наиболее низкая цена у алюминиевых конденсаторов с жидким электролитом. Примерно вдвое выше у низкоимпедансных электролитических, и в шесть раз – у полимерных. Такое соотношение цен вполне оправдано, и мы это увидим по результатам измерений электрических параметров. Если руководствоваться только таким важным параметром, как эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС), и перед конструктором при проектировании импульсного источника питания стоит задача обеспечения минимальных пульсаций его выходного напряжения, то возможных решений будет два: либо применить один полимерный конденсатор, либо не менее 10 аналогичных алюминиевых с жидким электролитом. Очевидно, что второй вариант можно принять в малоответственных проектах. Там, где требуется надежность источника питания и термостабильность параметров проектируемого прибора в целом, применение твердополимерных конденсаторов представляется наиболее рациональным. Рассмотрим подробнее данный аспект проектирования на практических примерах.
Влияние ЭПС конденсатора на параметры источника питания
Рис. 3. Схема включения конденсатора в рабочем режиме
Сравнение ЭПС твердотельного полимерного конденсатора с другими аналогами показывает, что оно минимально и составляет 11 мОм. Его измеряют на стандартной частоте 100 кГц при температуре 20 °С. ЭПС низкоимпедансного конденсатора в 8 раз больше, а для алюминиевого оно увеличивается двадцатикратно. Причем в отличие от твердотельного полимерного для выбранных аналогов ЭПС измеряют на частоте 120 Гц, что дополнительно ухудшит их показатели на рабочих частотах в десятки килогерц. Данный параметр сильно зависит от емкости конденсатора, рабочей частоты и используемых в изготовлении материалов. Более подробно данное свойство конденсаторов будет рассмотрено ниже.
Для того чтобы понять важность данного параметра, обратимся к рис. 3, где изображены схема включения конденсатора С и его эквивалентная схема замещения. На рисунке в виде отдельного резистора R отображено ЭПС, и как отдельный дроссель L – эквивалентная последовательная индуктивность (ЭПИ). Конденсатор включен между импульсным источником питания (ИИП), преобразующим напряжение 12 В в более низкое 5 В, и некоторой нагрузкой, составленной из цифровых интегральных микросхем (ИМС).
В работе понижающего ИИП можно наблюдать два полупериода, что сказывается на выходном напряжении ИИП, как это показано на рис. 4. На первом полупериоде происходит передача определенной порции электрической энергии в накопительный конденсатор С1 и параллельно в нагрузку ИМС, при этом пульсирующее напряжение на нагрузке и фильтрующем алюминиевом конденсаторе с жидким электролитом возрастает от 4,93 до 5,07 В (рис. 4а). На втором полупериоде выход ИИП отключен от нагрузки, и ее питание осуществляется за счет энергии, накопленной конденсатором, при этом пульсирующее напряжение снижается от 5,07 до 4,93 В. Таким образом, размах пульсаций составляет 140 мВ, в то время как средний уровень выходного напряжения, поддерживаемый системой регулирования в ИИП, соответствует требуемому значению 5 В.
Рис. 4. Осциллограммы пульсаций выходного напряжения с разнотипными фильтрующими конденсаторами
Пульсации рабочего напряжения следует учитывать при выборе конденсатора. Запас максимально допустимого рабочего напряжения с учетом пульсаций, как показано в таблице, установлен с коэффициентом 1,15 от номинального для твердотельного полимерного конденсатора и 1,25 для остальных, что составляет 18,4 и 20 В соответственно.
На другой осциллограмме (рис. 4б) показано, как изменятся пульсации выходного напряжения, если вместо алюминиевого с жидким электролитом применить твердотельный полимерный конденсатор той же номинальной емкости 470 мкФ. Здесь отчетливо заметно, что резко снизился размах пульсаций – от 140 до 30 мВ. Такому факту можно дать простое объяснение, если обратиться к рис. 3. Поскольку ЭПС конденсатора включено параллельно нагрузке, постоянная составляющая тока I= проходит к нагрузке напрямую, не ощущая наличия конденсатора. Но на пульсации, то есть переменную составляющую тока I~, ЭПС оказывает шунтирующее воздействие, отводя на общий провод питания их основную часть, как показано на рисунке. Чем меньше ЭПС, тем сильнее шунтирование, что подтверждает сравнение рисунков 4а и 4б.
Необходимо заметить, что при смене фильтрующего конденсатора изменился не только размах пульсаций, но и форма. При этом примерно равными остаются очень резкие игольчатые броски напряжения. Причина их присутствия обусловлена наличием в конденсаторах ЭПИ, показанной как отдельный дроссель на рис. 3. Резкое изменение тока при его пульсации порождает на ЭПИ напряжение ЭДС самоиндукции, накладывающееся на выходное напряжение. При больших ЭПС относительный вклад игольчатых фрагментов в пульсациях напряжения малозаметен, и общая форма пульсаций носит пилообразную форму. При малых ЭПС относительный вклад ЭПИ возрастает, поэтому пульсации вместо пилообразной приобретают экспоненциальную форму. Следовательно, наблюдая за формой пульсаций выходного напряжения, можно сделать определенный вывод о влиянии на данный параметр ИИП величины ЭПС примененных конденсаторов и выбрать наилучший.
