Содержание

Зачем нужны электролитические конденсаторы и как их менять

Рубрика: Статьи обо всем, Статьи про радиодетали Опубликовано 13.04.2020   ·   Комментарии: 0   ·   На чтение: 5 мин   ·   Просмотры:

Post Views: 1 050

Электролитические конденсаторы обладают большой емкостью. Они используются в основном в цепях питания, где требуется фильтрация напряжения от помех.

Их чего состоят

Больших емкостей можно добиться только с помощью химических источников.

Электролитические конденсаторы очень близки к химическим источникам тока. У них, как и у аккумуляторов, есть катод, анод и электролит. А также те же самые недостатки, что и у аккумуляторов.

Поэтому, такие конденсаторы и называются электролитическими. Среди радиолюбителей и электронщиков они сокращенно называются электролитами.

По составу электролита они бывают: жидкого и сухого типа. Еще есть оксидно-полупроводниковые, а также оксидно-металлические.


Обозначаются на принципиальных схемах также, как и обычный, но только с указанием полярности в виде знака +.

Характеристики электролитического конденсатора

К характеристикам можно отнести емкость и рабочее напряжение. Они указаны на корпусе.

Маркировки у электролитов по сути нет, основана информация указывается на корпусе. Микрофарады обозначаются µF, а рабочее напряжение в V.

А вообще, есть еще понятие ESR.

Рабочее напряжение ни в коем случае нельзя превышать.

Преимущества и недостатки

Преимущества электролитических конденсаторов:

  • Большая емкость;
  • Компактность.

Недостатки:

  • Со временем электролит высыхает, теряется емкость;
  • Работает только на низких частотах;
  • Ограничения по эксплуатационным условиям и риск вздутия/взрыва.

Разберём подробнее преимущества и недостатки электролитов.

Большая емкость

Электролитические конденсаторы обладают большой емкостью, и это их отличительная и самая главная особенность среди остальных конденсаторов.

Емкость обозначается в микрофарадах (мкФ), поскольку электролиты с меньшими значениями не выпускают.

Они обычно выпускаются от нескольких мкФ, до нескольких Ф (1 000 000 мкФ).

Компактность

Благодаря использованию химии, конденсаторы большой емкости намного компактнее, чем если бы их делали керамическими или пленочными.

Емкость конденсатора можно увеличить только за счет его обкладок, диэлектрика и геометрии. Поэтому электролиты лидируют по соотношению емкость/габариты.

Ионисторы

Разновидность электролитических конденсаторов — это ионисторы. Они обладают большей емкостью (например, 3000 Ф), и работают в основном как резервный или автономный низковольтный источник питания схемы. А также поддерживает схему в спящем режиме без другого источника. Их кстати в большей степени можно отнести к аккумуляторам.

Высыхание электролита

Основная проблема таких конденсаторов – это высыхание электролита. Обычно такая проблема проявляется из-за того, что техникой долго не пользуются или нарушаются условия эксплуатации (перегрев корпуса). Из-за этого электролит начинает высыхать, поэтому происходит потеря емкости.

Можно восстановить емкость конденсатора путем разбавления засохшего электролита дистиллированной водой (как аккумулятор), но это не выгодно. Лучше и надежнее всего заменить старый на новый, аналогичный по параметрам.

Работа на низких частотах

Это скорее особенность, чем недостаток. Большие емкости — это высокое реактивное сопротивление для высоких частот.

Поэтому, такие конденсаторы используются в низкочастотных цепях. Например, в блоках питания в качестве фильтров и сглаживания пульсаций.

Когда конденсатор вздувается и взрывается

Всегда еобходимо соблюдать полярность подключения.

Конденсаторы, как и аккумуляторы, могут вздуваться и взрываться. Иногда это происходит из-за неправильного включения или перегрева.

Если вы подключите минус источника к плюсу конденсатора и плюс источника к минусу конденсатора, то сразу же начнется вскипание электролита. Такой эффект возникает из-за обратной химической реакции. Конденсатор может взорваться.

В старых конденсаторах типа К-50 корпус монолитный, и он взрывался громко и достаточно разрушительно.

В современных электролитах на корпусе есть небольшой надрез, который в случае вскипания электролита позволяет горячему пару выйти наружу.

Иногда они просто вдуваются без нарушения герметизации, а бывают и такие случаи, когда конденсатор полностью теряет герметичность.

Тем не менее, надрез на корпусе значительно уменьшил взрывы, поэтому конденсаторы теперь чаще вздуваются, а не взрываются.

На корпусах современных конденсаторов вертикальной чертой указывается минусовой контакт.

Внимательно устанавливайте и записывайте прежнее положение, ибо многие производители ставят свои обозначения.

Например, среди радиолюбителей обычно минусовые контакты рисуют в виде квадрата.

А производители печатных плат наоборот, рисуют квадратные контактные площадки под плюс конденсатора. И то, так делают не все.

Так как есть такая путаница среди и радиолюбителей и производителей, всегда обращайте на то. где указан плюсовой контакт. И записывайте прежнее положение детали, иначе это чревато взрывом.

Характерные признаки неисправности электролитов

К таким признакам можно отнести:

  • Устройство не включается. Блок питания уходит в защиту или не запускается;
  • Устройство включается, но сразу же выключается.
    Емкость конденсаторов высохла или потеряла свое прежнее значение, поэтому блок питания уходит в защиту;
  • Перед неисправностью был писк в блоке питания. Обычно это означает, что конденсатор потерял герметичность и электролит начинает вытекать;
  • Нет регулировки яркости в мониторе. Отсутствие нужной емкости приводит к нарушению работы всего устройства. Емкость в данном случае делает функцию настройки;
  • Перед неисправностью был взрыв и неприятный запах. Неприятный запах – это электролит;
  • Устройство включается через раз. Это значит, что есть большая вероятность протечки фильтра питания.

Внешние признаки неисправности электролитических конденсаторов:

  • Вздутие корпуса;
  • Повреждение корпуса:
  • Наличие электролита под корпусом;
  • Вздутие со стороны контактов (внизу корпуса, обычно еле заметно).

Также высокочастотные пульсации вредят электролитам. Поэтому чаще всего они выходят из строя в блоках питания, поскольку именно там много пульсаций.

Правила работы с электролитами

Внимание! Перед тем, как прикоснуться к плате неисправного источника, убедитесь, что емкости разряжены. Даже если неисправен преобразователь, а не электролит, то конденсаторы могут быть заряжены. Им попросту некуда девать свой заряд. Поэтому первым делом аккуратно и не касаясь щупом мультиметра, измерьте емкости с высоким напряжением. Если они заряжены, разрядите их с помощью лампочки.

Как менять старый на новый

Среди электронщиков есть два мнения. Первое это то, что менять нужно неисправный старый конденсатор менять на такой же старый. Это объясняется тем, что вся работы схемы «привыкла» к старому конденсатору.

Но технически правильно и обоснованное мнение – это то, что нужно ставить только новый и только подходящий по параметрам конденсатор. Нет никакого привыкания схемы. Да, многие компоненты устарели и не могут работать как прежде, но у конденсатора по сути нет ничего того, что кардинально влияло бы на ухудшение работоспособности всех схемы. Устройство наоборот, будет работать лучше.

Меняйте старые конденсаторы на новые, максимально близкие по параметрам. Например, емкость можно взять чуть больше, если речь идет о блоке питания. А если это цепь настройки, то увеличив или уменьшив емкость, так можно повлиять на весь режим работы схемы. Нужно действовать по ситуации.

Ставить конденсатор с меньшими рабочим напряжением, чем в схеме, категорически нельзя. Он начнет нагреваться и взорвется. Да, многие разработчики считают с запасом, но лучше не рисковать.

Также не стоит забывать о таком параметре, как ESR (эквивалентное последовательное сопротивление).

Post Views: 1 050

Для чего нужен конденсатор и как он работает

Конденсатор (от латинского слова «condensare» — «уплотнять», «сгущать») — это двухполюсное устройство с определённой величиной или переменным значением ёмкости и малой проводимостью, которое способно сосредотачивать, накапливать и отдавать другим элементам электрической цепи заряд электрического тока.

Конденсатор или как его еще называют сокращенно просто «кондер» — это элемент электрической цепи, состоящий в самом простом варианте из двух электродов в форме пластин (или обкладок), которые накапливают противоположные разряды и поэтому они разделены между собой диэлектриком малой толщины по сравнению с размерами самих электропроводящих обкладок. На практике же, все выпускаемые конденсаторы представляют собой многослойные рулоны лент электродов в форме цилиндра или параллелепипеда, разделенных между собой слоями диэлектрика.

Принцип работы конденсатора

По принципу работы он схож с батарейкой только на первый взгляд, но все же он сильно отличается от него по принципу и скорости заряда-разряда, максимальной емкости.

Заряд конденсатора. В момент подключения к источнику питания оказывается больше всего места на электродах, поэтому и ток будет зарядки максимальным, но по мере накопления заряда, ток будет уменьшаться и пропадет полностью после полного заряда. При зарядке на одной пластине будут собираться отрицательно заряженные частицы- электроны, а на другой – ионы, положительно заряженные частицы. Диэлектрик выступает препятствием для их перескакивания на противоположную сторону конденсатора.При зарядке растет и напряжение с нуля перед началом зарядки и достигает в самом конце максимума, равного напряжению источника питания.

Разрядка конденсатора. Если после окончания зарядки отключить источник питания и подключить нагрузку R, то он сам превратится в источник тока. При подключении нагрузки образовывается цепь между пластинами. Отрицательно заряженные электроны двинуться через нагрузку к положительно заряженных ионам на другой пластине по закону притяжения между разноименными зарядами.В момент подключения нагрузки, начальный ток по закону Ома будет равняться величине напряжения на электродах (равного в конце зарядке конденсатора напряжению источника питания), разделенному на сопротивление нагрузки.
После того как пошел ток, конденсатор начинает постепенно  терять заряд или разряжаться. Одновременно с этим начнет снижаться величина напряжения, соответственно по закону Ома и ток. В то же время чем выше уровень разряда обкладок, тем ниже будет скорость падения напряжения и силы тока. Процесс завершится после того, как напряжение на электродах конденсатора станет равно нулю.

Время зарядки конденсатора на прямую зависит от величины его емкости. Чем большей она величины, тем дольше будет проходить по цепи большее количество заряда.

Время разрядки зависит от величины подключенной нагрузки. Чем больше подключено сопротивление R, тем меньше будет ток разрядки.

Для чего нужен конденсатор

Конденсаторы широко используются во всех электронных и радиотехнических схемах. Они вместе с транзисторами и резисторами являются основой радиотехники.

Применение конденсаторов в электротехнических устройствах и бытовой технике:

  • Важным свойством конденсатора в цепи переменного тока является его способность выступать в роли емкостного сопротивления (индуктивное у катушки). Если подключить последовательно конденсатор и лампочку к батарейке, то она не будет светиться. Но если подключить к источнику переменного тока, то она загорится. И светиться будет тем ярче, чем выше емкость конденсатора. Благодаря этому свойству они широко применяются в качестве фильтра, который способен довольно успешно подавлять  ВЧ и НЧ помехи, пульсации напряжения и скачки переменного тока.
  • Благодаря способности конденсаторов долгое время накапливать заряд и затем быстро разряжаться в цепи с малым сопротивлением для создания импульса, делает их незаменимыми при производстве фотовспышек, ускорителей электромагнитного типа, лазеров и т. п.
  • Способность конденсатора накапливать и сохранять электрический заряд на продолжительное время, сделало возможным использование его в элементах для сохранения информации. А так же в качестве источника питания для маломощных устройств. Например, пробника электрика, который достаточно вставить в розетку на пару секунд пока не зарядится в нем встроенный конденсатор и затем можно целый день прозванивать цепи с его помощью. Но к сожалению, конденсатор значительно уступает в способности накапливать электроэнергию аккумуляторной батареи из-за токов утечки (саморазряда) и неспособности накопить электроэнергию большой величины.
  • Конденсаторы используются при подключении электродвигателя 380 на 220 Вольт. Он подключается к третьему выводу, и благодаря тому что он сдвигает фазу на 90 градусов на третьем выводе- становится возможным использования трехфазного мотора в однофазной сети 220 Вольт.
  • В промышленности конденсаторные установки применяются для компенсации реактивной энергии.

В следующей статье мы рассмотрим подробно основные характеристики и типы конденсаторов.

Конденсаторы для «чайников» / Хабр

Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.

Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.

Начнём с простого

Лучше начать с простого и описать основные принципы работы конденсаторов, прежде чем переходить к настоящим устройствам. Идеальный конденсатор состоит из двух проводящих пластинок, разделённых диэлектриком. Заряд собирается на пластинах, но не может перетекать между ними – диэлектрик обладает изолирующими свойствами. Так конденсатор накапливает заряд.

Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости εr использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.


Паразитные индуктивность и сопротивление реального конденсатора

С использованием диэлектриков в конденсаторах есть одна проблемка, наряду с тем, что диэлектрик с нужными характеристиками обладает неприятными побочными эффектами. У всех конденсаторов есть небольшие паразитные сопротивление и индуктивность, которые иногда могут влиять на его работу. Электрические постоянные меняются от температуры и напряжения, пьезоэлектричества или шума. Некоторые конденсаторы стоят слишком дорого, у некоторых существуют состояния отказа. И вот мы подошли к основной части статьи, в которой расскажем о разных типах конденсаторов, и об их свойствах, полезных и вредных. Мы не будем освещать все возможные технологии, хотя большинство обычных мы опишем.

Алюминиевые электролитические

Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.

На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.

У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.

Танталовые электролитические

Танталовый конденсатор поверхностного размещения

Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.

Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.

В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за тем, чтобы они не вышли из строя — бывает, что в таком случае они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.

Полимерные плёнки

Целое семейство конденсаторов использует полимерные плёнки в качестве диэлектриков, а плёнка либо находится между витыми или перемежающимися слоями металлической фольги, либо имеет металлизированный слой на поверхности. Их рабочее напряжение может доходить до 1000 В, но высокими ёмкостями они не обладают – это обычно от 100 пФ до единиц мкФ. У каждого вида плёнки есть свои плюсы и минусы, но в целом всё семейство отличается более низкими ёмкостью и индуктивностью, чем у электролитических. Посему они используются в высокочастотных устройствах и для развязывания в электрически шумных системах, а также в системах общего назначения.

Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.

Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.

Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.

Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.

В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.

Керамика

История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.

Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.

C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.

X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.

Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.

Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.

Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.

Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через личные сообщения сайта. Спасибо.

Электроника НТБ – научно-технический журнал – Электроника НТБ

Технология металлизации
Пленочные конденсаторы изготавливаются методом металлизации полимерной пленки диэлектрика. В применяемой компанией AVX технологии для обеспечения хорошего сцепления пленок полимер (полипропилен) перед металлизацией обрабатывается коронным разрядом. Тонкая металлическая (алюминиевая) пленка наносится методом вакуумного испарения при температуре камеры 1200°C и температуре полипропиленовой подложки от -25 до -35°C. Схема установки нанесения металлизации приведена на рис.1. При достаточно малой толщине металлическая пленка, находящаяся над дефектом диэлектрика, при прохождении тока испаряется, в результате чего дефектная область оказывается изолированной, т.е. происходит так называемое самозаживление компонента. Благодаря эффекту самозаживления и обеспечивается высокий градиент напряжения пленочных конденсаторов. Для современных конденсаторов компании AVX, изготавливаемых по полностью “сухой” технологии и предназначенных для разрядных устройств, градиент напряжения превышает 500 В/мкм и 250 В/мкм для конденсаторов фильтров постоянного тока. Поскольку разрабатываемые конденсаторы соответствуют стандарту промышленности бытовой электронной техники CEI 1071, они способны выдерживать без существенного сокращения срока службы несколько выбросов напряжения, превышающих номинальное значение примерно в два раза. Пользователь при выборе компонента может принимать во внимание нужное номинальное напряжение конденсатора.

Электролитические конденсаторы
В электролитических конденсаторах в качестве диэлектрика используется окись алюминия, диэлектрическая постоянная которой составляет 8–8,5, а градиент напряжения – 0,07 В/А. Поэтому толщина диэлектрика конденсатора на напряжение постоянного тока 900 В должна составлять 12000 ангстрема, или 1,2 мкм. Однако такая толщина диэлектрической пленки для электролитических конденсаторов неприемлема. Это объясняется тем, что для получения требуемой удельной мощности конденсатора в пленке окиси алюминия вытравливаются ямки, формирующие ее микрорельеф, уровень которого зависит от толщины пленки диэлектрика. С увеличением толщины емкостной коэффициент, обусловленный микрорельефом диэлектрика, уменьшается. Это приводит к тому, что значение емкости конденсатора на напряжение 500 В вдвое меньше емкости низковольтного конденсатора. С другой стороны, проводимость электролита конденсатора на напряжение 500 В составляет 5 Ом/см против 150 Ом/см для конденсатора на низкое напряжение. В результате эффективное значение тока высоковольтного конденсатора не может превышать 20 мА/мкФ. По этим причинам максимальное номинальное напряжение электролитических конденсаторов составляет 500–600 В, и для получения требуемого высокого напряжения пользователь должен последовательно соединять несколько конденсаторов. А поскольку существует разброс значений сопротивления диэлектрика конденсаторов, пользователь для балансировки напряжения должен присоединить к каждому конденсатору резистор. При подаче обратного напряжения, в полтора раза превышающего номинальное значение, начинается химическая реакция, и, если это напряжение подается достаточно долго, конденсатор взрывается или вытекает электролит. Чтобы не допустить этого, пользователь вынужден присоединять к каждому конденсатору параллельный диод.
И наконец, рассмотрим наиболее важный для некоторых применений фактор – способность выдерживать выбросы напряжения. Максимально допустимое напряжение выброса электролитических конденсаторов составляет 1,15–1,2 от значения номинального напряжения постоянного тока. Поэтому пользователь при выборе электролитического конденсатора должен учитывать не его номинальное напряжение, а напряжение выброса.

Сравнение пленочных и электрических конденсаторов для различных областей применения
Конденсаторы на большие токи для фильтров цепи постоянного тока. Значения емкости и тока
Рассмотрим требования к конденсаторам, выполняющим функции развязки в цепи электрического транспортного средства с батарейным питанием (рис.2). Одно из основных требований к таким конденсаторам – способность выдерживать большие эффективные значения тока. А значит, для этой области применения пленочные конденсаторы весьма перспективны. Так, если для электрического транспортного средства требуется конденсатор на напряжение постоянного тока 120 В с допустимыми эффективными значениями пульсаций напряжения 4 В и эффективным значением тока 80 А на частоте 10 кГц, то минимальная емкость его составит:

Рассмотрим случай применения электролитического конденсатора. Если его предельное эффективное значение тока составляет 20 мА/мкФ, то для обеспечения тока 80 A его емкость должна составлять С = 80/0,02 = 4000 мкФ.
Теперь рассмотрим конденсатор, предназначенный для питаемого от сети драйвера мотора промышленного оборудования. Форма волны цепи развязки по постоянному току имеет вид, приведенный на рис.3. При расчете емкости следует учесть, что частота напряжения питания ниже частоты стабилизатора. Расчет емкости производится по следующей формуле:

где Pнаг – мощность в нагрузке; Uпульсаций – напряжение пульсаций; Fстаб – частота стабилизатора.
Для приблизительного расчета эффективного значения тока воспользуемся следующими формулами:
. ..

Таким образом, эффективный ток конденсатора Iэф зависит от мощности в нагрузке, максимального напряжения Umax и напряжения пульсаций Uпульсаций.
Рассмотрим конкретный пример расчета емкости и эффективного значения тока конденсатора на напряжение 1000 В и напряжение пульсаций 200 В. При мощности в нагрузке 1 МВт эффективный ток равен 2468 А, при 500 кВт – 1234 А и при 100 кВт – 247 А.
При сравнении с электролитическим конденсатором вспомним, что его предельный эффективный ток составляет 20 мА/мкФ. Как показали расчеты для пленочного конденсатора, эффективный ток при мощности в нагрузке 1 МВт равен 2468 А. Это значит, что емкость электролитического конденсатора должна составлять 123,4 мФ. Из кривой зависимости емкости от частоты стабилизатора, приведенной на рис.4, получим, что пленочный конденсатор с таким значением емкости нужен для стабилизатора на частоту менее 100 Гц. Частота трехфазного стабилизатора с шестью выпрямительными диодами составляет 300 Гц. Из рис.4 получим, что при мощности в нагрузке 1 МВт требуемая емкость пленочного конденсатора на такую частоту равна всего 18,5 мФ. При меньших значениях мощности в нагрузке требуемые емкости конденсатора еще меньше, и пленочная технология по-прежнему дает лучшее решение. Даже для стабилизатора на частоту 100 Гц емкость конденсатора не превышает 555 мкФ при неизменных значениях напряжения питания и напряжения пульсаций.

Конденсаторы фильтров постоянного тока.
Проблема выброса напряжения
Рассмотрим применение фильтров постоянного тока в таких городских транспортных средствах, как поезда метро, трамваи, тролейбусы и т.п. (рис.5). Форма волны напряжения в линии постоянного тока приведена на рис.6. При подводе мощности к составу контакт между токоприемником и контактным проводом не всегда непрерывен. В случае отсутствия контакта энергия поступает от конденсатора цепи постоянного тока, и при этом напряжение снижается. При восстановлении контакта происходит выброс напряжения:
… где

где Undc – номинальное постоянное напряжение; L – индуктивность фильтра; С – емкость фильтра; R – сопротивление фильтра.
Худшие условия возникают тогда, когда изменение напряжения DV равно напряжению контактного провода, поскольку при этом выброс напряжения в два раза превышает номинальное напряжение. Как было указано ранее, пленочные конденсаторы выдерживают такие перегрузки.
А что происходит при использовании электролитического конденсатора? Как уже указывалось, максимальная перегрузка, выдерживаемая электролитическим конденсатором, составляет 1,2 значения номинального напряжения. При номинальном напряжении 1000 В минимальный выброс напряжения, который должен выдержать электролитический конденсатор, будет равен 2·1000/1,2 В = 1670 В. Чтобы выдержать такой выброс напряжения, необходимо последовательно включить четыре конденсатора на напряжение 450 В.

Срок службы
Срок службы пленочных конденсаторов достаточно продолжителен и зависит от рабочего напряжения и температуры горячих точек (рис.7). Температура горячей точки в зависимости от области применения и технологии конденсатора лежит в пределах от 85 до 105°С. Продолжительность срока службы определяется периодом, в течение которого значение емкости уменьшается на 2%. Правда, это теоретическое значение срока службы, поскольку в тех случаях, когда допускается 5%-ное изменение емкости, конденсатор может применяться значительно дольше.

Пленочные конденсаторы компании AVX
Как уже указывалось, компания AVX успешно проводит программу разработки и производства пленочных конденсаторов. В конце 2005 года компания сообщила о расширении рабочих параметров пленочных конденсаторов средней мощности. Конденсаторы семейства FFVE с диэлектриком из не импрегнированного металлизированного полипропилена или полиэфира предназначены для применения в преобразователях топливных элементов, источниках бесперебойного электропитания, драйверах двигателей и источниках питания промышленных систем. Емкость конденсаторов семейства FFVE составляет 12–400 мкФ±10%, номинальное напряжение – 300–1900 В, напряжение, подаваемое при испытаниях на стойкость к выбросам напряжения, равно 1,5 Vndc в течение 10 c, диапазон рабочих температур – -40…105°С. Отличительный параметр конденсаторов семейства – малая паразитная индуктивность – 18–40 нГ.

Новинки
С развитием полупроводниковых приборов повышаются требования к уменьшению индуктивности рассеяния фильтров постоянного тока, с тем чтобы ограничить выбросы напряжения при соединении с полупроводниковыми приборами. И здесь вновь пленочная технология облегчает решение проблемы.
Специалистами компании AVX разработан конденсатор, который может непосредственно монтироваться на IGBT-модуль (рис.8). При разработке конденсатора учитывалось важное требование защиты от воздействия окружающей среды. Поскольку конденсатор предназначен для систем подачи энергии транспортным средствам, его срок службы при номинальных значениях параметров и условиях окружающей среды должен составлять 100 тыс. ч. Чтобы обеспечить такой срок службы, конденсатор монтируется в пластмассовый или алюминиевый корпус, герметически запаянный полиуретаном, обеспечивающим не только защиту от воздействия окружающей среды, но и выполнение требований стандартов огнеупорности подвижных железнодорожных составов NFF 16-101NFF и 16-102. К тому же герметизация полипропиленом позволяет использовать различные типы выводов, например, в виде медной пластины, отделенной от корпуса изолирующей прокладкой.
По пленочной технологии созданы и конденсаторы с менее длительными сроками службы, но большими значениями градиента напряжения, что позволяет увеличить плотность энергии. Специалистами компании определены законы старения конденсаторов и разработаны программные средства, позволяющие ответить на любой специальный запрос заказчика.
Кроме того, благодаря использованию специальной технологии значение паразитной индуктивности новых конденсаторов не превышает 10 нГ даже у конденсаторов большой емкости. В результате при подключении к IGBT-модулю уже не нужно применять развязывающий конденсатор, что удешевляет стоимость конструкции.

Таким образом, если применение требует небольших эффективных значений тока, большие емкости, отсутствие выбросов напряжения и подачи обратного напряжения, пленочные конденсаторы, по-видимому, не смогут конкурировать с электролитическими. Но если необходимы большие напряжения, высокий эффективный ток, стойкость к выбросам напряжения, высокий пиковый ток, пленочные конденсаторы, безусловно, лучший выбор.

III Специализированная выставка нанотехнологий и наноматериалов “NTМЕХ-2006”

За последние десятилетия в материаловедении сформировалось новое направление, связанное с получением и использованием веществ в наносостоянии (когда размер конденсированной фазы хотя бы в одном направлении уменьшается до сотен и единиц нанометров). Переход практически всех веществ в наносостояние существенным образом изменяет его характеристики: электрические, магнитные, оптические, механические, термические, биологические и др., что позволяет создавать принципиально новые функциональные материалы с уникальными потребительскими свойствами.
Научные исследования и прикладные разработки в области наноматериалов и технологий (частицы, материалы, устройства) могут стать в XXI веке ключевыми для всего научно-технического прогресса. Во всех промышленно развитых странах это направление в последние годы стало приоритетным, особенно в связи с развитием наноэлектроники и миниатюризации промышленных и бытовых приборов и устройств.
На сегодняшний день научные коллективы России обладают высоким потенциалом, позволяющим создать наукоемкие производства XXI века. Значительная часть разработок на уровне интеллектуального продукта может быть реализована в промышленности и обладает перспективами выхода на международный финансовый рынок.
Специализированная выставка нано- технологий и материалов “NТМЕХ” – единственная на сегодня выставка, охватывающая все аспекты нано- технологий и материалов – от постановки задач до технического воплощения и промышленного внедрения. Двухлетний опыт проведения мероприятия показал целесообразность проведения проблемно-ориентированных выставок, семинаров и конференций с участием ведущих ученых и специалистов органов государственной власти и промышленных предприятий города Москвы с целью выявления рыночной инвестиционной перспективности инновационных проектов по направлению “нанотехнологии и наноматериалы”.

II Специализированная выставка нано- технологий и материалов “NTМЕХ-2005”, которая в декабре прошлого года прошла в современном выставочном зале здания Правительства Москвы, занимала выставочную площадь 800 квадратных метров и насчитывала более 60 участников, среди которых академические научно-исследовательские и высшие учебные заведения и известные всему миру промышленные предприятия: Физико-технологический институт РАН, Институт проблем технологий микроэлектроники и особочистых материалов РАН, Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Институт физической химии РАН, Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена, ГНЦ РФ ГИРЕДМЕТ, Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН, ФГУП ЭЗАН, ГНЦ РФ – физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского и ГУ НИИ Биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича РАМН, Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева РАМН, МГУ им. М.В. Ломоносова и РХТУ им. Д.И. Менделеева, Московский энергетический институт (ТУ), Московский государственный институт стали и сплавов (ТУ), Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума “НИЦПВ”, ЗАО “Нанотехнология МДТ”, РНЦ “Курчатовский институт” и многие другие. Выставка вызвала широкий интерес не только у российских, но и у зарубежных специалистов. За время ее работы выставку посетило около 2500 специалистов, в том числе представители посольств Великобритании и Чили, представители научных кругов Китая, Северной Кореи, Чехии, Голландии, Америки, Италии.
С 5 по 7 декабря 2006 года в Универсальном выставочном зале здания Правительства Москвы (Новый Арбат, 36/9) пройдет III Специализированная выставка нанотехнологий и наноматериалов “NТМЕХ-2006”. Организаторами мероприятия являются Департамент науки и промышленной политики города Москвы, Московский комитет по науке и технологиям и Компания МКМ ПРОФ.
Основными целями специализированной выставки являются: демонстрация уникальных достижений предприятий и научных коллективов в области нанотехнологий и наноматериалов, содействие их продвижению на международный рынок, расширение выпуска высокотехнологичной продукции и принципиально новых функциональных материалов с уникальными потребительскими свойствами; содействие внедрению нанотехнологий в различные области науки, техники и производства; установление деловых контактов, привлечение отечественных и зарубежных инвестиций в данный сектор высоких технологий, содействие формированию и реализации национальных и региональных программ по нанотехнологиям и наноматериалам.