Как показано на рис. 3, пульсации высокочастотного тока порождаются не только в ИИП. Нагрузка ИМС, объединяющая в общем случае ряд цифровых устройств (коммутатор, триггер, схема совпадения, счетчик, сдвигающий регистр и пр.) является нестационарной. В ходе срабатывания отдельных элементов в ИМС также могут возникнуть значительные импульсные токи i~, и если ЭПС фильтрующего конденсатора будет недостаточно мало, шунтирование вторичных помех окажется неэффективным. В этом случае помеховые сигналы от ИМС смогут проникнуть на другие узлы, подключенные к общему ИИП, и вызвать отказ в работе прибора в целом. Поэтому в ответственных случаях проектирования конструктор должен осознанно выбирать фильтрующий конденсатор таким, чтобы он надежно подавлял пульсации тока как со стороны ИИП, так и со стороны нагрузки.
Набор электролитических SMD конденсаторов
Всем привет!!! Случилось то, чего все так долго ждали, обзор на конденсаторы)), написанный в продолжение темы о «сундучке радиолюбителя». Итак, речь пойдет об электролитических алюминиевых smd конденсаторах. Как я уже говорил, большинство своих схем в «готовом решении» стараюсь делать в SMD исполнении, где это позволяет схемотехника. Преимущества очевидны: 1. Гораздо меньшие габариты и масса готового устройства. 2. Минимизация паразитных емкостей и индуктивностей, что резко снижает наводимые помехи (актуально в высокочастотных узлах). 3. Позволяет значительно удешевить себестоимость изделия. 4. Да и просто мне нравится паять именно smd компоненты.
В каких же узлах применяются электролиты
Применение на постоянном напряжении:
— Высоковольтные емкостные накопители энергии с быстрым разрядом, используемые в электрофизике, импульсных источниках света, для намагничивания магнитотвердых материалов, в импульсных генераторах для испытания мощных электрических машин на стойкость к ударным нагрузкам и в других установках при длительности разрядных импульсов от десятков микросекунд до десятков миллисекунд. — Для обеспечения большого тока: в сварочных аппаратах, рентгеновских установках, копировальной технике и устройствах электроэрозионной обработки. — Для постоянного тока высокого напряжения: вместе с выпрямителем, электролитический конденсатор образует источник постоянного напряжения для использования в устройствах силовой электроники, частотно-регулируемых электроприводах и источниках питания. — В схемах интеграторов и устройствах выборки-хранения: для любой схемы аналоговой памяти или схем аналоговой развертки.
Применение на постоянном напряжении с наложенной переменной составляющей (пульсирующее напряжение):
— В полосовых фильтрах: в комбинации с резисторами и катушками индуктивности образуют фильтры для выделения из сигнала определенной полосы частот, фильтрации постоянной составляющей и т.п. задач. — Для шунтирования компонентов электронных схем по переменному току. — Для связи участков цепи по переменному току с отделением постоянной составляющей. — В релаксационных генераторах: вместе с резисторами и активными компонентами для генерации пилообразного и прямоугольного напряжения. — В составе выпрямителей.
Для переменного напряжения:
— Для улучшения качества энергии, потребляемой из сети переменного тока, и коэффициента мощности оборудования: запасая и отдавая электрическую энергию, алюминиевый электролитический конденсатор развязывает нагрузку и питающую сеть по мгновенной и реактивной мощности. Это улучшает качество питания нагрузки и, одновременно, создает предпосылки для получения коэффициента мощности оборудования, близкого к 1.0. — Для силовых LC-фильтров низких частот: улучшает электромагнитную обстановку в схемах, использующих тиристорные выпрямители и инверторы. — В качестве пускового конденсатора: для улучшения пусковой характеристики асинхронного двигателя, питаемого от однофазной сети переменного тока.
Как видно, область применения просто огромна, иными словами, применяется практически в любом устройстве.
Немного теории о конструкции.
Две ленты из конденсаторной бумаги проложены между двумя лентами из специальным образом обработанной алюминиевой фольги, эта комбинация из четырех лент свернута в рулон. Бумага, служащая разделителем для алюминиевых электродов, пропитана электропроводящим раствором. К электродам присоединены выводы, образуя активный элемент конденсатора. Он помещается в цилиндрический алюминиевый корпус с торцевым уплотнением выводов.
В разрезе это выглядит вот так
Давайте проверим так ли это, расчленим один из конденсаторов. Снимаем пластмассовую подкладку.
Кстати, сам корпус из алюминия, но обтянут диэлектрической пленкой.
Курочим дальше.
Внутри действительно рулон алюминиевой фольги с диэлектриком. Только цвет какой-то серый после обработки.
Номинал и маркировка таких конденсаторов определяются следующим образом:
*Маркировка для 6,3V: «6V» **Для размера 6,3х7,7 допуск L=0,3; для D= 8, 10 мм допуск L=0,5 ***Обозначение кода, емкости и напряжения для D= 8, 10 мм выполнено на боковой поверхности
Данные емкости продаются в наборе, который состоит из 13 номиналов по 10 шт. Поставляются в таких лентах.