III Специализированная выставка нано- технологий и материалов “NТМЕХ-2006” включает следующие тематические разделы:
· наноматериалы и нанотехнологии;
· технология и оборудование для производства наноматериалов;
· модули и оригинальные компоненты на основе наноматериалов;
· услуги в области нанотехнологий;
· наноматериалы для компонентов и микросистем;
· применение нанотехнологий в областях городского хозяйства;
· готовая продукция с использованием нанотехнологий и наноматериалов.

В рамках насыщенной деловой программы выставки пройдут мероприятия (круглые столы, презентации) по вопросам применения нанотехнологий и наноматериалов в различных отраслях, обзор сегодняшнего состояния и перспектив в области и нанотехнологий, и наноматериалов, а также обзор современного состояния и перспектив развития отрасли в России и за рубежом.

Учитывая огромный интерес к новому перспективному направлению инновационной деятельности, основой которого являются нанотехнологии и наноматериалы в промышленно развитых странах, а также наличие высоких достижений в данной области ученых России, приглашаем принять участие в III Специализированной выставке нанотехнологий и наноматериалов “NTМЕХ-2006” и ждем Вас на выставке и мероприятиях деловой программы.

Дирекция выставки:
Телефон/факс: (095) 502-19-38, 502-19-37, 775-17-20
www.mkmexpo.ru , e-mail: [email protected]

Свойства и виды конденсаторов

Конденсаторный час

Что делает конденсаторы особенными, так это их способность накапливать энергию, этим радиодетали при продаже и ценятся; они как полностью заряженный электрический аккумулятор. Заглавные буквы, как мы обычно называем их, имеют все виды критических применений в цепях. Общие области применения включают локальное накопление энергии, подавление скачков напряжения и сложную фильтрацию сигналов.

Наиболее часто используемым и производимым конденсатором является керамический конденсатор, который скупается в Москве оптом и много, да и цена на него отличная. Название происходит от материала, из которого сделан их диэлектрик.

Керамические конденсаторы

Две крышки в сквозном, радиальном корпусе; крышка 22 пФ слева и 0,1 мкФ справа. Посередине крошечная крышка для поверхностного монтажа 0,1 мкФ 0603.

По сравнению со столь же популярными электролитическими крышками керамика представляет собой более близкий к идеальному конденсатор (гораздо более низкие значения ESR и токи утечки), но их небольшая емкость может быть ограничивающей. Они, как правило, самый дешевый вариант среди радиодеталей в Москве. Эти заглушки хорошо подходят для высокочастотных соединений и развязки.

Алюминий и тантал электролитический

Электролитики хороши тем, что могут вместить большую емкость в относительно небольшой объем. Если вам нужен конденсатор в диапазоне 1 мкФ-1 мФ, вы, скорее всего, найдете его в электролитической форме. Они особенно хорошо подходят для высоковольтных применений из-за их относительно высоких значений максимального напряжения.

Танталовые электролитические конденсаторы и танталовые шарики доступны как в мокром (фольговом), так и в сухом (твердом) электролитическом типах, причем наиболее распространенным является сухой или твердый тантал, которые можно купить по доступной цене в Москве.  Твердые танталовые конденсаторы используют диоксид марганца в качестве своей второй клеммы и физически меньше, чем эквивалентные алюминиевые конденсаторы.

Кроме того, танталовые конденсаторы, хотя и поляризованные, могут гораздо легче переносить подключение к обратному напряжению, чем алюминиевые типы, но рассчитаны на гораздо более низкие рабочие напряжения. Интересно отметить, что твердотельные танталовые конденсаторы обычно используются в цепях, где напряжение переменного тока мало по сравнению с напряжением постоянного тока.

Следует подчеркнуть, что некоторые типы танталовых конденсаторов содержат два конденсатора в одном, соединенные отрицательно-отрицательно, чтобы сформировать «неполяризованный» конденсатор для использования в цепях переменного тока низкого напряжения в качестве неполяризованного устройства. Обычно положительный вывод обозначается на корпусе конденсатора знаком полярности, а корпус конденсатора с танталовым шариком имеет овальную геометрическую форму.  Типичные значения емкости варьируются от 47 нФ до 470 мкФ, а сдать танталовые конденсаторы можно в Москве по приятной цене. Сотрудники нашей компании оперативно проконсультируют всех клиентов по любым вопросам, связанным со сдачей радиодеталей.

Алюминиевые электролитические конденсаторы, наиболее популярные в семействе электролитов, обычно выглядят как маленькие жестяные банки, причем оба провода идут снизу.

Электролитические колпачки

Ассортимент сквозных и поверхностных электролитических конденсаторов. Обратите внимание, что у каждого есть некоторый метод для маркировки катода.

К сожалению, электролитические колпачки обычно поляризованы. У них есть положительный вывод – анод – и отрицательный вывод, называемый катодом. Когда на электролитическую крышку подается напряжение, анод должен иметь более высокое напряжение, чем катод.

Катод электролитического конденсатора обычно обозначается знаком «-» и цветной полоской на корпусе. Ножка анода также может быть немного длиннее в качестве другого признака. Если напряжение подается на электролитический колпачок в обратном направлении, они будут эффектно проваливаться (с треском и разрывом) и навсегда. После появления электролита электролит будет вести себя как короткое замыкание.

Эти колпачки также известны своей утечкой – позволяя небольшим величинам тока (порядка нА) проходить через диэлектрик от одного контакта к другому. Это делает электролитические колпачки менее идеальными для хранения энергии, что, к сожалению, учитывая их высокую емкость и номинальное напряжение и снижает их стоимость при продаже.

            Не существует проблемы сдать конденсаторы в РФ, это востребованный товар, промышленность нуждается в редкоземельных драгоценных металлах.

Выпрямитель и простейший блок питания, как это сделать самому

Выпрямитель и простейший блок питания, как это сделать самому

Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети.

Выпрямитель – это устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное. Это одна из самых часто встречающихся деталей в электроприборах, начиная от фена для волос, заканчивая всеми типами блоков питания с выходным напряжением постоянного тока. Есть разные схемы выпрямителей и каждая из них в определённой мере справляется со своей задачей. В этой статье мы расскажем о том, как сделать однофазный выпрямитель, и зачем он нужен.

Определение

Выпрямителем называется устройство, предназначенное для преобразования переменного тока в постоянный. Слово «постоянный» не совсем корректно, дело в том, что на выходе выпрямителя, в цепи синусоидального переменного напряжения, в любом случае окажется нестабилизированное пульсирующие напряжение. Простыми словами: постоянное по знаку, но изменяющееся по величине.

Различают два типа выпрямителей:

Однополупериодный. Он выпрямляет только одну полуволну входного напряжения. Характерны сильные пульсации и пониженное относительно входного напряжение.

Двухполупериодный. Соответственно, выпрямляется две полуволны. Пульсации ниже, напряжение выше чем на входе выпрямителя – это две основных характеристики.

Что значит стабилизированное и нестабилизированное напряжение?

Стабилизированным называется напряжение, которое не изменяется по величине независимо ни от нагрузки, ни от скачков входного напряжения. Для трансформаторных источников питания это особенно важно, потому что выходное напряжение зависит от входного и отличается от него на Ктрансформации раз.

Нестабилизированное напряжение – изменяется в зависимости от скачков в питающей сети и характеристик нагрузки. С таким блоком питания из-за просадок возможно неправильное функционирование подключенных приборов или их полная неработоспособность и выход из строя.

Выходное напряжение

Основные величины переменного напряжения – амплитудное и действующее значение. Когда говорят «в сети 220В переменки» имеют в виду действующее напряжение.

Если говорят об амплитудной величине, то имеют в виду, сколько вольт от нуля до верхней точки полуволны синусоиды.

Опустив теорию и ряд формул можно сказать, что действующее напряжение в 1.41 раз меньше амплитудного. Или:

Uа=Uд*√2

Амплитудное напряжение в сети 220В равняется:

220*1.41=310

Схемы

Однополупериодный выпрямитель состоит из одного диода. Он просто не пропускает обратную полуволну. На выходе получается напряжение с сильными пульсациями от нуля до амплитудного значения входного напряжения.

Если говорить совсем простым языком, то в этой схеме к нагрузке поступает половина от входного напряжения. Но это не совсем корректно.

Двухполупериодные схемы пропускают к нагрузке обе полуволны от входного. Выше в статье упоминалось об амплитудном значении напряжения, так вот напряжение на выходе выпрямителя то же ниже по величине, чем действующее переменное на входе.

Но, если сгладить пульсации с помощью конденсатора, то, чем меньшими будут пульсации, тем ближе напряжение будет к амплитудному.

О сглаживания пульсаций мы поговорим позже. А сейчас рассмотрим схемы диодных мостов.

Их две:

1. Выпрямитель по схеме Гретца или диодный мост;

2. Выпрямитель со средней точкой.

Первая схема более распространена. Состоит из диодного моста – четыре диода соединены между собой «квадратом», а в его плечи подключена нагрузка. Выпрямитель типа «мост» собирается по схеме приведенной ниже:

Её можно подключить напрямую к сети 220В, так сделано в современных импульсных блоках питания, или на вторичные обмотки сетевого (50 Гц) трансформатора. Диодные мосты по этой схеме можно собирать из дискретных (отдельных) диодов или использовать готовую сборку диодного моста в едином корпусе.

Вторая схема – выпрямитель со средней точкой не может быть подключена напрямую к сети. Её смысл заключается в использовании трансформатора с отводом от середины.

По своей сути – это два однополупериодных выпрямителя, подключенные к концам вторичной обмотки, нагрузка одним контактом подключается к точке соединения диодов, а вторым – к отводу от середины обмоток.

Её преимуществом перед первой схемой является меньшее количество полупроводниковых диодов. А недостатком – использование трансформатора со средней точкой или, как еще называют, отводом от середины. Они менее распространены чем обычные трансформаторы со вторичной обмоткой без отводов.

Сглаживание пульсаций

Питание пульсирующим напряжением неприемлемо для ряда потребителей, например, источники света и аудиоаппаратура. Тем более, что допустимые пульсации света регламентируются в государственных и отраслевых нормативных документах.

Для сглаживания пульсаций используют фильтры – параллельно установленный конденсатор, LC-фильтр, разнообразные П- и Г-фильтры…

Но самый распространенный и простой вариант – это конденсатор, установленный параллельно нагрузке. Его недостатком является то, что для снижения пульсаций на очень мощной нагрузке придется устанавливать конденсаторы очень большой емкости – десятки тысяч микрофарад.

Его принцип работы заключается в том, что конденсатор заряжается, его напряжение достигает амплитуды, питающее напряжение после точки максимальной амплитуды начинает снижаться, с этого момента нагрузка питается от конденсатора. Конденсатор разряжается в зависимости от сопротивления нагрузки (или её эквивалентного сопротивления, если она не резистивная). Чем больше емкость конденсатора – тем меньшие будут пульсации, если сравнивать с конденсатором с меньшей емкостью, подключенного к этой же нагрузке.

Простым словами: чем медленнее разряжается конденсатор – тем меньше пульсации.

Скорости разряда конденсатора зависит от потребляемого нагрузкой тока. Её можно определить по формуле постоянной времени:

t=RC,

где R – сопротивление нагрузки, а C – емкость сглаживающего конденсатора.

Таким образом, с полностью заряженного состояния до полностью разряженного конденсатор разрядится за 3-5 t. Заряжается с той же скоростью, если заряд происходит через резистор, поэтому в нашем случае это неважно.

Отсюда следует – чтобы добиться приемлемого уровня пульсаций (он определяется требованиями нагрузки к источнику питания) нужна емкость, которая разрядится за время в разы превышающее t. Так как сопротивления большинства нагрузок сравнительно малы, нужна большая емкость, поэтому в целях сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя применяют электролитические конденсаторы, их еще называют полярными или поляризованными.

Обратите внимание, что путать полярность электролитического конденсатора крайне не рекомендуется, потому что это чревато его выходом из строя и даже взрывом. Современные конденсаторы защищены от взрыва – у них на верхней крышке есть выштамповка в виде креста, по которой корпус просто треснут. Но из конденсатора выйдет струя дыма, будет плохо, если она попадет вам в глаза.

Расчет емкости ведется исходя из того какой коэффициент пульсаций нужно обеспечить. Если выражаться простым языком, то коэффициентом пульсаций показывает, на какой процент проседает напряжение (пульсирует).

Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу:

C=3200*Iн/Uн*Kп,

Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций.

Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001. Дополнительно желательно установить керамический конденсатор как можно большей емкости, для фильтрации от высокочастотных помех.

Как сделать блок питания своими руками?

Простейший блок питания постоянного тока состоит из трёх элементов:

1. Трансформатор;

2. Диодный мост;

3. Конденсатор.

Если нужно получить высокое напряжение, и вы пренебрегаете гальванической развязкой то можно исключить трансформатор из списка, тогда вы получите постоянное напряжение вплоть до 300-310В. Такая схема стоит на входе импульсных блоков питания, например, такого как у вас на компьютере.

Это нестабилизированный блок питания постоянного тока со сглаживающим конденсатором. Напряжение на его выходе больше чем переменное напряжение вторичной обмотке. Это значит, что если у вас трансформатор 220/12 (первичная на 220В, а вторичная на 12В), то на выходе вы получите 15-17В постоянки. Эта величина зависит от емкости сглаживающего конденсатора. Эту схему можно использовать для питания любой нагрузки, если для нее неважно, то, что напряжение может «плавать» при изменениях напряжения питающей сети.

Важно:

У конденсатора две основных характеристики – емкость и напряжение. Как подбирать емкость мы разобрались, а с подбором напряжения – нет. Напряжение конденсатора должно превышать амплитудное напряжение на выходе выпрямителя хотя бы в половину. Если фактическое напряжение на обкладках конденсатора превысит номинальное – велика вероятность его выхода из строя.

Старые советские конденсаторы делались с хорошим запасом по напряжению, но сейчас все используют дешевые электролиты из Китая, где в лучшем случае есть малый запас, а в худшем – и указанного номинального напряжения не выдержит. Поэтому не экономьте на надежности.

Стабилизированный блок питания отличается от предыдущего всего лишь наличием стабилизатора напряжения (или тока). Простейший вариант – использовать L78xx или другие линейные стабилизаторы, типа отечественного КРЕН.

Так вы можете получить любое напряжение, единственное условие при использовании подобных стабилизаторов, это то, напряжение до стабилизатора должно превышать стабилизированную (выходную) величину хотя бы на 1.5В. Рассмотрим, что написано в даташите 12В стабилизатора L7812:

Входное напряжение не должно превышать 35В, для стабилизаторов от 5 до 12В, и 40В для стабилизаторов на 20-24В.

Входное напряжение должно превышать выходное на 2-2.5В.

Полная версия даташита https://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/889305.pdf

Т.е. для стабилизированного БП на 12В со стабилизатором серии L7812 нужно, чтобы выпрямленное напряжение лежало в пределах 14.5-35В, чтобы избежать просадок, будет идеальным решением применять трансформатора с вторичной обмоткой на 12В.

Но выходной ток достаточно скромный – всего 1.5А, его можно усилить с помощью проходного транзистора. Если у вас есть PNP-транзисторы, можно использовать эту схему:

На ней изображено только подключение линейного стабилизатора «левая» часть схемы с трансформатором и выпрямителем опущена.

Если у вас есть NPN-транзисторы типа КТ803/КТ805/КТ808, то подойдет эта:

Стоит отметить, что во второй схеме выходное напряжение будет меньше напряжения стабилизации на 0.6В – это падение на переходе эмиттер база. Для компенсации этого падения в цепь был введен диод D1.

Можно и в параллель установить два линейных стабилизатора, но не нужно! Из-за возможных отклонений при изготовлении нагрузка будет распределяться неравномерно и один из них может из-за этого сгореть.

Установите и транзистор, и линейный стабилизатор на радиатор, желательно на разные радиаторы. Они сильно греются.

Регулируемые блоки питания

Простейший регулируемый блок питания можно сделать с регулируемым линейным стабилизатором LM317, её ток тоже до 1.5 А, вы можете усилить схему проходным транзистором, как было описано выше.

Вот более наглядная схема для сборки регулируемого блока питания.

Чтобы получить больший ток можно и использовать более мощный регулируемый стабилизатор LM350.

В последних двух схемах есть индикация включения, которая показывает наличие напряжения на выходе диодного моста, выключатель 220В, предохранитель первичной обмотки.

Вот пример регулируемого зарядного устройства для аккумулятора с тиристорным регулятором в первичной обмотке, по сути такой же регулируемый блок питания.

Кстати похожей схемой регулируют и сварочный ток:

Заключение

Выпрямитель используется в источниках питания для получения постоянного тока из переменного. Без его участия не получится запитать нагрузку постоянного тока, например светодиодную ленту или радиоприемник.

Также используются в разнообразных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов, есть ряд схем с использованием трансформатора с группой отводов от первичной обмотки, которые переключаются галетным переключателем, а во вторичной обмотке установлен только диодный мост. Переключатель устанавливают со стороны высокого напряжения, так как, там в разы ниже ток и его контакты не будут пригорать от этого.

По схемам из статьи вы можете собрать простейший блок питания как для постоянной работы с каким-то устройством, так и для тестирования своих электронных самоделок.

Схемы не отличаются высоким КПД, но выдают стабилизированное напряжение без особых пульсаций, следует проверить емкости конденсаторов и рассчитать под конкретную нагрузку. Они отлично подойдут для работы маломощных аудиоусилителей, и не создадут дополнительного фона. Регулируемый блок питания станет полезным автолюбителями и автоэлектрикам для проверки реле регулятора напряжения генератора.

Регулируемый блок питания используется во всех областях электроники, а если его улучшить защитой от КЗ или стабилизатором тока на двух транзисторах, то вы получите почти полноценный лабораторный блок питания.

Ранее ЭлектроВести писали, что компании Nissan Energy и OPUS Campers представили любопытную новинку — концептуальный автомобиль-кемпер Nissan x OPUS. Главная идея Nissan x OPUS заключается в том, чтобы обеспечить путешественников электроэнергией вдали от цивилизации. Для этого предлагается использовать отработанные аккумуляторные батареи электромобилей.

По материалам: electrik.info.

Проверка и замена пускового конденсатора

 

Для чего нужен пусковой конденсатор?

Пусковой и рабочий конденсаторы служат для запуска и работы элетродвигателей работающих в однофазной сети 220 В.

Поэтому их ещё называют фазосдвигающими.

Место установки – между линией питания и пусковой обмоткой электродвигателя. 

Условное обозначение конденсаторов на схемах

 

Графическое обозначение на схеме показано на рисунке, буквенное обозначение-С  и порядковый номер по схеме.

 

Основные параметры конденсаторов

 

Ёмкость конденсатора-характеризует энергию,которую способен накопить конденсатор,а также ток который он способен пропустить через себя. Измеряется в Фарадах с множительной приставкой (нано, микро и т.д.).

Самые используемые номиналы для рабочих и пусковых конденсаторов от 1 мкФ (μF) до 100 мкФ (μF).

Номинальное напряжение конденсатора- напряжение, при котором конденсатор способен надёжно и долговременно работать, сохраняя свои параметры.

Известные производители конденсаторов указывают на его корпусе напряжение и соответствующую ему гарантированную наработку в часах,например:

  • 400 В – 10000 часов
  • 450 В –  5000 часов
  • 500 В –  1000 часов

 

Проверка пускового и рабочего конденсаторов

 

Проверить конденсатор можно с помощью измерителя ёмкости конденсаторов, такие приборы выпускаются как отдельно, так и в составе мультиметра- универсального прибора, который может измерять много параметров. Рассмотрим проверку мультиметром.

  • обесточиваем кондиционер
  • разряжаем конденсатор, закоротив еговыводы
  • снимаем одну из клемм (любую)
  • выставляем прибор на измерение ёмкости конденсаторов
  • прислоняем щупы к выводам конденсатора
  • считываем с экрана значение ёмкости

 

У всех приборов разное обозначение режима измерения конденсаторов, основные типы ниже на картинках.

 

В этом мультиметре режим выбирается переключателем, его необходимо поставить в режим Fcх.Щупы включить в гнёзда с обозначением Сх.

Переключение предела измерения ёмкости ручное. Максимальное значение 100 мкФ.

 

У этого измерительного прибора автоматический режим, необходимо только его выбрать, как показано на картинке.

 

Измерительный пинцет от Mastech также автоматически измеряет ёмкость, необходимо только выбрать режим кнопкой FUNC, нажимая её, пока не появится индикация F.

   

 

Для проверки ёмкости, считываем на корпусе конденсатора её значение и ставим заведомо больший предел измерения на приборе. (Если он не автоматический)

К примеру, номинал 2,5 мкФ (μF), на приборе ставим 20 мкФ (μF).

После подсоединения щупов к выводам конденсатора ждём показаний на экране, к примеру время измерения ёмкости 40 мкФ первым прибором – менее одной секунды, вторым – более одной минуты, так что следует ждать.

Если номинал не соответствует указанному на корпусе конденсатора, то его необходимо заменить и если нужно подобрать аналог.

 

Замена и подбор пускового/рабочего конденсатора

 

Если имеется оригинальный конденсатор, то понятно, что просто-напросто необходимо поставить его на место старого и всё. Полярность не имеет значения, то есть выводы конденсатора не имеют обозначений плюс “+” и минус “-” и их можно подключить как угодно.

Категорически нельзя применять электролитические конденсаторы (узнать их можно по меньшим размерам, при той же ёмкости, и обозначению плюс и минус на корпусе). Как следствие применения – термическое разрушение. Для этих целей производители специально выпускают неполярные конденсаторы для работы в цепи переменного тока, которые имеют удобное крепление и плоские клеммы, для быстрой установки.

Если нужного номинала нет, то его можно получить параллельным соединением конденсаторов. Общая ёмкость будет равна сумме двух конденсаторов:

Собщ12+…Сп

То есть, если соединить два конденсатора по 35 мкФ, получим общую ёмкость 70 мкФ, напряжение при котором они смогут работать будет соответствовать их номинальному напряжению.

Такая замена абсолютно равноценна одному конденсатору большей ёмкости.

Если во время замены перепутались провода, то правильное подключение можно посмотреть по схеме на корпусе или здесь: Схема подключения конденсатора к компрессору

Типы конденсаторов

Для запуска мощных двигателей компрессоров применяют маслонаполненные неполярные конденсаторы.

Корпус внутри заполнен маслом для хорошей передачи тепла на поверхность корпуса. Корпус обычно металлический, аллюминиевый. 

Самые доступные конденсаторы такого типа CBB65.

 

Для запуска менее мощной нагрузки, например двигателей вентиляторов, используют сухие конденсаторы, корпус которых, обычно, пластмассовый.

Наиболее распространённые конденсаторы   этого типа CBB60, CBB61.

Клеммы для удобства соединения сдвоенные или счетверённые.

 

Конденсатор электролитический

Конденсатор обзор

Электролитические конденсаторы в основном используются при требуется хранение большого количества заряда в небольшом объеме. В электролитические конденсаторы, жидкий электролит действует как один из электроды (в основном действуют как катод). Чтобы лучше понять концепция электролитического конденсатора сначала нам нужно знать работа общего конденсатора.

Конденсатор – электронное устройство, которое хранит электрический заряд. Он состоит из двух токопроводящих пластин. разделены изоляционным материалом, называемым диэлектриком. Другой типы изоляционных материалов используются для строительства диэлектрик в зависимости от использования.

Проводящие пластины конденсатора хорошие проводники электричества.Поэтому они легко позволяют электрический ток через них. С другой стороны, диэлектрик Среда или материал плохо проводят электричество. Следовательно, он не пропускает через него электрический ток.

При подаче напряжения на конденсатор в таким образом, чтобы отрицательная клемма аккумулятора была подключен к правой боковой пластине и положительной клемме батарея подключена к левой боковой пластине, конденсатор начинает заряжаться.

Из-за этого напряжения питания, электроны начинают течь от отрицательного вывода аккумулятор и дотянитесь до правой боковой пластины. Дойдя вправо боковой пластине, электроны испытывают сильное сопротивление со стороны диэлектрический материал, потому что диэлектрический материал плохой проводник электричества.

В результате большое количество электронов попала в ловушку на правой боковой пластине конденсатора.Однако эти большие количество электронов прикладывает силу или электрическое поле к левая боковая пластина. Следовательно, электроны на левой боковой пластине испытывать силу отталкивания от избыточных электронов справа пластина. В результате электроны удаляются от левой боковой пластины и тянется к плюсовой клемме аккумулятора.

Следовательно, правая боковая пластина становится больше отрицательно заряжен (отрицательный заряд создается) из-за получение лишних электронов.С другой стороны, левая сторона пластина становится более положительно заряженной (накапливается положительный заряд) из-за потери электронов. В результате напряжение устанавливается между пластинами. Вот так нормальный конденсатор работает.

Электролитический конденсатор также заряжается в основном аналогичным образом. Однако материал, используемый в конструкция электролитического конденсатора отличается.

Электролитический определение конденсатора

Электролитический конденсатор – это разновидность конденсатор, который использует электролит (ионную проводящую жидкость) в качестве одна из его проводящих пластин для достижения большей емкости или хранение высокого заряда.

Что такое электролит?

Электролит – жидкий электрический проводник. в котором электрический ток переносится движущимися ионами.Для Например, в нашей крови электролиты или минералы несут электрический ток. плата. Наиболее распространенные электролиты – это натрий, калий, хлорид, кальций и фосфор.

В электролитах ионы бывают двух типов, а именно: анионы (-) и катионы (+). Анион – это ион с большим числом электронов, чем протонов. Мы знаем, что электроны отрицательно заряжены, а протоны заряжены положительно.Из-за количество электронов больше, чем протонов, общий заряд атом или анион становятся отрицательными. Поэтому анионы называют отрицательно заряженные ионы. Эти отрицательно заряженные анионы несут отрицательный заряд.

С другой стороны, катион имеет меньшее количество электронов, чем протонов. Из-за меньшего количества электронов, чем протонов, общий заряд атома или катиона становится положительным.Поэтому катионы называют положительно заряженные ионы. Эти положительно заряженные катионы несут положительный плата.

Типы электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы классифицируются по три типа в зависимости от материала, из которого изготовлен диэлектрик:

  • Конденсаторы алюминиевые электролитические
  • Конденсаторы электролитические танталовые
  • Конденсаторы электролитические ниобиевые

В этом уроке алюминиевый электролитический конденсатор объяснен.Алюминий, тантал и ниобий электролитические конденсаторы работают аналогичным образом. Однако материал, из которого изготовлены электроды, разный.

Алюминий электролитический конденсатор

Алюминиевый электролитический конденсатор изготовлен из две алюминиевые фольги, слой оксида алюминия, электролитическая бумага или бумажная прокладка, пропитанная электролитической жидкостью или растворами и жидкий или твердый электролит.Электролитическая жидкость содержит атомы или молекулы которые потеряли или приобрели электроны.

В алюминиевом электролитическом конденсаторе, анод (+) и катод (-) изготовлены из чистой алюминиевой фольги. Анодная алюминиевая фольга покрыта тонким слоем изоляционный оксид алюминия (алюминиевый элемент с кислородом элемент). Эта изолирующая алюминиевая фольга действует как диэлектрик электролитический конденсатор, блокирующий прохождение электрического тока.Катод и анод с оксидным покрытием разделены электролитическая бумага (пропитанная электролитической жидкостью).