Дополнительное фото с сайта
Номиналы и технические характеристики:
Диапазон рабочих напряжений: 10-50 В Диапазон рабочих температур: -40 … +85°С Допуск погрешности: Тут интересно, на сайте указано ±10%, но судя по маркировке разные номиналы имеют разные допуски вплоть до ±20%. Некоторые вообще не удалось идентифицировать. Скорей всего большинство из них — ноунэйм и произведены на территории Китая. Время наработки: Установить не удалось, т.к. производитель не известен. Но думаю, будет не менее 2000 ч.
Приступим к тестам.
Измерения емкости производил прибором Е7-22, для определения ESR использовал «желтоплатый Т4». Результаты в таблице.
Выводы:
В целом данные конденсаторы пригодны для схем общего применения, работать будут. Но ставить в ответственные узлы, а так же в прецизионных схемах – не рекомендую (т.к. производитель не известен и нет даташита). Для этого есть «брендовые» емкости с улучшенными характеристиками. Количество и номиналы — соответствуют описанию продавца.
Бонус для тех, кому сейчас очень жарко
Местные барханы
Снято 12 февраля ))
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Оценка влияния температуры корпуса на основные параметры конденсатора
В таблице приведены значения максимально допустимых пульсаций тока в отобранных конденсаторах, составляющие 0,4 А для алюминиевого с жидким электролитом, 0,84 А для низкоимпедансного и 5 А для твердотельного полимерного конденсатора. Здесь фигурирует эффективное значение тока. Обращает на себя внимание значительное различие данного показателя для разнотипных конденсаторов, примерно одинаковых по габаритам. И вполне обоснованно можно предположить, что в данном случае главную роль играют не габариты, а эквивалентное последовательное сопротивление, столь разнящееся в зависимости от типа конденсатора и его емкости.
Рис. 5. Температурная зависимость корректирующего коэффициента для допустимых пульсаций тока
Если в основе ограничения напряжения на конденсаторе, содержащего пульсации, лежит опасность электрического пробоя тонкой диэлектрической окисной пленки, о чем говорилось ранее, то при ограничении пульсаций тока учитывают другой критерий, связанный с тепловым разрушением. Об отрицательном влиянии на долговечность конденсатора повышенной рабочей температуры мы поговорим несколько позже. Сейчас же лишь поясним, как учитывают и нормируют нагрев конденсатора пульсациями тока.
Известно, что при прохождении тока I через резистор сопротивлением R на нем выделяется электрическая мощность P, измеряемая в ваттах. Данное соотношение справедливо и по отношению к конденсатору, если учесть, что в качестве тока подставляют эффективное значение пульсаций тока в амперах, а эквивалентное последовательное сопротивление – в омах (чтобы мощность измерялась в ваттах), а не миллиомах, как ранее. Выделяемая на конденсаторе мощность пульсаций приводит к возрастанию температуры корпуса на ΔT градусов, которую определяют [2] по формуле:
ΔT= I2R/AH
где А– эффективная охлаждающая поверхность конденсатора, зависящая от его типоразмера, см 2; Н– коэффициент теплового излучения, численно равный примерно 1,5…2 мВт/см2 · °С. Как можно заключить, градиент температуры в прилежащем к конденсатору пространстве прямо пропорционален значению ЭПС и возведенному в квадрат эффективному значению пульсаций тока и обратно пропорционален эффективной охлаждающей поверхности конденсатора.
Рис. 6. Температурная зависимость корректирующего коэффициента для допустимого рабочего напряжения
Принято считать, что условия эксплуатации конденсатора вполне приемлемы, если разница температуры корпуса и окружающей среды не превышает 5 °С. Именно из этих соображений рассчитывают максимальное значение пульсаций тока, приведенное в таблице. Однако вполне понятно, что условия рассеяния тепла при окружающей температуре 25 и 85 °С несколько отличаются. Поэтому для учета влияния максимально допустимых пульсаций тока на нагрев конденсатора вводят дополнительный поправочный коэффициент, графическая зависимость которого от температуры представлена на рис. 5.
Предположим, несколько примененных на выходе ИИП фильтрующих конденсаторов емкостью 100 мкФ и предельным рабочим напряжением 10 В должны рассеять пульсации тока с эффективным значением 3000 мА. Температура внутри корпуса ИИП составляет 95 °С. Поскольку для полимерного конденсатора допустимые пульсации тока составляют 2320 мА, с учетом поправочного коэффициента это значение, как показано на рисунке, при повышенной температуре не изменится. Следовательно, два полимерных конденсатора с большим запасом обеспечат требуемую надежность ИИП. В случае применения аналогичных танталовых конденсаторов учитываем, что они при комнатной температуре способны рассеять пульсации тока 1149 мА, и при температуре 95 °С следует учитывать температурный коэффициент 0,9. В результате допустимые пульсации тока для них составят 1034 мА, и для нейтрализации пульсаций 3000 мА потребуется как минимум три танталовых конденсатора, что заведомо невыгодно как с надежностной, так и экономической точки зрения. Стоимость танталовых конденсаторов может быть в несколько раз больше, чем у полимерных аналогов.