Катодная алюминиевая фольга также покрыта очень тонкий изолирующий оксидный слой или диэлектрик естественной формы самолетом. Однако этот оксидный слой очень тонкий по сравнению с оксидный слой сформирован на аноде.

Следовательно, конструкция из алюминия электролитический конденсатор выглядит как два конденсатора, соединенные в серия с анодной емкостью C A и катодом емкость C K .

Общая емкость конденсатора составляет полученная таким образом из формулы последовательного соединения двух конденсаторы.

Где, C A = емкость анода

C K = Емкость катода

C ecap = Общая емкость электролитического конденсатора

Мы знаем, что емкость или заряд емкость конденсатора прямо пропорциональна поверхности площадь токопроводящих пластин или электродов и наоборот пропорциональна толщине диэлектрика.Другими словами, конденсаторы с большими электродами хранят большой заряд в то время как конденсаторы с небольшими электродами хранят небольшое количество заряда. Аналогичным образом конденсаторы с очень толстым диэлектрик сохраняет небольшой заряд, тогда как конденсаторы с очень тонким диэлектриком хранит очень большое количество заряда.

В обычных конденсаторах диэлектрик очень толстый, что приводит к низкой емкости на единицу объема.В электролитические конденсаторы, электролит действует как настоящий катод с большой площадью поверхности и очень прочным диэлектриком. тонкий. Поэтому из-за большой площади поверхности электрод и тонкий диэлектрик, большой запас заряда достигается в электролитических конденсаторах.

Электропроводность электролитический конденсатор увеличивается при повышении температуры и уменьшается при понижении температуры.В результате емкость или накопитель заряда алюминиевого электролита конденсатор также увеличивается при повышении температуры и уменьшается при понижении температуры. Следовательно емкость алюминиевого электролитического конденсатора в значительной степени влияет изменение температуры.

Большинство электролитических конденсаторов поляризованный, то есть напряжение, подаваемое на клеммы, должно быть в правильной полярности (положительный вывод подключен к положительному выводу и отрицательный подключен к отрицательной клемме).Если он подключен в обратное или неправильное направление, конденсатор может быть коротким замкнут, то есть большой электрический ток течет через конденсатор, и это может привести к необратимому повреждению конденсатора.

В поляризованных конденсаторах знак минус (-) или Знак плюс (+) четко обозначен на любом из двух выводов. Эта полярность должна соблюдаться.

Символ электролитического конденсатора

Показан символ электролитического конденсатора. на рисунке ниже.Электролитический конденсатор представлен двумя параллельными прямыми или одной прямой и одной изогнутая линия.

Знак плюс или минус пишется рядом с любым линий, чтобы обозначить, положительный он или отрицательный клемма (анод или катод). Напряжение должно подаваться на правильный терминал. В противном случае конденсатор может выйти из строя.

Преимущества электролитических конденсаторов

  • Достигнут большой объем хранения заряда
  • Низкая стоимость

Недостатки электролитических конденсаторов

  • Большой ток утечки
  • Короткий срок службы

Приложения электролитических конденсаторов

Различные применения электролитических конденсаторы включают:

  • Фильтры
  • Цепи постоянной времени

Характеристики, типы и функции электролитических конденсаторов

Внутри электролитического конденсатора находится материал электролита, который накапливает электрический заряд.Он имеет положительную и отрицательную полярность, аналогичную батарее, и не может быть поменять местами. Положительный электрод представляет собой металлическую подложку с оксидной пленкой. Отрицательный электрод соединен с электролитом (твердым и нетвердым) через металлическую пластину электрода.

Неполярные (биполярные) электролитические конденсаторы имеют структуру двойной оксидной пленки, которая аналогична двум полярным электролитическим конденсаторам, которые образуются путем соединения двух отрицательных электродов. Их два электрода представляют собой две металлические пластины (обе с оксидной пленкой).Это электролит в середине двух наборов оксидных пленок. Поляризованные электролитические конденсаторы обычно выполняют фильтрацию мощности, развязку, связь сигналов и настройку постоянной времени, а также блокировку постоянного тока в силовых цепях или промежуточных и низкочастотных цепях. Неполярные электролитические конденсаторы обычно используются в схемах делителя звуковой частоты, схемах коррекции TVS и схемах стартера для однофазных двигателей.

Каталог

I Характеристики

1. Рабочее напряжение

Рисунок 1. электролитический конденсатор

Рабочее напряжение электролитических конденсаторов составляет 4 В, 6,3 В, 10 В, 16 В, 25 В, 35 В, 50 В, 63 В, 80 В, 100 В, 160 В, 200 В, 300 В, 400 В, 450 В, 500 В, а рабочая температура составляет – 55 ° ~ + 155 ° C (4 ~ 500 В). Он отличается большой емкостью, большим объемом и полярностью. Обычно он используется для фильтрации и выпрямления в цепях постоянного тока. В настоящее время наиболее часто используемыми электролитическими конденсаторами являются алюминиевые электролитические конденсаторы и танталовые электролитические конденсаторы.

2. Номинальная емкость и допустимое отклонение

Номинальная емкость – это емкость, указанная на конденсаторе. Базовая единица измерения конденсаторов – фарад (Ф), но эта единица слишком велика и редко используется для маркировки полей.

Связь между другими блоками следующая:

1F = 1000 мФ

1 мФ = 1000 мкФ

1 мкФ = 1000 нФ

1 нФ = 1000 пФ

Отклонение между фактической емкостью конденсатора и номинальной емкостью называется допуском. , а точность находится в пределах допустимого диапазона отклонений.

Соответствие между уровнем точности и допустимым допуском: 00 (01) – ± 1%, 0 (02) – ± 2%, Ⅰ- ± 5%, Ⅱ- ± 10%, Ⅲ- ± 20%, Ⅳ – (+ 20% -10%), Ⅴ – (+ 50% -20%), Ⅵ – (+ 50% -30%)

Конденсаторы общего назначения обычно Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ класса , электролитические конденсаторы Ⅳ, Ⅴ , Ⅵ марка , подобранная по назначению.

3. Номинальное напряжение

Максимальное эффективное значение максимального напряжения постоянного тока , которое может непрерывно подаваться на конденсатор при минимальной температуре окружающей среды и номинальной температуре окружающей среды, обычно указывается непосредственно на корпусе конденсатора.Если рабочее напряжение превышает выдерживаемое напряжение конденсатора, конденсатор выйдет из строя, что приведет к необратимым повреждениям, которые невозможно отремонтировать.

4. Сопротивление изоляции

К конденсатору добавляется постоянное напряжение и генерируется ток утечки. Соотношение между ними называется , сопротивление изоляции .

Когда емкость мала, она в основном зависит от состояния поверхности конденсатора. Когда емкость> 0.1 мкФ, это в основном зависит от характеристик диэлектрика. Чем больше сопротивление изоляции, тем лучше.

Постоянная времени конденсатора: для правильной оценки изоляции конденсаторов большой емкости вводится постоянная времени, которая равна произведению сопротивления изоляции конденсатора на емкость.

5. Потери

Под действием электрического поля энергия , потребляемая конденсатором из-за нагрева за единицу времени, называется потерей .Для всех типов конденсаторов указаны допустимые потери в определенном диапазоне частот. Потери конденсаторов в основном вызваны диэлектрическими потерями, потерей проводимости и сопротивлением всех металлических частей конденсатора.

Под действием постоянного электрического поля потери в конденсаторе проявляются в виде потерь от утечки, которые обычно невелики. Под действием переменного электрического поля потери конденсатора связаны не только с проводимостью утечки, но и с периодическим процессом установления поляризации.

II Алюминиевые электролитические конденсаторы

1. Структурные характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов:

Алюминиевый корпус и пластиковая крышка герметизированы, образуя электролитический конденсатор. По сравнению с другими типами конденсаторов, алюминиевые электролитические конденсаторы имеют следующие очевидные характеристики по структуре:

(1) Рабочей средой алюминиевых электролитических конденсаторов является нанесение тонкого слоя оксида алюминия (Al2O3) толщиной на поверхность алюминиевой фольги. путем анодирования.Этот оксидный диэлектрический слой и анод конденсатора объединены в целостную систему. Они взаимозависимы и не могут быть независимыми друг от друга; конденсаторы и диэлектрики того, что мы обычно называем конденсаторами, не зависят друг от друга.

(2) Анод алюминиевого электролитического конденсатора представляет собой алюминиевую фольгу , которая создает диэлектрический слой Al2O3 на поверхности. Катод – это не отрицательная фольга, о которой мы обычно думаем, а электролитический раствор конденсатора.

(3) Отрицательная фольга играет роль электрического извлечения в электролитическом конденсаторе, потому что электролит, используемый в качестве катода электролитического конденсатора, не может быть напрямую подключен к внешней цепи, и электрический путь должен быть сформирован через другой металлический электрод. и другие части схемы.

(4) Анодная алюминиевая фольга и катодная алюминиевая фольга алюминиевых электролитических конденсаторов обычно представляют собой корродированную алюминиевую фольгу , и фактическая площадь поверхности намного больше, чем их кажущаяся площадь поверхности.Это одна из причин, по которой алюминиевые электролитические конденсаторы обычно имеют большую емкость. Из-за использования алюминиевой фольги с многочисленными микротравленными отверстиями обычно требуется жидкий электролит, чтобы более эффективно использовать фактическую площадь электрода.

(5) Так как диэлектрическая оксидная пленка алюминиевого электролитического конденсатора получается путем анодирования и ее толщина пропорциональна напряжению, приложенному при анодировании, в принципе, толщина диэлектрического слоя алюминиевого электролитического конденсатора может быть искусственно изменена. и точно контролируется.

Рисунок 2. внутренняя структура алюминиевого электролитического конденсатора

Как показано на рисунке, положительный электрод и отрицательный электрод намотаны согласно их центральным осям, образуя сердечник алюминиевого электролитического конденсатора. Сердечник помещен в алюминиевый корпус для упаковки алюминиевого электролитического конденсатора. Чтобы раствор электролита не протекал и не высыхал, горловина алюминиевого корпуса корпуса электролитического конденсатора закрыта резиновой заглушкой.Чтобы получить большую емкость и небольшой объем, поверхность положительной алюминиевой фольги химически травится, чтобы образовалась неровная поверхность, что увеличивает площадь поверхности электрода, тем самым увеличивая емкость.

Причина, по которой алюминиевые электролитические конденсаторы имеют полярность , заключается в том, что пленка оксида алюминия на пластине положительного электрода имеет однонаправленную проводимость. Только когда положительный электрод конденсатора подключен к положительному электроду источника питания, а отрицательный электрод подключен к отрицательному электроду источника питания, пленка оксида алюминия может служить изолирующей средой.Если полярность алюминиевого электролитического конденсатора меняется на противоположную, пленка оксида алюминия становится проводником, и электролитический конденсатор не только не работает, но и вызывает прохождение большого тока, вызывая повреждение конденсатора. Чтобы предотвратить случайный взрыв алюминиевых электролитических конденсаторов во время использования, механические канавки канавочного типа обычно прижимаются к торцу алюминиевого корпуса. Как только внутреннее давление электролитического конденсатора станет слишком высоким, канавки слабых звеньев потрескаются и сбросят давление.Взрывобезопасный.

Хотя алюминиевые электролитические конденсаторы имеют полярность, если в конструкции и технологии используется новый метод, можно также изготавливать неполярные электролитические конденсаторы.

2. Преимущества алюминиевых электролитических конденсаторов

По сравнению с другими типами конденсаторов преимущества алюминиевых электролитических конденсаторов проявляются в следующих аспектах:

(1) Емкость на единицу объема особенно велика. Чем ниже рабочее напряжение, тем заметнее эта особенность.Поэтому он особенно подходит для миниатюризации и большой емкости конденсаторов. Например, удельная емкость низковольтного алюминиевого электролитического конденсатора большой емкости CD26 составляет около 300 мкФ / см3, а удельная емкость других низковольтных керамических конденсаторов микросхемы, которые также характеризуются миниатюризацией, обычно не превышает 2 мкФ / см3.

(2) Алюминиевые электролитические конденсаторы обладают характеристиками «самовосстановления» в процессе работы. Так называемая характеристика «самовосстановления» означает, что дефекты или дефекты диэлектрической оксидной пленки могут быть устранены в любой момент во время рабочего процесса конденсатора, восстанавливая изоляционную способность, которой он должен обладать, и избегая лавинообразного пробоя диэлектрика.

(3) Диэлектрическая оксидная пленка алюминиевых электролитических конденсаторов выдерживает очень высокую напряженность электрического поля. Во время работы алюминиевых электролитических конденсаторов напряженность электрического поля диэлектрической оксидной пленки составляет около 600 кВ / мм, что более чем в 30 раз больше, чем у бумажных диэлектрических конденсаторов.

(4) Может быть получена высокая электростатическая емкость. Низковольтные алюминиевые электролитические конденсаторы могут легко получить электростатические емкости в тысячи или даже десятки тысяч микрофарад.Как правило, электролитические конденсаторы можно использовать только в качестве конденсаторов для фильтрации мощности, байпаса переменного тока и других целей.

3. Недостатки алюминиевых электролитических конденсаторов

(1) Плохая изоляция. Можно сказать, что алюминиевые электролитические конденсаторы имеют худшие изоляционные характеристики среди всех типов конденсаторов. Для алюминиевых электролитических конденсаторов ток утечки обычно используется для характеристики их изоляционных свойств. Ток утечки алюминиевых электролитических конденсаторов высокого напряжения и большой емкости может достигать менее 1 мА.

(2) Коэффициент потерь велик. DF низковольтного алюминиевого электролитического конденсатора обычно превышает 10%.

(3) Низкие температурные и частотные характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов.

(4) Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют полярность. При использовании в электронных схемах анод алюминиевого электролитического конденсатора должен быть подключен к точке с высоким потенциалом в цепи, а катод – к точке с низким потенциалом, чтобы нормально выполнять свою электрическую функцию.Если подключение поменять местами, ток утечки конденсатора резко возрастет, а сердечник будет сильно нагреваться, что приведет к выходу конденсатора из строя и может взорваться и повредить другие компоненты на печатной плате.

(5) Существует определенный верхний предел рабочего напряжения. Согласно специальному методу создания диэлектрической оксидной пленки алюминиевого электролитического конденсатора ее максимальное рабочее напряжение обычно составляет 500 В, а потенциал ее развития очень ограничен.Для других нехимических конденсаторов, если толщина диэлектрика должным образом увеличена, теоретическое рабочее напряжение может достигать любого верхнего предела.

(6) Рабочие характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов могут ухудшиться. При использовании алюминиевых электролитических конденсаторов, которые хранились в течение длительного времени, номинальное рабочее напряжение не должно применяться внезапно, а должно постепенно повышаться до номинального напряжения.

(7) Поскольку в традиционном алюминиевом электролитическом конденсаторе в качестве катода используется раствор электролита, при формировании кристалла возникает большое препятствие.Процесс формирования микросхем отстает от керамических конденсаторов и металлизированных пленочных конденсаторов.

III Использование электролитических конденсаторов

1. Блокировка постоянного тока : роль заключается в предотвращении прохождения постоянного тока и прохождения переменного тока стрелки.

2. Байпас (развязка) : Обеспечивает путь с низким сопротивлением для некоторых параллельно включенных компонентов в цепи переменного тока.

3. Соединение : как соединение между двумя цепями, позволяющее сигналам переменного тока проходить и передаваться на схему следующего уровня

4. Фильтрация : Это очень важно для DIY. Этой функцией обладают конденсаторы видеокарты.

5. Температурная компенсация n: Чтобы компенсировать влияние неадекватной температурной адаптации других компонентов, выполняется компенсация для повышения стабильности цепи.

6. Время : Конденсатор и резистор используются вместе для определения постоянной времени цепи. Постоянная времени t = RC.

7. Tuning : Системная настройка частотно-зависимых цепей, таких как мобильные телефоны, радио и телевизоры.

8. Выпрямление : переключающий элемент с полузамкнутым проводником включается или выключается в заданное время.

9. Накопитель энергии : Накапливает электрическую энергию для высвобождения при необходимости, например, вспышку камеры, нагревательное оборудование и т. Д.

IV Типы электролитических конденсаторов

Согласно анализу и статистике, типы корпусов электролитических конденсаторов в основном делятся на следующие 10 категорий:

1. Разделены на три категории в соответствии со структурой : конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости и подстроечные конденсаторы.

2. Классифицируется по электролиту : конденсаторы с органическим диэлектриком, конденсаторы с неорганическим диэлектриком, электролитические конденсаторы, конденсаторы электрического нагрева и конденсаторы с воздушным диэлектриком.

3. Согласно цели – это высокочастотный байпас, низкочастотный байпас, фильтрация, настройка, высокочастотная связь, низкочастотная связь, малые конденсаторы.

4. В соответствии с производственными материалами его можно разделить на керамические конденсаторы, полиэфирные конденсаторы, электролитические конденсаторы, танталовые конденсаторы и современные полипропиленовые конденсаторы.

5. Высокочастотный байпас : керамические конденсаторы, слюдяные конденсаторы, стеклянные пленочные конденсаторы, полиэфирные конденсаторы, конденсаторы стеклянной глазури.

6. Низкочастотный байпас : бумажные диэлектрические конденсаторы, керамические конденсаторы, алюминиевые электролитические конденсаторы, полиэфирные конденсаторы.

7. фильтрующий : алюминиевые электролитические конденсаторы, бумажные конденсаторы, композитные бумажные конденсаторы, жидкие танталовые конденсаторы.

8. Tuning : конденсаторы керамические, слюдяные, стеклопленочные, полистирольные.

9. Низкая связь : бумажные диэлектрические конденсаторы, керамические конденсаторы, алюминиевые электролитические конденсаторы, полиэфирные конденсаторы, твердотельные танталовые конденсаторы.

10. Малогабаритные конденсаторы : конденсаторы из металлизированной бумаги, керамические конденсаторы, алюминиевые электролитические конденсаторы, полистирольные конденсаторы, твердотельные танталовые конденсаторы, стеклянные глазированные конденсаторы, металлизированные полиэфирные конденсаторы, полипропиленовые конденсаторы, слюдяные конденсаторы.

В Дискриминация полярности электролитических конденсаторов

Рисунок 3.мультиметр

Если вы не знаете полярность электролитических конденсаторов, электрический барьер мультиметра можно использовать для измерения полярности электролитических конденсаторов. При измерении лучше всего использовать шестерню R * 100 или R * 1K.

Мы знаем, что только когда положительный конец электролитического конденсатора подключен к положительному источнику питания (черный измерительный провод, когда электрически заблокирован), а отрицательный конец подключен к отрицательному источнику питания (красный измерительный провод при электрическом блокировании), ток утечки электролитического конденсатора небольшой (большое сопротивление утечки).Напротив, ток утечки электролитического конденсатора увеличивается (уменьшается сопротивление утечки).

При измерении сначала предположите, что определенный «+» полюс подсоединен к черному щупу мультиметра, а другой электрод подсоединен к красному щупу мультиметра. Обратите внимание на шкалу остановки нижней стрелки (значение левой стрелки большое), а затем конденсатор был разряжен (оба контакта соприкасались), два измерительных провода были перевернуты, и измерение было повторено.В двух измерениях, когда в последний раз стрелка счетчика оставалась слева (большое значение сопротивления), черный измерительный провод был подключен к положительному электроду электролитического конденсатора.

Рекомендуемый артикул:

Обзор суперконденсаторов

Основные сведения о типах конденсаторов

Электролитический конденсатор – обзор

Электролитические конденсаторы Тема

сам по себе, и его нужно обрабатывать отдельно от всех остальных конденсаторов.Принцип заключается в том, что некоторые металлы, в частности алюминий и тантал, могут иметь очень тонкие пленки соответствующих оксидов, образующихся на поверхности, когда напряжение прикладывается с правильной полярностью (положительный металл) между металлом и слабокислой жидкостью. Эти очень тонкие пленки затем изолируют металл от проводящей жидкости, электролита, образуя конденсатор; электролитический конденсатор. Название происходит от сходства с электролитической (металлической) ячейкой.

Тот же самый эффект вызывает проблему поляризации ccll, см. Главу 7.

В электролитических конденсаторах наиболее распространенного типа используется алюминиевая фольга, которая может быть протравлена, иметь ямочки или гофрирование для увеличения полезной площади, заключенная в алюминиевую банку, заполненную слабокислым раствором пербората аммония в форме желе. . Конденсатор формируется путем подачи на конденсатор медленно нарастающего напряжения с положительным полюсом фольги и отрицательным полюсом корпуса до тех пор, пока напряжение не достигнет своего номинального уровня, а постоянный ток не упадет до минимума, что указывает на то, что изоляция настолько хороша, насколько это возможно. быть.С этого момента, когда конденсатор используется, к нему должно подаваться постоянное (поляризационное) напряжение той же полярности, чтобы поддерживать изолирующую пленку. Если конденсатор используется с обратным напряжением, пленка растворяется, удаляя любую изоляцию и позволяя большим токам проходить через жидкость, которая испаряется, разрушая банку. Электролит обычно находится в желеобразной форме, но разрушение, которое может быть вызвано взрывающимся электролитом (не говоря уже о шуме), гарантирует, что ни один из тех, кто достиг этого, не захочет повторить попытку.

Использование тантала в качестве металла электролита позволяет получить совершенно иную конструкцию, в которой оксидная пленка более устойчива и способна выдерживать перепады напряжения. Танталовые конденсаторы ( tantalytics ) могут использоваться без постоянного поляризующего напряжения, могут работать с практически сухим электролитом и, как правило, имеют лучшие характеристики, чем традиционный алюминиевый электролит. Опыт использования тантала привел к разработке «сухих» электролитов для алюминиевого типа электролитов.

Танталитические конденсаторы не должны использоваться в приложениях звуковой связи, в которых напряжение смещения мало или отсутствует.

Из-за очень хрупкой природы изолирующей пленки, толщина которой может составлять всего несколько атомов, электролитические конденсаторы всегда склонны к большой утечке, поэтому указывается ток утечки при номинальном напряжении, а не коэффициент мощности. или коэффициенты рассеяния. Утечка часто связана со значением емкости и рабочим напряжением и формулой:

I утечка = 4 + (0.006 × C × V )

часто используется, с I в μα, C в F и V в вольтах. Например, использование этой формулы для конденсатора 200 мкФ при 12 В дает ток утечки 4 + (0,006 × 200 × 12) = 18,4 мкА. Некоторые производители будут использовать эту формулу для определения значений утечки. Ни один производитель не гарантирует, что электролит имеет низкую величину утечки, но измеренные значения часто бывают на удивление хорошими, если электролит эксплуатируется в разумных условиях.Боб Пиз приводит примеры электролитов 500 мкФ с утечкой 2 нА при рабочем напряжении 10 В.

Рисунок 4.6. Типичные размеры электролитического алюминия (Фото: Nichicon Corp.).

Многие производители также указывают ожидаемый срок службы электролитиков более 100 000 часов при 40 ° C и номинальном напряжении, поскольку все еще существуют некоторые предубеждения против их использования для чего-либо, кроме бытовой электроники. Военные приложения обычно запрещают использование электролитов, но теперь они широко применяются в промышленном оборудовании.Часто указываются диапазоны температур от –40 ° C до + 85 ° C, но при более высоких температурах требуется значительное снижение номинальных характеристик, а при более низких температурах существует риск замерзания гелеобразного электролита. Это до некоторой степени уравновешивается увеличением потерь при замерзании электролита, что приводит к более сильному рассеиванию и последующему оттаиванию. Однако это не тот эффект, на который вам следует полагаться. Некоторые типы могут иметь вентиляционные отверстия для сброса давления газа внутри электролита.

Электролитические компоненты используются в основном в качестве резервуаров и сглаживающих конденсаторов для источников питания с частотой сети, поэтому их наиболее важные параметры, кроме емкости и номинального напряжения, относятся к величине пульсирующего тока, который они могут пропускать. Для каждого конденсатора производитель указывает максимальный пульсирующий ток (обычно при 100 или 120 Гц), а также два параметра, которые касаются способности конденсатора пропускать ток, ESR и импеданса. ESR – это эффективное последовательное сопротивление в миллиомах, обычно 50 мОм, для низкочастотных токов, и это значение может устанавливать ограничение на ток пульсаций, который может пройти; также на эффективность конденсатора для сглаживания.Другой параметр – это эффективный импеданс в мОм, измеренный при 10 кГц и 20 ° C, который используется для измерения того, насколько эффективно конденсатор будет пропускать токи на более высоких частотах. Если в цепи развязки используется электролитический конденсатор, который может работать с большим диапазоном частот, следует использовать другие типы конденсаторов для работы с частотами выше 10 кГц, например, конденсаторы из полиэфира для диапазона до 10 МГц и слюдяные или керамический для более высоких частот. Полезное практическое правило – иметь один электролит для пяти керамических или дисковых материалов.

В электролизерах общего назначения используется алюминий, часто с отдельным алюминиевым корпусом с номинальным значением изоляции 1000 В. Физическая форма представляет собой цилиндр с биркой, стержнем или винтовым соединением на одном конце. Диапазон емкости обычно очень велик для блоков с более низким напряжением, до 15 000 мкФ при работе 16 В, но при более высоких номинальных напряжениях 400 В значения от 1 мкФ до 220 мкФ более обычны. Многие конструкторы избегают использования электролита при рабочем напряжении более 350 В. Допуск значения большой (от -10% до + 50%), а допустимые токи пульсации колеблются от 1 А до 7 А в зависимости от размера конденсатора.

Исчерпывающий набор руководств по применению алюминиевых электролитов см. На веб-сайте:

http://www.nichicon-us.com/tech-info.html

Еще одно полезное правило Практический опыт заключается в том, что вам нужно 1000 мкФ сглаживания на ампер выходного постоянного тока, но это не обязательно удовлетворительно. Предположим, например, что конденсатор емкостью 5000 мкФ используется с питанием 6 В при полном номинальном токе пульсаций 5 А и имеет ESR 50 мОм.Пилообразная пульсация будет составлять 6 В от пика к пику, а еще 5 × 0,05 В = 0,25 В из-за ESR почти незначительна. Рассеивание в конденсаторе также будет слишком большим, и в такой схеме лучше использовать несколько конденсаторов параллельно.

Электролитические элементы меньшего размера предназначены для непосредственного монтажа на печатных платах для развязки или дополнительного сглаживания, они имеют цилиндрическую форму и имеют концевые заделки для проводов, либо осевые (провод на каждом конце), либо радиальные (оба провода на одном конце).Диапазон напряжения может составлять от 10 В до 450 В, с диапазоном рабочих температур от –40 ° C до + 85 ° C (рекомендуется снижение номинальных значений при более высоких температурах) и с коэффициентами мощности, которые могут быть от 0,08 до самых высоких. как 0,2. Самый большой диапазон значений, обычно от 0,1 мкФ до 4700 мкФ, доступен для меньших рабочих напряжений. Субминиатюрные версии имеют рабочее напряжение в диапазоне от 6,3 В до 63 В и ток утечки, который составляет минимум 3 мкА, а для более крупных емкостных устройств утечка определяется по формуле: 0.01 C × V . Например, конденсатор 47 мкФ 40 В может иметь утечку: 0,01 × 47 × 40 = 18,8 мкА, но измеренные значения обычно намного меньше, всего 10 нА или даже меньше для современных конденсаторов.

Специализированный тип с жидким электролитом предназначен для резервного копирования памяти в цифровых схемах. Микросхемы памяти CMOS могут сохранять данные, если на одном из выводов микросхемы поддерживается напряжение ниже нормального напряжения питания. Потребление тока на этом выводе очень низкое, и поэтому оно может обеспечиваться конденсатором в течение значительных периодов времени.Этот метод используется не для вычислителей, в которых используется батарея, а для таких устройств, как контроллеры центрального отопления, которые должны сохранять свои настройки, если электроснабжение отсутствует на сравнительно короткий период времени. Типичные значения для этих электролитов – 1F0 и 3F3. Время разряда составляет от 1 до 5 часов при 1 мА и от 300 до 500 часов при более типичном потребляемом токе 5 мкА, но следует учитывать высокий ток утечки.