Рис. 7. Температурная зависимость относительного изменения емкости
Поправочный температурный коэффициент следует также учитывать при выборе максимально допустимого рабочего напряжения конденсатора, для чего служит диаграмма на рис. 6. Если, например, для питания некоторого устройства потребуется применить ИИП с выходным напряжением 10 В в условиях окружающей температуры 95 °С, в та- ком случае без малейшего ущерба для надежности могут быть применены твердотельные полимерные конденсаторы с предельно допустимым рабочим напряжением 10 В, и ни в коем случае – танталовые, у которых поправочный температурный коэффициент при заданной температуре 95 °С равен 0,92, то есть допустимое напряжение снизится до значения 10•0,92=9,2 В. Если предельное рабочее напряжение для танталовых конденсаторов при температуре 85 °С выбрать равным 16 В, то при 95 °С допустимое напряжение составит 16•0,92=14,72 В, что вполне удовлетворяет условиям эксперимента. Однако здесь не учитывается термостабильность танталового конденсатора, о чем будет пояснено далее, поэтому в жестких условиях оправданным оказывается применение только полимерных конденсаторов.
Изменение температуры корпуса приводит также к изменению номинального значения емкости алюминиевых конденсаторов с жидким электролитом, и почти не оказывает никакого влияния на низкоимпедансный и твердотельный полимерный конденсатор, как это иллюстрирует рис. 7 для конденсаторов емкостью 15 мкФ на частоте 100 кГц. Даже при температуре –30 °С алюминиевый конденсатор уменьшает свою емкость на 25%, что делает невозможным его применение в условиях отрицательных температур. Низкоимпедансный конденсатор по термостабильности номинальной емкости незначительно превосходит твердотельный полимерный, но выбор последнего более предпочтителен, так как он намного превосходит низкоимпедансный по термостабильности ЭПС, о чем наглядно свидетельствует рис. 8. На рисунке приведены диаграммы изменения ЭПС трех конденсаторов емкостью 15 мкФ на частоте 100 кГц. При снижении температуры корпуса от 25 до –20 °С ЭПС алюминиевого конденсатора с жидким электролитом изменяется в интервале 1,5…7 Ом (увеличивается в 4,7 раза), низкоимпедансного 0,68…0,9 Ом (увеличивается на 32%), у твердотельного полимерного не изменяется и составляет 18 мОм.
Рис. 8. Температурная зависимость эквивалентного последовательного сопротивления
Теперь обратимся к рис. 3, и повторим измерения с твердотельным полимерным конденсатором емкостью 470 мкФ и предельным рабочим напряжением 16 В. Результат данного измерения повторяет полученный ранее (рис. 4б). Подчеркнем, что данные измерения проведены при комнатной температуре 25 °С. На следующем этапе исследований за счет внешнего охлаждения снизим температуру конденсатора до –20 °С, и отметим, что при этом размах пульсаций остается прежним. Попытаемся вместо полимерного конденсатора применить три алюминиевых конденсатора с жидким электролитом емкостью 470 мкФ, соединенных параллельно. При комнатной температуре пульсации напряжения иллюстрирует рис. 9а. Снова охладим конденсаторы (рис. 9б), и, как видим, размах пульсаций возрастает более чем в 2 раза. На основании проведенных измерений можно сделать вывод: применение вместо одного полимерного нескольких конденсаторов с жидким электролитом позволяет получить соизмеримо малые пульсации напряжения, однако при отрицательных температурах они недопустимо возрастают за счет изменения емкости и ЭПС последних, что исключает их использование в ответственных проектах.
Рис. 9. Влияние температуры на пульсации напряжения в конденсаторе с жидким электролитом
Рассмотренный выше подробный учет влияния температуры на параметры конденсаторов подтверждает, что наиболее термостабильным среди них является твердотельный полимерный. Однако при этом влияние частоты затрагивалось лишь косвенно, поэтому более подробно остановимся на частотной стабильности параметров.
Преимущества полимерных конденсаторов
При всех имеющихся различиях в конструкции и материалах, все четыре полимерных семейства конденсаторов Panasonic обладают и общим рядом важных достоинств в сравнении с другими популярными сегодня типами электролитических конденсаторов.
Прекрасные частотные характеристики
Благодаря очень малому ESR все полимерные семейства отличает пониженный импеданс в резонансной области частот, что позволяет пропускать через них повышенный импульсный ток в цепях питания. При тестировании оказалось, что пиковое импульсное напряжение при фильтрации помех (AC Ripple) здесь в пять раз ниже, чем на обычных танталовых конденсаторах, также отличающихся низким ESR.
Рис. 6. Сглаживание пульсаций тока на выходе источника питания
Механизм самовосстановления
Обеспечить повышенную надежность и безопасность в сложных условиях эксплуатации при повышенной температуре помогает присущий полимерным конденсаторам механизм самовосстановления.
Бывает так, что при перегрузках по напряжению, а также из-за случайных механических воздействий в обычном электролитическом конденсаторе происходит пробой диэлектрика, вызывающий выход конденсатора из строя, иногда с полным разрушением и опасными последствиями в виде возгорания.
Можно сказать, что присущий полимерным конденсаторам механизм самовосстановления купирует последствия пробоя диэлектрика за счет самоизоляции поврежденного участка, происходящего при разогреве полимера непосредственно возникающим током короткого замыкания.
Поэтому для полимерных конденсаторов гарантированно допустимыми являются условия эксплуатации при 90% от максимального напряжения. Тогда как для обычных танталовых конденсаторов безопасные условия выбирают с запасом по рабочему напряжению 50% и выше.
Стабильная емкость
Основной параметр конденсаторов – это электрическая емкость, она остается у полимерных конденсаторов неизменной или почти стабильной при повышенном напряжении смещения DC Bias (рисунок 7), а также при изменении температуры (рисунок 
и частоты. В этом отношении полимерные конденсаторы выгодно отличаются от керамических, которые могут терять до 90% номинальной емкости.
Рис. 7. Изменение емкости конденсаторов в зависимости от напряжения смещения
Рис. 8. Изменение емкости конденсаторов в зависимости от температуры
Полимерные конденсаторы не вызывают присущего многослойным керамическим конденсаторам (MLCC) акустического шума. Причиной шума керамики является пьезоэффект при подведении к выводам напряжения с периодически меняющейся полярностью. Из-за этого конденсатор генерирует незначительные вибрации, которые распространяются по всей монтажной плате, как показано на рисунке 9.
Рис. 9. Полимерные конденсаторы не вызывают акустического шума
В таблице 2 указаны наилучшие параметры полимерных конденсаторов Panasonic.
Таблица 2. Наилучшие параметры полимерных семейств конденсаторов Panasonic
| Наилучший параметр | Максимальное напряжение, В | Максимальная емкость, мкФ | Минимальное ESR, мОм | Наименьший размер |
| Значение | 100/80 | 2700 | 3 | Размер 2012 |
| Наименование | OS-CON/Hybrid | OS-CON | SP-Cap | SP-Cap |
Срок службы
Обычные электролитические конденсаторы имеют довольно ограниченный срок службы в связи с высыханием имеющего жидкостную консистенцию электролита. Полимерный электролит не имеет таких проблем со старением, а конденсаторы отличаются увеличенным сроком эксплуатации даже при повышенной рабочей температуре.
В таблицах 3 и 4 представлен заявленный срок службы для полимерных электролитических конденсаторов Panasonic.
Таблица 3. Срок службы гибридных конденсаторов Panasonic
| Гибридные конденсаторы | |
| Температура, °С | Срок службы, час. |
| 125 | 4000 |
| 115 | 8000 |
| 105 | 16000 |
| 95 | 32000 |
| 85 | 64000 |
| 75 | 128000 |
Таблица 4. Срок службы конденсаторов Panasonic OS-CON, SP-Cap и POSCAP
| OS-CON, SP-Cap, POSCAP | |
| Температура, °С | Срок службы, час. |
| 125 | 1000 |
| 105 | 10000 |
| 85 | 100000 |
Снижение рабочей температуры гибридных конденсаторов на каждые 10°С вызывает двукратное продление срока эксплуатации. А для семейств OS-CON, SP-Cap и POSCAP снижение рабочей температуры на каждые 20°С приводит к десятикратному продлению этого параметра.
Влияние частоты на параметры конденсаторов
На рис. 3 представлена общепринятая схема замещения конденсатора, включающая в себя электрическую емкость, ЭПС и ЭПИ. Потребность реального учета ЭПС и ЭПИ в конденсаторах возникла после того, как схемотехническое построение источников питания (ИП) как в промышленной, так и бытовой электронике претерпело качественный скачок. Используемые ранее низкочастотные ИП с трансформаторами, работающими на частоте 50 Гц, за какое-то десятилетие почти повсеместно были вытеснены ИИП благодаря их более совершенным массогабаритным показателям и более высокому КПД. Однако при этом принцип импульсного преобразования энергии на частотах в десятки килогерц предполагал, что рабочие частоты фильтрующих конденсаторов должны существенно возрасти, поскольку спектральные составляющие таких коммутирующих импульсов размещаются в диапазоне сотен килогерц – единиц мегагерц.
Для этого потребовалось учитывать полное сопротивление конденсатора Z, характер изменения которого с частотой f определяют емкостная составляющая XC=1/2πfC и индуктивная XL=2πfL, как это изображено на рис. 10. Поскольку емкостное сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте, с ростом частоты оно уменьшается.
Индуктивное, прямо пропорциональное частоте, наоборот – возрастает. Существует также некоторая резонансная частота fрез, на которой емкостная составляющая сопротивления по модулю уравнивается с индуктивной. Явлением резонанса обусловлен характер изменения модуля полного сопротивления, включающего в себя геометрическую сумму всех компонентов – активного R=ЭПС и реактивных XL, XC:
Геометрическое суммирование можно выполнить на рисунке сложением отдельных графических компонентов и убедиться, что модуль полного сопротивления вначале монотонно уменьшается, затем стабилизируется на уровне, близком к эквивалентному последовательному сопротивлению, после чего начинает расти.
Рис. 10. Качественная характеристика частотной зависимости полного сопротивления конденсатора
Подставив в вышеприведенную формулу параметры сравниваемых низкоимпедансного и полимерного конденсаторов, можно получить диаграмму изменения модуля их полного сопротивления, приведенную на рис. 11. Но это, если можно так выразиться, «теоретический продукт», не учитывающий, что емкость конденсаторов с изменением частоты отнюдь не стабильна. На практике эта зависимость весьма сильная, особенно для танталового конденсатора, как это иллюстрирует рис. 12. Алюминиевые конденсаторы с жидким электролитом, уступающие танталовым по своим параметрам, рассматривать в данном аспекте не имеет смысла. Сравнивая графики для полимерных и танталовых конденсаторов, видим, что на частоте 1 кГц емкость танталового конденсатора снижается почти на 13%, на 10 кГц – на 27%, и когда частота достигает 100 кГц – уменьшается в 2 раза! Можно ли такой конденсатор применять в ответственных проектах? Ответ вполне ожидаемый.
Рис. 11. Влияние температуры на полное сопротивление танталового и полимерного конденсатора
При тех же условиях твердотельный полимерный конденсатор свою емкость почти не меняет и имеет неоспоримое преимущество перед аналогами как по частотной стабильности своих параметров, так и температурной, о чем шла речь в предыдущем разделе статьи. Но при этом никак не был затронут вопрос о влиянии температуры на долговечность конденсаторов. Рассмотрим его особо.
Влияние температуры на долговечность конденсаторов
Рис. 12. Частотная зависимость емкости танталового и полимерного конденсатора
Как установлено многолетними исследованиями, на долговечность оксидных конденсаторов определяющее влияние оказывает температура корпуса, которая зависит как от температуры окружающего воздуха (внешней теплоты), так и теплоты, порождаемой внутри конденсатора (внутренней теплоты). Внешняя теплота вызывает ускоренную деградацию образующих конденсатор элементов (рис. 1) – резинового уплотнительного диска, электролита, алюминиевых обкладок, а также испарение электролита, как упоминалось ранее. Эти разрушительные процессы ускоряются внутренней теплотой, основным источником которой является подробно рассмотренное в предыдущем разделе рассеяние на ЭПС конденсатора пульсаций тока. Именно так создается некий порочный круг отрицательных, взаимно ускоряющих друг друга процессов: тепло порождает ухудшение параметров конденсатора, ухудшение параметров приводит к возрастанию температуры конденсатора.
Таблица 2. Зависимость долговечности конденсаторов от рабочей температуры и пульсаций тока
Скорость протекания деградационных процессов в твердотельном полимерном конденсаторе гораздо меньше, чем в конденсаторах с жидким электролитом, поскольку стойкость полимера несравненно выше. Выполним расчет долговечности конденсаторов в зависимости от условий эксплуатации с помощью табличного процессора Excel на основе вспомогательных материалов от специалистов фирмы TEAPO. Отталкиваясь от максимально допустимой рабочей температуры 85°С для алюминиевых конденсаторов с жидким электролитом и 105 °С для твердотельных полимерных, будем в расчетах понижать рабочую температуру ступенями по 10 °С, одновременно изменяя пульсации рабочего тока на уровне 25%, 50%, 75% и 100% от максимально допустимого значения. Результаты расчета представлены в таблице 2. Анализируя полученные данные, можно убедиться в несомненном преимуществе твердотельных полимерных конденсаторов, поскольку при любых условиях их долговечность оказывается в 3…6 раз выше по сравнению с конденсаторами на основе жидкого электролита. Да и сами исходные условия для полимерных конденсаторов несопоставимо тяжелее. Например, максимально жесткий режим у конденсаторов с жидким электролитом соответствует температуре 85 °С и пульсациям тока 0,4 А, а у полимерных – 105 °С и 5 А. Аналогичный вывод можно получить при анализе диаграмм, размещенных на рис. 13. Здесь учитывают необратимое уменьшение емкости конденсатора в процессе эксплуатации и считают, что конденсатор подлежит замене при снижении емкости более допустимых техническими условиями (ТУ) пределов – 10 или 20%.
Таблица 3. Твердотельные полимерные конденсаторы фирмы ТЕАРО
Рис. 13. Температурная зависимость долговечности танталового и полимерного конденсатора
Подводя итог проведенному сравнительному анализу параметров трех различающихся по технологии изготовления типов конденсаторов, можно сделать вывод о несомненном преимуществе параметров полимерного конденсатора серии CG. Компания TEAPO производит также множество других серий полимерных конденсаторов, но в рамках одной статьи подробно их осветить просто невозможно, поэтому ограничимся лишь общей характеристикой.
Основные параметры танталовых конденсаторов
Расчет безопасных режимов работы подразумевает определение уровней допустимых напряжений и токов [3]. Для этого расчета потребуется использование основных параметров танталовых конденсаторов, которые могут быть найдены в документации на соответствующие компоненты.
Номинальная емкость («Capacitance»).
Танталовые конденсаторы имеют высокую удельную емкость, что объясняется достаточно просто. Как известно, емкость конденсатора определяется по формуле:
C = εrε0S/d, (1)
где εr– диэлектрическая проницаемость материала, ε0 – электрическая постоянная, S – площадь электродов, d – толщина диэлектрика.
Диэлектрик (Ta2O5) имеет высокое значение диэлектрической проницаемости ε=26 (таблица 2) [1]. Кроме того, сама по себе поверхность анода в структуре конденсатора является гранулированной и имеет большую площадь. В результате, емкость танталовых конденсаторов составляет сотни и тысячи микрофарад (таблица 3).
Таблица 2 – Диэлектрическая проницаемость различных материалов
| Тип диэлектрика | Диэлектрическая проницаемость, ε |
| Воздух (вакуум) | 1.0 |
| Бумага | 2.0 … 6.0 |
| Пластик | 2.1 … 6.0 |
| Минеральное масло | 2.2 … 2.3 |
| Силиконовое масло | 2.7 … 2.8 |
| Кварц | 3.8 … 4.4 |
| Стекло | 4.8 … 8.0 |
| Фарфор | 5.1 … 5.9 |
| Слюда | 5.4 … 8.7 |
| Al2O3 | 8.4 |
| Ta2O5 | 26 |
| Керамика | 12 … 400000 |
Таблица 3 – Номенклатура и параметры танталовых конденсаторов серии 293D (Vishay)
| Емкость. мкФ | 4 В | 6.3 В | 10 В | 16 В | 20 В | 25 В | 35 В | 50 В | 63 В | 75 В |
| 0.10 | A | A | A | A | ||||||
| 0.15 | A | A/B | B | |||||||
| 0.22 | A | A/B | B | |||||||
| 0.33 | A | AA | A/B | B | ||||||
| 0.47 | A | A | A | A/B | A/B/C | B | ||||
| 0.68 | A | A | A | A/B | B/C | C | ||||
| 1.0 | A | A | A/B | A/B | A/B | B/C | D | |||
| 1.5 | A | A | A/B | A/B | A/B | B/C | B/C/D | D | ||
| 2.2 | A | A | A/B | A/B | A/B | A/B/C | B/C | B/C/D | D | |
| 3.3 | A | A/B | A/B | A/B | A/B/C | A/B/C | B/C/D | C/D | D | |
| 4.7 | A/B | A/B | A/B/C | A/B/C | A/B/C | A/B/C/D | B/C/D | C/D/E | D | E |
| 6.8 | A/B | A/B | A/B/C | A/B/C | A/B/C | B/C/D | C/D | D/E | ||
| A/B | A/B/C | A/B/C | A/B/C/D | B/C/D | B/C/D | C/D | D/E | E | ||
| A/B/C | A/B/C | A/B/C | B/C | B/C/D | B/C/D | D/E | E | |||
| A/B/C | A/B/C | A/B/C/D | B/C/D | B/C/D | C/D/E/V | D/E | ||||
| A/B/C | A/B/C | B/C/D | B/C/D | C/D | D/E | |||||
| A/B/C | A/B/C/D | B/C/D | C/D/E | D/E | D/E | |||||
| B/C/D | B/C/D | B/C/D/E/V | D/E | D/E | E | |||||
| 100 | A/B/C/D | B/C/D/E | B/C/D/E/V | D/E/V | D/E | |||||
| 120 | D | D | E | |||||||
| 150 | B/C/D | C/D/E | C/D/E | D/E | ||||||
| 220 | B/C/D/E | C/D/E | D/E/V | E | ||||||
| 330 | D/E | D/E | D/E | |||||||
| 470 | D/E | D/E | E | |||||||
| 680 | D/E | E | ||||||||
| 1000 | E | E |
Номинальное напряжение («Rated Voltage»).
Современные твердотельные танталовые конденсаторы выпускаются на номинальные напряжения до 75 В (таблица 3). Следует отметить, одну особенность данного параметра: для нормального функционирования в составе различных устройств, танталовые конденсаторы должны использоваться при напряжениях меньших, чем номинальное [4].
Это правило появилось в 50-е годы, и было связано с особенностями военной приемки танталовых конденсаторов, и установленными тогда же процедурами определения надежности. Эти стандартные испытания подразумевали определение надежности с выдержкой конденсаторов при номинальном напряжении в течение 1000 часов, температуре 85°C и токограничительном резисторе менее 3 Ом. Приемка «М» подразумевает, что количество отказов за 1000 часов не превышает 1%. Как военные, так и коммерческие компоненты разрабатывались с учетом требований этого стандарта.
Эти условия остаются промышленным стандартом до сих пор, но современные низкоимпедансные схемы (с минимальным ограничительным сопротивлением) требуют более высокой надежности, чем обеспечивает приемка «М». Так как в последнее время стали доступны данные по числу отказов (в основном данные о военной электронике), то стало возможным проведение фактических расчетов и создания нового стандарта Mil-Std-217, который учитывает требования всех типов конденсаторов.
Исследования показали, что для повышения надежности необходимо снижать рабочее напряжение. Снижение рабочего напряжения до 50% от номинального напряжения RV («Rated Voltage»), приводит к снижению показателя отказов FIT («Failures In Time») до 5% (рисунок 6).
Рисунок 6 – Снижение числа отказов при уменьшении рабочего напряжения
Полное сопротивление алюминиевого электролитического конденсатора (импеданс).
Как известно, эквивалентная схема замещения конденсатора (рисунок 7) кроме емкостной составляющей содержит ряд дополнительных элементов:
- индуктивную составляющую (L), которая учитывает индуктивность выводов;
- параллельное сопротивление (Rp), которое позволяет учесть ток утечки через диэлектрик и поверхностные токи утечки;
- последовательное эквивалентное сопротивление («Equivalent Series Resistance», ESR).
Рисунок 7 – Эквивалентная схема конденсатора
Полное сопротивление схемы имеет сложную частотную зависимость (рисунок 8). Главной особенностью этой зависимости является тот факт, что с ростом частоты импеданс уменьшается вплоть до мегагерцового диапазона. Это позволяет использовать танталовые конденсаторы в современных источниках питания, работающих на частотах от 100 кГц и выше.
Рисунок 8 – Типовая частотная зависимость импеданса и ESR
Эквивалентное последовательное сопротивление («Equivalent
SeriesResistance»,ESR).
При работе на переменном напряжении конденсатор обладает последовательным сопротивлением. На низких частотах это сопротивление определяется сопротивлением диэлектрика (Ta2O5). На высоких частотах начинает преобладать сопротивление электролита (MnO2). Типовая частотная зависимость определяет уменьшение ESR с ростом частоты вплоть до мегагерцового диапазона (рисунок 8).
Так как сопротивление диоксида марганца обратно пропорционально температуре, то ESR твердотельного танталового конденсатора на высоких частотах уменьшается с ростом температуры.
Максимальная рассеиваемая мощность («Power
dissipation»).
Когда к твердотельному танталовому конденсатору приложено переменное напряжение, наличие последовательного сопротивления приводит к выделению тепла, согласно формуле:
P = I²ESR, (2)
Допустимое повышение температуры конденсатора за счет выделяемой мощности определяется экспериментально. Например, значение перегрева в 20°C является максимальным для стандартных танталовых чип-конденсаторов. В свою очередь этот перегрев определяет и максимальную выделяемую мощность (таблица 4).
Таблица 4 – Максимальная рассеиваемая мощность конденсаторов серии 293D
| Типоразмер | Максимальная рассеиваемая мощность (25°С). Вт |
| 0.075 | |
| 0.085 | |
| 0.11 | |
| 0.15 | |
| 0.165 | |
| 0.125 |
Ознакомившись с конструкцией, механизмами пробоя и основными параметрами танталовых конденсаторов, можно определить основные ограничения, накладываемые на рабочие уровни токов и напряжений.
Обзор полимерных конденсаторов фирмы ТЕАРО
Полную номенклатуру конденсаторов, производимых фирмой ТЕАРО, и подробную характеристику параметров можно почерпнуть из источника [4]. Вкратце познакомимся лишь с твердотельными полимерными, представленными в таблице 3.
Рис. 14. Габаритные размеры полимерных конденсаторов серии CG
Пользуясь приведенными в таблице данными, конструктор в соответствии с техническим заданием на прорабатываемый проект сможет выбрать такой типономинал твердотельного полимерного конденсатора, который позволит без труда достичь требуемых технических параметров устройства. Данные по ЭПС для конкретного конденсатора представляют собой некоторое значение в интервале, показанном в таблице, причем, как это пояснялось ранее, с уменьшением емкости выбранного конденсатора его ЭПС возрастает, и наоборот.
Рис. 15. Маркировка полимерных конденсаторов
Габаритные размеры твердотельных полимерных конденсаторов также сильно разнятся в зависимости от серии, емкости и максимально допустимого рабочего напряжения. Приведем данные лишь для используемых нами в испытании конденсаторов серии CG (рис. 14). Здесь диаметр корпуса D может принимать значения от 4 до 10 мм, диаметр выводов d – 0,45…0,6 мм, высота корпуса H – 5,4…12,5 мм, межвыводное расстояние P – 1,5…5±0,5 мм. Для остальных типономиналов требуемые характеристики без труда можно найти в [4].
Маркировка конденсаторов производится на торцевой стороне корпуса так, как это показано на рис. 15.
Если внешний осмотр не дал результатов, проводим тестирование с помощью мультиметра
В любом случае, для выполнения этих работ необходимо выпаять деталь из платы. Делать это надо осторожно, чтобы не выдернуть контактные ножки из корпуса.
Если ваш прибор имеет специализированный разъем для проверки, диагностика выполняется в соответствии с инструкцией к мультиметру. Обязательно проводится весь комплекс тестирования (если такой алгоритм имеется). Подключать нужно правильно, соблюдая полярность. Маркировка обязательно присутствует на корпусе детали. При такой проверке вы не только проверите исправность, но и увидите значение емкости.
- Проверка работоспособности конденсатора начинается с измерения сопротивления. Делается это не так, как на резисторах или диодах. Чтобы понять принцип проверки, вспомним основные свойства конденсатора. При накоплении заряда сопротивление между обкладками увеличивается. Для начала необходимо разрядить элемент (снять остаточный заряд). Разумеется, это справедливо лишь для исправной детали. Надо просто замкнуть ножки любым проводником, или сомкнуть их между собой.
Важно: электролитические конденсаторы могут работать с напряжением до 600 Вольт и более, поэтому их разряжают только инструментом с изолированной рукояткой.
- Затем необходимо выставить предел измерения в режиме омметра на значение 2 МОм. Подключить конденсатор к мультиметру и наблюдать за показаниями.
Измерения такого рода лучше проводить с помощью стрелочного прибора, так будет нагляднее видно динамику. Но и на цифровом дисплее все будет понятно. Исправный радиоэлемент будет демонстрировать плавное увеличение сопротивления. Причем чем выше емкость, тем медленнее происходит процесс. Когда значение будет близким к бесконечности, цифровой индикатор покажет «1» (стрелочный соответственно «∞»). - Почему так происходит? У мульиметра есть элемент питания. При измерении сопротивления, на деталь подается напряжение, которое заряжает конденсатор. Далее простые законы физики: набралась емкость, сопротивление увеличилось до бесконечности. Если снова замкнуть контакты в режиме «коротыша», сопротивление резко уменьшится. Затем снова плавно восстановится до бесконечности.