Типы твердого электролита теперь доступны в алюминиевом диапазоне электролитов.В отличие от алюминиевых электролитов традиционного типа, они не требуют вентиляции и не подвержены испарению электролита. Кроме того, в отличие от традиционного электролитического, они могут работать в течение периодов без поляризующего напряжения и могут принимать обратное напряжение, хотя всего около 30% от номинального прямого напряжения при 85 ° C, что значительно меньше при более высоких температурах. Типичные размеры от 2,2 мкФ до 100 мкФ с номинальным напряжением от 10 В до 35 В при 85 ° C. Диапазон температур составляет от –55 ° C до + 125 ° C, и даже при максимальной рабочей температуре 125 ° C ожидаемый срок службы превышает 20 000 часов.Токи утечки довольно высоки, в диапазоне от 9 мкА до 250 мкА, а номинальные значения тока пульсации находятся в диапазоне от 20 мА до 300 мА. Одна важная особенность заключается в том, что спецификации не накладывают ограничений на величину тока заряда или разряда, протекающего в цепи постоянного тока, при условии, что рабочее напряжение не превышается.

ТАНТАЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТИКИ

Танталовые электролиты неизменно используют твердые электролиты наряду с металлическим танталом и имеют гораздо меньшую утечку, чем алюминиевые.Это делает их в высшей степени подходящими для таких целей, как связь сигналов, фильтры, схемы синхронизации и развязка. Обычные формы этих электролитов представляют собой миниатюрные шарики с эпоксидным покрытием или трубчатые осевые частицы. Диапазон напряжения составляет от 6,3 В до 35 В со значениями от 0,1 мкФ до 100 мкФ. Диапазон температур от –55 ° C до + 85 ° C. Танталовые электролиты могут использоваться без какого-либо смещения постоянного тока, а также могут принимать небольшое обратное напряжение, обычно менее 1,0 В. Ожидается минимальный ток утечки 1 мкА, а для более высоких значений емкости и рабочего напряжения ток утечки определяется из емкости, умноженной на коэффициент напряжения, при минимальном гарантированном значении 1 пА.Можно ожидать коэффициентов мощности в диапазоне от 0,02 до 0,2. Следует проявлять осторожность, чтобы не превышать номинальное импульсное напряжение, обычно в 1,3 раза больше номинального номинального напряжения постоянного тока.

Электролитические конденсаторы определяют срок службы источника питания

Здравоохранение Технология Полуфабрик Промышленные Продолжительность жизни Надежность Источники питания AC-DC

Срок службы производителя важен, как и конкретное приложение.

Обзор:

  • Электролитические конденсаторы в источниках питания переменного и постоянного тока имеют ограниченный срок службы.
  • Производители предоставляют оценку их вероятной долговечности, чтобы помочь покупателям выбрать наиболее подходящее решение.
  • Другие переменные в различных приложениях также влияют на срок службы.
  • Наш технический директор Гэри Бокок резюмирует расчеты производителя и рекомендует дополнительную проверку в процессе эксплуатации.

Электролитические конденсаторы являются важным компонентом источников питания переменного и постоянного тока. Они обеспечивают высокую емкость x напряжение (CV) и низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) в корпусах небольшого объема. Нет альтернативы, которая могла бы выполнять работу с минимальными затратами .

Определить срок службы блока питания

Срок службы этих электролитических конденсаторов становится все более важным параметром при проектировании источников питания. Требования к удельной мощности растут, и электролитические конденсаторы являются единственным изнашивающимся компонентом источника питания.Итак, тип используемого в конструкции электролитического конденсатора определяет срок службы блока питания. Он также определяет срок службы или интервал обслуживания конечного применения в обслуживаемом оборудовании.

Топология и применяемый пульсирующий ток, проектная схема, расчетный срок службы конденсатора, номинальная температура конденсатора и эффект местного нагрева варьируются от одного продукта к другому. Они также могут изменяться в условиях низкого и высокого уровня входного сигнала.

Эффекты внешнего нагрева могут перевесить эффекты внутреннего нагрева, особенно в современных компактных конструкциях.Фактический срок службы также зависит от повышения температуры, которое может произойти при установке источника питания в приложении. Профиль миссии конечного оборудования – еще один фактор, определяющий среднюю рабочую температуру в течение срока службы оборудования и количество часов использования в день.

Разработчики электролитических конденсаторов учитывают все эти факторы при определении срока службы своей продукции. Давайте посмотрим, с какими расчетами они работают.

Расчетный срок службы при номинальной температуре

Производители электролитических конденсаторов указывают расчетный срок службы при максимальной номинальной температуре окружающей среды, обычно 105 ° C.Этот расчетный срок службы может варьироваться от 1000 часов до 10000 часов и более. Чем больше расчетный срок службы, тем дольше прослужит компонент при данном применении и температуре окружающей среды.

Производители предоставляют расчеты для определения срока службы в приложении. Они основаны на уравнении Аррениуса для температурной зависимости скорости реакции. Это определяет, что скорость реакции удваивается на каждые 10 ° C повышения температуры. Это означает, что срок службы удваивается на каждые 10 ° C снижения температуры, поэтому конденсатор, рассчитанный на 5000 часов при 105 ° C, будет иметь срок службы 10 000 часов при 95 ° C и 20 000 часов при 85 ° C.

Основное уравнение приведено ниже. Кривая отображает зависимость срока службы от температуры окружающей среды.

Применяемый пульсирующий ток и частота срабатывания

Помимо температуры окружающей среды и эффектов местного нагрева, приложенные токи пульсации дополнительно нагревают сердечник конденсатора. Процессы переключения и выпрямления на входном и выходном каскадах источника питания генерируют токи пульсации. Это вызывает рассеяние мощности внутри электролитического конденсатора.

Величина и частота этих пульсаций тока зависят от топологии, разработанной для активной коррекции коэффициента мощности (PFC), где она используется. Они также зависят от силового каскада главного преобразователя, оба они варьируются от конструкции к конструкции. Мощность, рассеиваемая внутри конденсатора, определяется среднеквадратичным током пульсаций и ESR конденсатора на приложенной частоте.

Повышение температуры сердечника компонента связано с рассеиваемой мощностью, коэффициентом излучения корпуса компонентов и коэффициентом разницы температур или крутизной от сердечника к корпусу.Эти значения определяются производителем компонентов.

Максимальный ток пульсаций, который может быть приложен к конденсатору, обычно указывается при максимальной температуре окружающей среды и частоте 100/120 Гц. Коэффициенты умножения могут применяться в зависимости от температуры окружающей среды при фактическом использовании и частоты применяемого пульсирующего тока: ESR уменьшается с увеличением частоты.

Преимущества систем охлаждения

Источники питания закрытого типа со своими собственными охлаждающими вентиляторами менее восприимчивы к среде конечного приложения при правильном развертывании.Температура окружающей среды должна оставаться в пределах спецификации, и должен быть достаточный зазор для охлаждения.

В приведенной ниже таблице указан расчетный срок службы конденсаторов с расчетным сроком службы 2 000 и 5 000 часов при различных температурах. Он предполагает круглосуточную работу без выходных при переводе часов работы в годы эксплуатации. Оборудование с менее интенсивным профилем миссии – например, восемь-десять часов в день, работающее пять дней в неделю – будет иметь значительно более длительный срок службы.

Другие переменные могут влиять на долговечность силовых приложений

Производители блоков питания применяют правила снижения проектных характеристик, чтобы обеспечить достаточный срок службы изделия.

Но эти правила не учитывают профиль миссии, окружающую среду, ориентацию установки, расположение, окружающее пространство, приложенную нагрузку и устройства охлаждения или вентиляции системы после того, как источник питания установлен в конечном оборудовании.

Срок службы конденсатора, особенно в среде с конвекцией или естественным охлаждением, следует дополнительно оценить в зависимости от конкретной установки.Измерять применяемые пульсирующие токи непрактично, но измерение эффективной рабочей температуры даст точную оценку срока службы. Операторы могут измерить температуру корпуса и применить уравнение Аррениуса и профиль миссии к базовому сроку службы, указанному производителем компонента.

На приведенном ниже механическом чертеже показаны компоненты, а кривые показывают ожидаемый срок службы источника питания в зависимости от температуры двух конденсаторов (C6 и C23).

Во многих технических паспортах источников питания, таких как серии XP Power GCS, указаны ключевые компоненты, определяющие срок службы продукта. Сюда входят те, которые нуждаются в оконечном оборудовании для обеспечения внешнего охлаждения, и те, которые предназначены для систем с конвекционным охлаждением. Эта информация, наряду с данными об операционной среде приложения, помогает разработчикам системы более точно определять срок службы источника питания в конечном приложении.

РЕЗЮМЕ: для точного прогнозирования срока службы источника питания важно оценить его в вашем конкретном приложении, используя точки измерения и данные, предоставленные производителем, и применяя профиль миссии для конечного оборудования на основе средней температуры и использования в день .

Основное руководство по источникам питания – независимо от того, разрабатываете ли вы источник питания переменного тока в постоянный или преобразователь постоянного тока в постоянный.Вся необходимая информация в одном простом справочнике.

Конденсаторы

, Часть 7 «Электролитические конденсаторы [2]» | Электроника ABC | Журнал TDK Techno

Характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов

Алюминиевые электролитические конденсаторы мокрого типа широко используются, поскольку они обладают высокой емкостью и недороги.Однако по сравнению с другими типами конденсаторов они обладают следующими характеристиками, которые необходимо тщательно учитывать при разработке приложений.

● Ограниченный срок службы

Высыхание (испарение) электролита вызывает падение емкости, также известное как потеря емкости. Срок службы обычно составляет около 10 лет. Утечки электролита также могут вызвать нарушение изоляции цепи и другие проблемы.

Закон Аррениуса (удвоение на каждые 10 ° C)

Степень потери электролита зависит от температуры, примерно в соответствии с так называемым законом Аррениуса или уравнением для скорости химических реакций, зависящих от температуры.Это означает, что при каждом повышении температуры использования на 10 градусов по Цельсию срок службы сокращается наполовину, и, наоборот, он удваивается на каждые 10 градусов.

● Электролитические конденсаторы имеют полярность

При подаче напряжения противоположной полярности внутренняя температура повышается и образуется газ, который повышает внутреннее давление и может привести к разрушению конденсатора.

● Пульсации тока вызывают собственное повышение температуры

Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют большое значение ESR (эквивалентное последовательное сопротивление), что приводит к высоким тепловым потерям при воздействии пульсаций тока. Возникающее в результате повышение собственной температуры может сократить срок службы конденсатора.

● Функция самовосстановления оксидного слоя

Анод из оксидной пленки, используемый в качестве диэлектрика в алюминиевом электролитическом конденсаторе, может быть поврежден приложением напряжения противоположной полярности или напряжением, превышающим номинальное значение.Электролит имеет как кислотные, так и основные компоненты. Окислительный эффект кислотного компонента вызывает заживление оксидного слоя, явление, называемое самовосстановлением.

● Емкость и ESR сильно зависят от температуры

Как показывают графики ниже, изменение емкости больше при низких температурах, и значение ESR также велико.

Электролитический конденсатор – Academic Kids

От академических детей

Электролитические конденсаторы

Электролитический конденсатор – это тип конденсатора с большей емкостью на единицу объема, чем другие типы, что делает их ценными в относительно сильноточных и низкочастотных электрических цепях.Это особенно характерно для фильтров источника питания, где они накапливают заряд, необходимый для смягчения колебаний выходного напряжения и тока, на выходе выпрямителя и особенно при отсутствии аккумуляторных батарей, которые могут обеспечивать аналогичную емкость по низкочастотному току. Они также широко используются в качестве разделительных конденсаторов в цепях, где должен проводиться переменный ток, а не постоянный; Большое значение емкости позволяет им передавать очень низкие частоты без постоянного тока.

Строительство

Электролитические конденсаторы состоят из двух проводящих алюминиевых фольг, одна из которых покрыта изолирующим оксидным слоем, и бумажной прокладки, пропитанной электролитом.Фольга, изолированная оксидным слоем, является анодом, а жидкий электролит и вторая фольга действуют как катод. Слой оксида алюминия является диэлектриком, и тонкость этого слоя, наряду с его способностью выдерживать напряженность электрического поля порядка 10 9 вольт на метр, является причиной высокой емкости. Затем этот пакет сворачивают, снабжают штыревыми соединителями и помещают в цилиндрический алюминиевый кожух. (Две наиболее популярные геометрии – это осевые выводы, идущие из центра каждой круглой поверхности цилиндра, или два вывода или выступа на одной из круглых поверхностей.Оба они показаны на картинке.)

Электролит обычно представляет собой борную кислоту или борат натрия в воде с добавлением некоторых сахаров или этиленгликоля для замедления испарения. Хотя вы не должны есть это и не попадать в глаза, это не очень едко и не опасно. Просто смойте его с кожи после контакта с ним.

Танталовые электролиты с мокрой фазой действительно содержат серную кислоту. Они более дорогие, чем конденсаторы на основе алюминия, и, как правило, могут использоваться только при низком напряжении, но они имеют гораздо более высокую емкость на единицу объема и поэтому популярны в миниатюрных приложениях, таких как сотовые телефоны.

Однако важно всегда быть осторожным и не рисковать. Всегда рекомендуется использовать защитные очки. С химическими веществами всегда стоит проявлять особую осторожность.

Электролитические конденсаторы имеют полярность, в отличие от большинства конденсаторов. Это связано с тем, что оксид алюминия удерживается на месте электрическим полем и при обратном смещении растворяется в электролите. Это позволяет короткое замыкание между электролитом и алюминием. Жидкость нагревается, и конденсатор может взорваться.

Это единственная причина требования полярности. При обратном смещении они будут вести себя как любой другой конденсатор, вплоть до разрушения. Большинство из них прекрасно выживают без смещения постоянного тока или только с переменным током, и могут даже выдерживать обратное смещение в течение определенного периода времени, но схемы должны быть спроектированы так, чтобы не было постоянного обратного смещения в течение значительного количества времени. Постоянное прямое смещение также увеличивает срок службы конденсаторов.

Современные конденсаторы имеют предохранительный клапан на одной круглой поверхности для выпуска горячего газа / жидкости, но разрыв по-прежнему громкий.Правильная полярность обозначена на упаковке полосой со знаками «минус» и, возможно, стрелками, указывающими, что вывод должен быть более отрицательным, чем другой.

Некоторые конденсаторы также демонстрируют обратный эффект; при прямом смещении слой оксида алюминия пополняется, устраняя короткие замыкания. Эти конденсаторы называются самовосстанавливающимися.

Электрические характеристики

Общая схема моделирования электролитического конденсатора имеет следующую схему:

, где утечка R , – сопротивление утечки, R ESR – эквивалентное последовательное сопротивление, L ESL – эквивалентная последовательная индуктивность (L – условное обозначение индуктивности).

R ESR должен быть как можно меньше, поскольку он определяет мощность потерь, когда конденсатор используется для сглаживания напряжения. Мощность потерь изменяется линейно с протекающим через него пульсирующим током и квадратично с R ESR . Конденсаторы с низким ESR необходимы для обеспечения высокого КПД источников питания.

Следует отметить, что это всего лишь простая модель, которая не включает все эффекты, связанные с настоящими электролитическими конденсаторами.

Поскольку электролиты испаряются, расчетный срок службы чаще всего определяется в часах при заданной температуре.Например, обычно 2000 часов при 105 градусах Цельсия (самая высокая рабочая температура). Расчетный срок службы удваивается на каждые 10 градусов ниже, достигая 15 лет при 45 градусах.

См. Также

Внешняя ссылка

nl: Электролитический конденсатор

Что такое электролитический конденсатор? Функция и использование

Чтобы дать краткий ответ на вопрос «Что такое электролитический конденсатор?» можно сказать, что это относится к поляризованному конденсатору, который состоит из анода или положительной пластины из металла, образующих изолирующий оксидный слой путем анодирования.Оксидный слой служит диэлектриком конденсатора. Жидкий, твердый или гелевый электролит покрывает поверхность оксидного слоя в качестве катода или отрицательной пластины конденсатора. Электролитические конденсаторы имеют намного большее произведение емкость-напряжение (CV) на объем, чем керамические или пленочные конденсаторы из-за их очень тонкого диэлектрического оксидного слоя и увеличенной поверхности анода. Эти конденсаторы можно разделить на три основные группы:

  • конденсаторы алюминиевые электролитические.
  • Конденсаторы электролитические танталовые.
  • Конденсаторы электролитические ниобиевые
  • .

В этих трех семействах конденсаторов используются как нетвердые, так и твердые диоксид марганца или твердые полимерные электролиты, что означает, что можно использовать широкий спектр анодных материалов и нетвердых или твердых электролитов.

Электролитические конденсаторы имеют большую емкость, что делает их идеальными для пропускания или обхода низкочастотных сигналов, а также для хранения большого количества энергии. Например, их можно использовать для развязки или фильтрации шума в источниках питания и цепях звена постоянного тока для приводов с переменной частотой, для передачи сигналов между каскадами усилителя или для хранения энергии, как в лампах-вспышках.

Электролитические конденсаторы имеют поляризованную конструкцию из-за их асимметричной конструкции и всегда должны использоваться с более высоким (положительным) напряжением на аноде, чем на катоде. Чтобы различать эти две клеммы, клемма анода помечена знаком плюс, а катод – знаком минус.

Изменение полярности конденсатора или приложение напряжения выше максимального номинального рабочего напряжения от 1 до 1,5 В может привести к разрушению диэлектрика и, таким образом, к повреждению конденсатора.Электролитические конденсаторы могут быть опасными, если они сломаются, что приведет к пожару или взрыву.

Также доступны биполярные электролитические конденсаторы, которые могут работать с любой полярностью и имеют два последовательно соединенных анода. Формирование биполярного электролитического конденсатора возможно путем соединения двух стандартных электролитических конденсаторов, анод-анод или катод-катод.

Конструкция электролитического конденсатора (Ссылка: electronics-notes.com )

Электролит

Электролиты – это жидкие электрические проводники, в которых движущиеся ионы переносят ток.Например, электролиты или минералы в нашей крови несут электрический заряд. Натрий, калий, хлорид, кальций и фосфор – одни из наиболее распространенных электролитов.

В электролитах ионы представляют собой анионы (-) или катионы (+). Анион относится к иону, который содержит больше электронов, чем протонов. Электрон заряжен отрицательно, а протон – положительно. В результате наличия большего количества электронов, чем протонов, общий заряд аниона становится отрицательным. Следовательно, анионы – это отрицательно заряженные ионы, которые перемещают отрицательный заряд.

Катионы, с другой стороны, имеют меньше электронов, чем протонов. Поскольку у катиона меньше электронов, чем у протонов, его заряд положительный. Таким образом, катионы представляют собой положительно заряженные ионы. Положительный заряд несут эти катионы.

Применение электролитических конденсаторов

Когда требуются большие значения емкости, обычно используются электролитические конденсаторы. Раствор электролита в виде желе или пасты используется вместо очень тонкой металлической пленки для одного из электродов (обычно катода).

Диэлектрики состоят из тонкого слоя оксида, который растет электрохимически, достигая толщины менее десяти микрон. Изолирующий слой настолько тонкий, что небольшие конденсаторы могут быть изготовлены с очень большой емкостью, но с очень маленькими физическими размерами из-за небольшого расстояния между пластинами.

Конденсаторы

с большой емкостью и малыми размерами используются для уменьшения пульсаций напряжения или для соединений и развязки в источниках питания постоянного тока. Поскольку электролитические конденсаторы имеют относительно низкое номинальное напряжение и поляризованы, их нельзя использовать с источниками переменного тока.

Например, электролитические конденсаторы обычно используются в качестве фильтров в усилителях звука с целью уменьшения шума в сети. Типичный гул в сети состоит из электрического шума с частотой 50 или 60 Гц, который будет слышен при усилении.

Типы электролитических конденсаторов

В зависимости от материала, из которого изготовлен диэлектрик, электролитические конденсаторы можно разделить на три типа:

  • Конденсаторы алюминиевые электролитические
  • Конденсаторы электролитические танталовые
  • Конденсаторы электролитические ниобиевые

Электролитические конденсаторы всех типов работают одинаково.Однако электроды изготавливаются из другого материала.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевый конденсатор – это электролитический конденсатор с анодным электродом (+), изготовленным из чистой алюминиевой фольги с протравленной поверхностью. Алюминий образует чрезвычайно тонкий изолирующий слой оксида алюминия путем анодирования, который выполняет функцию диэлектрика конденсатора. В принципе, оксидный слой представляет собой второй электрод (катион) (-) конденсатора, который покрыт нетвердым электролитом.Отрицательный вывод конденсатора подключен к электролиту через вторую алюминиевую фольгу, называемую «катодной фольгой».

Внутренняя структура алюминиевого электролитического конденсатора (Артикул: rubycon.co.jp )

Принцип анодирования алюминиевых электролитических конденсаторов делает их поляризованными конденсаторами. Для работы этих устройств требуется правильная полярность постоянного напряжения. Короткое замыкание может произойти, когда конденсатор работает от переменного напряжения или неправильной полярности.Единственным исключением является биполярный алюминиевый электролитический конденсатор с задним расположением двух анодов в одном корпусе, который может применяться для переменного тока.

Поскольку алюминиевые электролитические конденсаторы имеют относительно высокие значения емкости, их значения импеданса низкие даже на более низких частотах, таких как частота сети. Применения алюминиевых электролитических конденсаторов включают:

  • блоки питания
  • импульсные источники питания
  • Преобразователи постоянного тока в постоянный для сглаживания и буферизации выпрямленных напряжений постоянного тока во многих электронных устройствах
  • блоки питания промышленные
  • используется в качестве конденсаторов промежуточного контура для приводов, фотоэлектрических инверторов и преобразователей на ветряных электростанциях.
  • Отдельные типы также используются в стробоскопах и фотовспышках или для объединения сигналов в аудиосигналах.

При повышении температуры проводимость электролитического конденсатора увеличивается, а его проводимость уменьшается с понижением температуры. Следовательно, емкость алюминиевого электролитического конденсатора резко меняется с температурой.

Танталовые электролитические конденсаторы

Танталовые электролитические конденсаторы – пассивные компоненты электронных схем.Этот тип электролитического конденсатора имеет анод, состоящий из таблетки пористого металлического тантала, которая покрыта изолирующим оксидным слоем и окружена жидким или твердым электролитом в качестве катода. В отличие от обычных и электролитических конденсаторов, танталовый конденсатор имеет относительно тонкий диэлектрический слой с высокой диэлектрической проницаемостью, что позволяет ему иметь очень высокую емкость на единицу объема (высокий объемный КПД) и быть относительно легким.

По сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами танталовые электролитические конденсаторы намного дороже.

Танталовые конденсаторы по своей природе являются поляризованными компонентами. Конденсатор может быть разрушен обратным напряжением. Благодаря эффективному соединению двух поляризованных конденсаторов последовательно, аноды обращены в противоположные стороны, изготавливаются неполярные танталовые конденсаторы.

Танталовый электролитический конденсатор (Ссылка: sciencedirect.com )

Ниобиевые электролитические конденсаторы

В ниобиевом электролитическом конденсаторе, поляризованном конденсаторе, анодный электрод выполнен из пассивированного металлического ниобия или монооксида ниобия, изолирующий слой пятиокиси ниобия на котором служит диэлектриком ниобиевого конденсатора.В качестве второго электрода (катода) на поверхности оксидного слоя находится твердый электролит.

Конденсаторы, изготовленные из ниобия, по своей конструкции являются поляризованными компонентами, поэтому они могут принимать постоянное напряжение только в правильном направлении. Как и в случае с двумя другими типами электролитических конденсаторов, обратное напряжение или пульсирующий ток выше определенного значения могут повредить диэлектрик и, следовательно, конденсатор. Чтобы гарантировать безопасную работу ниобиевых конденсаторов, производители устанавливают особые правила проектирования схем.

Ниобиевый электролитический конденсатор (Артикул: apogeeweb.net )

Сравнение различных типов электролитических конденсаторов

Алюминиевые электролитические конденсаторы, также называемые «мокрыми» конденсаторами, являются самыми дешевыми из всех обычных конденсаторов. Помимо предоставления наиболее экономичных решений для приложений с высокой емкостью и напряжением для развязки и буферизации, они нечувствительны к низкоомной зарядке и разрядке, а также к переходным процессам с низким энергопотреблением.Почти все электронные устройства используют нетвердые электролитические конденсаторы, за исключением военных приложений.

Конденсаторы для поверхностного монтажа из танталового электролита с твердым электролитом обычно используются в электронных устройствах с небольшим пространством или низким профилем. Приборы надежно работают в широком диапазоне температур без больших отклонений параметров. Танталовые электролитические конденсаторы – единственные, которые соответствуют военным и космическим требованиям.

Наличие ниобия делает эти конденсаторы напрямую конкурентоспособными с танталовыми электролитическими конденсаторами.Они сопоставимы по своим свойствам.

Благодаря использованию полимерных электролитов, алюминиевые, танталовые и ниобиевые электролитические конденсаторы имеют значительно улучшенные электрические свойства.

Емкость электролитического конденсатора

Электролитический конденсатор работает по принципу «пластинчатого конденсатора», емкость которого увеличивается с увеличением площади электрода A, диэлектрической проницаемости ε и толщины диэлектрика (d).

C = \ varepsilon \ frac {A} {d}

В электролитических конденсаторах толщина диэлектрика очень мала, обычно в нанометровом диапазоне.Между тем, этот оксидный слой имеет высокую прочность. В сочетании с достаточно высокой диэлектрической прочностью этот тонкий диэлектрический оксидный слой позволяет электролитическим конденсаторам достигать высокой объемной емкости. Вот почему электролитические конденсаторы имеют более высокое значение емкости, чем обычные конденсаторы.

По сравнению с гладкой поверхностью того же объема или площади протравленные или спеченные аноды имеют гораздо большую площадь поверхности. Использование нетвердых алюминиевых электролитических конденсаторов, а также твердотельных танталовых электролитических конденсаторов позволяет увеличить емкость до 200 раз.Во-вторых, большая площадь поверхности по сравнению с гладкой является фактором высоких значений емкости электролитических конденсаторов.

Используя формулу последовательного соединения двух конденсаторов, мы можем найти общую емкость конденсатора:

C_ {tot} = \ frac {C_aC_c} {C_a + C_c}

В приведенном выше уравнении C a и C c – емкости анода и катода соответственно.

Пульсации тока

При непрерывной работе в указанном диапазоне температур пульсирующий ток определяется как среднеквадратичное значение наложенного переменного тока любой частоты с любой формой волны.2_n}

Пульсации токов выделяют тепло внутри корпуса конденсатора. В дополнение к температуре окружающей среды и другим возможным внешним источникам тепла это внутреннее тепло повышает температуру корпуса конденсатора по сравнению с температурой окружающей среды. Это тепло распределяется в виде тепловых потерь P по поверхности конденсатора A и теплового сопротивления β окружающей среде.

P_ {th} = \ mathit {\ Delta} T.A. \ beta

Внутреннее тепло должно передаваться в окружающую среду посредством теплового излучения, конвекции и теплопроводности.Температура конденсатора, которая представляет собой баланс между производимым и распределяемым теплом, не должна быть выше его максимальной заданной температуры.

Символ электролитического конденсатора

Либо две параллельные прямые линии представляют собой электролитический конденсатор, либо одна прямая линия, сопровождаемая изогнутой линией. На рисунке ниже вы можете увидеть символ электролитического конденсатора.

Условные обозначения электролитического конденсатора (Артикул: Physics-and-Radio-Electronics.com )

Рядом с любой из линий стоит знак «плюс» или «минус», указывающий, является ли вывод положительным или отрицательным (анод или катод). Важно подавать напряжение на правильный вывод. В противном случае конденсатор может выйти из строя.

Преимущества и недостатки электролитических конденсаторов

Электролитические конденсаторы обеспечивают накопление большого количества заряда. Еще одно преимущество этих устройств – их невысокая стоимость.

К их недостаткам, однако, относятся большой ток утечки и короткий срок службы.

Условия, повреждающие электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы могут не работать при определенных условиях. Ниже приведены некоторые из наиболее важных.

Перенапряжение

Избыточное напряжение приведет к утечке тока через диэлектрик, что приведет к короткому замыканию.

Обратная полярность

Обратное напряжение повреждает и разрушает оксидный слой.

Перегрев

Избыточный нагрев может высушить электролит и сократить срок его службы.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *