Elektrolit kondenzátor

Egy elektrolit kondenzátor (rövidítése: Elko) egy polarizált kondenzátor , amelynek anód elektródát (+) áll egy fém ( szelepet fém ), amelyen egy még, rendkívül vékony, elektromosan szigetelő oxidréteg keletkezik keresztül anódos oxidáció , más néven képző , amely a névleges feszültséghez van igazítva, amely a kondenzátor dielektrikáját képezi . Egy folyékony vagy szilárd elektrolit , amely geometriailag alkalmazkodik az anód felületi szerkezetéhez, képezi az elektrolit kondenzátor katódját (-).

A tantál és alumínium elektrolit kondenzátorok leggyakoribb típusai

Az alkalmazott anód fém típusától függően az elektrolit kondenzátorok fel vannak osztva

• Alumínium elektrolit kondenzátorok
• Tantál elektrolit kondenzátorok
• Niobium elektrolit kondenzátorok

A speciális elektrolitról elnevezett másik csoport a polimer elektrolit kondenzátorok , amelyek alumínium és tantál elektrolit kondenzátorokat is tartalmaznak.

Az alumínium elektrolit kondenzátorok e három típus legolcsóbb alkatrészei, és az elektronikus eszközök teljes területén használatosak. A tantál és a niobium elektrolit kondenzátorok versenyeznek egymással, és főként az SMD kivitelben találhatók a lapos kivitelű hordozható elektronikus eszközökben.

Az elektrolit kondenzátorok fő előnye a szerkezeti térfogathoz képest viszonylag nagy kapacitású , a másik két fontos kondenzátorcsaládhoz, a kerámia és a műanyag fólia kondenzátorokhoz képest . Ezt az anód érdesített felülete, hogy növelje a felületet, és nagyon vékony dielektrikuma érhető el. Kapacitásuk azonban lényegesen kisebb, mint az elektrokémiai szuperkondenzátoroké .

Az elektrolit kondenzátorok polarizált alkatrészek, amelyeket csak egyenfeszültséggel lehet üzemeltetni . Az anód a pozitív pólus. Bármilyen egymásra helyezett váltakozó feszültség nem okozhatja a polaritás megfordítását. A helytelen polaritás, a túl nagy feszültség vagy a hullámzó áram túlterhelése tönkreteheti a dielektrikumot és ezáltal a kondenzátort is. A pusztítás katasztrofális következményekkel járhat (robbanás, tűz).

A nagy fajlagos kapacitás miatt az elektrolit kondenzátorok különösen alkalmasak a nem kívánt frekvenciák szétválasztására a kétszámjegyű Hertz tartománytól néhány megahertzig, a tápegységek , kapcsolt üzemmódú tápegységek és egyenáramú feszültségváltók egyenfeszített feszültségeinek kiegyenlítésére . A digitális áramkörök hirtelen terhelési csúcsa esetén pufferelik a tápfeszültségeket, és energiaraktárakként szolgálnak a frekvenciaváltók egyenfeszültségű közbenső áramköreiben , a légzsák -áramkörökben vagy a fényképes vakuegységekben .

A bipoláris elektrolit kondenzátorokat speciális formában is gyártják. Két anódból állnak, amelyek belsőleg ellentétes polaritásúak. A bipoláris elektrolit kondenzátorok váltakozó feszültséggel működtethetők, például alacsony frekvenciájú jelek csatlakoztatásakor audiorendszerekben .

Alapok

Lemez kondenzátor

Minden elektrolit kondenzátor alapvetően lemez kondenzátor, amelynek kapacitása nagyobb, minél nagyobb az elektróda területe és a relatív permittivitás, és annál kisebb a távolság az elektródák között. ${\ displaystyle A}$ ${\ displaystyle \ varepsilon}$${\ displaystyle d}$

${\ displaystyle C = \ varepsilon \ cdot {\ frac {A} {d}}}$

A későbbi kondenzátor kapacitásának növelése érdekében az összes elektrolit kondenzátor anódját érdesítik, így a felület lényegesen nagyobb, mint a sima felületé, ami nem változtatja meg a lemez kondenzátor elvét.

A dielektromos állandó az elektromos tér állandójából és a dielektrikum anyagspecifikus permittivitásából áll : ${\ displaystyle \ varepsilon}$ ${\ displaystyle \ varepsilon _ {0}}$ ${\ displaystyle \ varepsilon _ {r}}$

${\ displaystyle \ varepsilon = \ varepsilon _ {0} \ varepsilon _ {r}}$.

Ez az érték határozza meg az alumínium, tantál vagy niobium elektrolit kondenzátorok fajlagos kapacitását.

Anódos oxidáció (képződés)

Mivel az oxidréteg vastagsága a fény hullámhosszának nagyságrendjében van, az oxidált (képződött) tantál szinterezett blokk színe alapján más dielektromos szilárdság becsülhető meg. A színek a Bragg -egyenlet és a törésmutató szerint változnak.

Az anódos oxidáció sematikus ábrázolása

A képződés során képződött oxid rétegvastagsága arányos a képződési feszültséggel

Az elektrolit kondenzátorok az anódos oxidáció ( képződés ) elektrokémiai hatására épülnek . Itt, az úgynevezett. Szelepfémek ( alumínium , tantál , niobium u. Am) felületén a negatív pólusfürdőhöz csatlakoztatott részbe helyezett egyenáramforrás pozitív pólusának folyékony elektrolittal , elektromosan szigetelő oxidréteg, amelyet egy kondenzátor dielektrikumaként alakítunk ki .

Ezek az oxidrétegek az anódon (+) nagyon vékonyak és nagyon magas dielektromos szilárdságúak , ami az nm / V tartományban van. Ennek a kondenzátornak a kapacitását kondenzátorlemezként határozzák meg az anódfelület geometriájából és az oxidréteg vastagságából. Ezt az alakítófeszültség határozza meg, és így az adott alkalmazás követelményeihez igazítható, ezáltal a fajlagos kapacitás optimalizálása lehetséges.

anyagok

Anódok

Az elektrolitikus kondenzátorok közötti fő különbség az anód anyaga és dielektrikumként oxidja:

• Az alumínium elektrolit kondenzátorok nagy tisztaságú és elektrokémiailag maratott (érdesített) alumínium fóliát használnak anódként, alumínium-oxid Al ₂ O ₃ dielektrikumként
• A tantál elektrolit kondenzátorok nagyon tiszta, finomra porított és szinterezett tantálport használnak anódként, dielektrikumként Ta ₂ O ₅ tantál -pentoxidot.
• A niobium vagy niobium -oxid elektrolit kondenzátorok nagyon tiszta, finoman porított és szinterezett niobiumot vagy niobium -oxidot használnak anódként, dielektrikumként pedig Nb ₂ O ₅ nióbium -pentoxidot .

Az anódos oxidáció által előállított dielektrikumok anyagi tulajdonságai határozzák meg az adott kondenzátor típus fajlagos kapacitását. Az oxid szerkezete szintén fontos szerepet játszik. A következő táblázat áttekintést nyújt a különböző oxid anyagok tulajdonságairól.

Az alumínium -oxid és a tantál -pentoxid értékeinek összehasonlítása azt mutatja, hogy a tantál -pentoxid relatív permittivitása magasabb, mint az alumínium -oxidé, és a tantál -elektrolit kondenzátoroknak elméletileg nagyobb fajlagos kapacitással kell rendelkezniük, mint az alumínium elektrolit kondenzátoroknak. A valódi tantálkondenzátorokban azonban ezek az oxidrétegvastagságok sokkal vastagabbak, mint a kondenzátor későbbi névleges feszültsége megkövetelné. Ez biztonsági okokból történik, mivel a kondenzátorban lévő szilárd elektrolit közvetlen érintkezése az oxiddal elektromos mikrohidakat eredményez az oxidhibák, szennyeződések vagy törések területén, ami megnövekedett maradékáramhoz vezethet vagy akár rövidzárlatra. Ez az intézkedés azt jelenti, hogy sok esetben az azonos névleges feszültséggel és kapacitással rendelkező Ta-Elkos és Al-Elkos közötti méretkülönbségek kisebbek, mint elméletileg lehetségesek.

Anódszerkezetek

Az elektrolit kondenzátorok más hagyományos kondenzátorokhoz képest viszonylag magas fajlagos kapacitásának egyik oka az anód nagymértékben megnövelt felülete. Alumínium elektrolit kondenzátorok esetében az anódfóliát elektrokémiailag maratják, tantál elektrolit kondenzátorok esetében az anódfelület lényegesen nagyobb, mint a sima felület finom por porításával. Kis feszültségek esetén akár 200 -szor nagyobb lehet, mint egy sima felület.

• Elektrolit kondenzátorok anódanyagainak szerkezete
• 

  Az Al-Elkos anódfóliái elektrokémiailag maratottak (érdesek), bal: 10 V alacsony feszültségű anódfólia, jobb: 400 V nagyfeszültségű anódfólia

• 

  Szinterezett tantálpor, felül oxid réteggel

Mind az alumínium anódfólia maratása, mind a tantál vagy niobium por szinterezése durva anódot eredményez, amelynek felülete lényegesen nagyobb, mint a sima felületé.

Az anód szerkezete és a dielektrikum anyagtulajdonságai határozzák meg a kondenzátorok kapacitását. A következő táblázat áttekintést nyújt a különböző oxid anyagok tulajdonságairól.

A dielektrikum kialakulása

A keletkezésében szerepet játszó kémiai folyamatok leírására

• Az alumínium elektrolit kondenzátorokról lásd: Alumínium elektrolit kondenzátor , tól
• Ta elektrolit kondenzátorok lásd Tantal elektrolit kondenzátor .

elektrolit

Az elektrolitról , amelyet az elektrolit kondenzátorokról neveztek el, most az a feladata, hogy a megfelelő anódok érdesített szerkezetét a fedő dielektrikummal a lehető legteljesebb mértékben lefedje, hogy ellen elektródaként ( katódként ) működhessen . Ehhez képesnek kell lennie mechanikusan bevezetni a pórusokba, ami csak folyékony formában történhet. Ezért a szilárd elektrolitokat először folyékony formában vezetik be az anódszerkezetekbe, majd megszilárdítják.

Az elektrolit kondenzátorban lévő elektrolit legfontosabb elektromos tulajdonsága a vezetőképessége .

Az alumínium elektrolit kondenzátorok általában folyékony vagy gélszerű elektrolitokkal rendelkeznek, amelyek ionvezetőként fizikailag ionvezető képességgel rendelkeznek, korlátozott ionmozgékonysággal, lásd még az alumínium elektrolit kondenzátor # elektrolitot . A kénsavat általában folyékony elektrolitként használják a tantál elektrolit kondenzátorokhoz . A folyékony elektrolitok olcsók, és oxigént biztosítanak a dielektromos oxid-réteg öngyógyításához működés közben, ami azt jelenti, hogy alacsony maradékáram-értékek érhetők el. Másrészt az elektromos paraméterek nagyon erős hőmérsékletfüggése, különösen alacsony hőmérsékleten, a folyadék fagyásának következménye. A folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium kondenzátorok élettartamának korlátozása a magas hőmérsékleten történő kiszáradás miatt a folyadékok használatának is köszönhető.

A folyékony elektrolitrendszerek mellett az elektrolit kondenzátorokat szilárd elektrolitrendszerekkel is gyártják. A szilárd elektrolitok lényegesen alacsonyabb hőmérséklettől függenek az elektromos paraméterektől, és nem rendelkeznek szárítási folyamatokkal. Ezek az elektrolitok elektronikus vezetők, ami azt jelenti, hogy az elektromos változások, például a kapcsolási élek vagy tranziensek haladéktalanul továbbadódnak, ami azt jelenti, hogy speciális áramkör specifikációkra van szükség. Az ilyen szilárd elektrolitok bármelyikből állnak

• Mangán -dioxid , MnO ₂ , lásd még a tantál elektrolit kondenzátor # katód (elektrolit) vagy
• vezetőképes polimer, például Pedot: PSS , lásd még a polimer elektrolit kondenzátor # elektrolitokat .

Típusok és formák

Az alumínium elektrolit kondenzátorok alapszerkezete

Abban az esetben, alumínium elektrolit kondenzátorok , a maratott és képződött anódfóliát van csomagolva együtt egy második alumínium fóliát és egy papírcsík, mint egy távtartó, átitatott az elektrolit, telepített alumínium fém csészét, majd lezárjuk. A második Al fóliát katódfóliának nevezik, bár az elektrolit a tényleges katód.

• Folyékony elektrolitot tartalmazó alumínium elektrolit kondenzátor alapszerkezete
• 

  Alumínium elektrolit kondenzátor nyitott tekercselése az elektródafóliák több érintkezőjével

• 

  Keresztmetszet egy alumínium elektrolit kondenzátor szerkezetén anódfóliával, a tetején lévő oxiddal (dielektromos), a papír távtartóval és a katódfóliával

• 

  Egy tipikus radiális (egyvégű) alumínium elektrolit kondenzátor felépítése folyékony elektrolittal

A tantál és a niobium elektrolit kondenzátorok alapszerkezete

A tantál és a niobium elektrolit kondenzátorok esetében az anód finomszemcsés, szinterezett és formázott fémporból áll. Ez az elektrolit kondenzátor el van látva az elektrolittal, amelyet ezután egy grafittal és egy ezüstréteggel érintkeztetnek. A burkolat általában műanyag extrudálásból áll.

• Az SMD tantál elektrolit kondenzátor alapszerkezete szilárd mangán -dioxid elektrolittal
• 

  A tantál elektrolit kondenzátor tantál anódja szinterezett tantálporból áll

• 

  Keresztmetszet a szinterezett tantál-anód szerkezetén keresztül az oxiddal, a mangán-dioxid elektrolittal, és az elektrolit érintkezése grafiton és ezüstrétegen keresztül

• 

  Egy tipikus SMD tantál chipes elektrolit kondenzátor szerkezete szilárd elektrolittal

Tervek

Az elektronikában használt elektrolit kondenzátorok zömét az alumínium elektrolit kondenzátorok teszik ki a sokféle kivitel és olcsó gyártásuk miatt. A többnyire az SMD változatban használt tantál elektrolit kondenzátorok nagyobb fajlagos kapacitással rendelkeznek, mint az alumínium elektrolit kondenzátorok, és korlátozott helyű vagy lapos kivitelű eszközökben, például laptopokban használják. A haditechnikában is használják őket. A tömeges üzletág új fejlesztése, a niobium elektrolit kondenzátorok az SMD kivitelben a tantál elektrolit kondenzátorok helyettesítésére szolgálnak.

Tipikus alumínium és tantál elektrolit kondenzátorok

Az elektrolit kondenzátorok típusai és tulajdonságai

Elektrolitikus kondenzátorok törzskönyve

A különböző anódanyagok és ezen anyagok és a különböző elektrolitrendszerek kombinációja miatt az évek során sokféle típusú elektrolit kondenzátort vagy elektrolit kondenzátorcsaládot fejlesztettek ki, amelyek együttesen "az elektrolit kondenzátorok családfáját" alkotják.

Az elektrolit kondenzátor típusok jellemző értékei

Az elektrolitkondenzátorok és az esetleges elektrolitok anódanyagainak kombinációja elektrolitikus típusok egész sorozatát eredményezte, amelyek mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai. Az alábbi táblázat durva áttekintést nyújt a különböző típusú elektrolit kondenzátorok legfontosabb jellemzőiről.

Az úgynevezett „nedves” alumínium elektrolit kondenzátorok voltak és vannak a legolcsóbb alkatrészek a nagy kapacitású értékek és a nagyobb feszültségek területén. Nemcsak olcsó megoldásokat kínálnak a szűréshez és puffereléshez, hanem viszonylag érzéketlenek a tranziensekre és a túlfeszültségekre. Ha elegendő hely van az áramkör szerkezetében, vagy 50 V -nál nagyobb feszültségre van szükség, akkor a katonai alkalmazások kivételével minden elektronikában megtalálhatók a folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorok.

A felületszerelhető "Ta-Chips" típusú tantál-elektrolit kondenzátoroknak állandó helye van az ipari elektronika minden területén, mint megbízható alkatrészek a lapos kivitelű eszközökhöz, vagy ahol kevés a hely, és amelyeknek a lehető legnagyobb hőmérsékleti tartományban kell működniük stabil elektromos paraméterek. A katonai és űrbeli alkalmazások területén csak a tantál elektrolit kondenzátorok rendelkeznek a szükséges jóváhagyásokkal.

A niobium elektrolit kondenzátorok közvetlen versenyben állnak az ipari tantál elektrolit kondenzátorokkal; tulajdonságaik összehasonlíthatók. Kicsit kisebb súlyuk miatt előnyösek a tantál -elektrolit kondenzátorokkal szemben olyan alkalmazásokban, ahol magas a rezgés- és ütésállóság. Ezenkívül a niobium könnyebben beszerezhető.

Megkülönböztetés a szuperkondenzátoroktól

Alumínium elektrolit kondenzátorok, szuperkondenzátorok és különböző akkumulátorok teljesítményének és energiasűrűségének összehasonlítása

Az elektrolit kondenzátorok kitöltik a rést a statikus műanyag fólia és a kerámia kondenzátorok, valamint az elektrokémiai szuperkondenzátorok között . Nagyobb kapacitással rendelkeznek szerkezeti térfogatonként, mint az említett két típusú statikus kondenzátor, de lényegesen alacsonyabb kapacitásúak, mint az elektrokémiai szuperkondenzátorok. Az elektrolitikus kondenzátorok energiasűrűsége, vagyis a tárolható elektromos energia mértéke a szoba térfogatára, lényegesen alacsonyabb, mint a szuperkondenzátoroké, de a többi statikus kondenzátorhoz hasonlóan az elektrolit kondenzátorok is jóval nagyobb teljesítménysűrűséggel rendelkeznek . Az energiahordozó teljesítménysűrűsége annak a sebességnek a mértékegysége, amellyel a teljesítmény elnyelhető vagy leadható térfogat- vagy tömegegységenként. Ez a különbség az alkalmazási területek tekintetében egyértelmű különbséget eredményez az elektrolit kondenzátorok és a szuperkondenzátorok között. Az elektrolitikus kondenzátorok gyors energiacsúcsokat pufferolnak rövid időre, és egyenletes feszültséget egyenlítenek ki azzal, hogy a szuperponált váltakozó áramokat a MHz tartományba szitálják. A szuperkondenzátorok pufferelik az egyenfeszültségeket, és hosszú ideig szolgáltatnak energiát. Nem alkalmasak egyenirányított váltakozó feszültségek simítására.

sztori

eredet

Azt a jelenséget, hogy egy elektrokémiai eljárással alumíniumréteget lehet létrehozni, amely lehetővé teszi, hogy az elektromos áram csak az egyik irányba haladjon át, de a másikban blokkolja az áramot, 1875 -ben fedezte fel Ducretet francia kutató . Ennek a hatásnak köszönhetően "elektromos szelepként", ezzel a tulajdonsággal rendelkező fémeket a szelepfém becenévnek adta . Ide tartozik az alumínium , a tantál , a niobium mellett a mangán , a titán , a wolfram és mások is.

Alumínium elektrolit kondenzátorok

A legrégebbi ismert fotó egy alumínium elektrolit kondenzátorról 1914 -ben, körülbelül 2 µF kapacitással.

Charles Pollak , született Karol Pollak néven, akit később lengyel Edisonnak hívtak , 1896-ban támadt az ötlete, hogy az egyoldalú blokkoló oxidréteget polarizált kondenzátor dielektrikumaként használja egyenáramú áramkörben. Mivel a gyártó akkumulátorok , Pollak kiterjedt kémiai ismeretek mellett a fizikai ismeretek. A polarizált kondenzátor ötletét ötvözte azzal a tudásával, hogy az alkáli vagy semleges elektrolit oxidrétege stabil marad, még akkor is, ha az áramot kikapcsolják. Ezt a két megállapítást összehozta, és felhasználta "alumínium elektródákkal ellátott folyadékkondenzátor" tervezéséhez . Erre az ötletre 1896 -ban megkapta a szabadalmat (DRP 92564) Frankfurtban , amely minden későbbi elektrolit kondenzátor alapja lett.

Az új "folyékony kondenzátorok", amelyeket a Pollak találmány szerint építettek fel, különleges kapacitást értek el az anódon lévő nagyon vékony, elektromosan blokkoló alumínium -oxid réteg miatt, amely messze meghaladta az összes akkor ismert kondenzátort, például a papír kondenzátorokat vagy üveg kondenzátorok . Az új század elején Németországban használták a telefonrendszerek 48 V egyenfeszültségének elnyomására.

Első tervek - "nedves" -Elkos

Folyékony kondenzátor, Bell System Technik 1929.

Ezeknek az "elektrolit kondenzátoroknak" szerkezete alig hasonlított a mai tervekhez, és inkább az akkumulátorok szerkezetére emlékeztet. Egy fémdobozból álltak, amelyet bórax elektrolittal töltöttek meg, és amelybe egy hajtogatott alumíniumlemezt helyeztek el szabadon lebegő anódként. A fémpohár ezután egyidejűleg katódcsatlakozásként is szolgált az elektroliton keresztül. Ezt a konstrukciót az 1930-as évekig használták, és az úgynevezett "nedves" elektrolit kondenzátoroknak adta a nevét. "Nedves" abban az értelemben is, hogy az elektrolit nemcsak folyékony volt, hanem sok vizet is tartalmazott.

A katódfólia feltalálása

Az első feltekercselt elektrolit kondenzátorokat "Száraz elektrolit" jelzéssel látták el, bár folyékony elektrolitokkal dolgoztak, itt egy "száraz" elektrolit kondenzátor 100 µF és 150 V feszültséggel.

Samuel Ruben az összes modern alumínium elektrolit kondenzátor atyja. 1925 -ben Philip Mallory partnereként, a most Duracell néven ismert akkumulátorgyártó alapítójaként 1925 -ben benyújtotta az új "elektromos kondenzátor" ötletét szabadalomhoz. A Rubens elektrolit kondenzátor a rétegelt felépítés technikáját alkalmazta, több halmozott anóddal a csillám kondenzátorokból . Minden anódhoz hozzáadott egy második különálló alumínium fóliát, amelyet papírréteggel választott el mechanikai védelemként az anóddal való közvetlen fémérintkezés ellen. Az anódokhoz hasonlóan a második alumíniumfóliát, amelyet később „katódfóliának” is neveztek, egy érintkezőszalaggal vezetett kifelé, ahol ezeket egyesítették és a csatlakozásokhoz kötötték. Az egész blokkot folyékony, de vízmentes elektrolittal telítettük. Ezzel a konstrukcióval a korábban katódcsatlakozásként használt háznak már nem volt elektromos funkciója. Ezek a kondenzátorok "száraz elektrolit kondenzátorok" néven váltak ismertté, mert a még folyékony elektrolit vízmentes volt, és rázás után már nem lehetett hallani.

Az elektrolit kondenzátorok sikertörténete a feltekercselt elektrolit kondenzátor feltalálásával kezdődött.

Ezzel és röviddel ezután (1927) Alfred Heckel berlini feltalálta a papírkötésű csomagolt fóliákat, az elektrolit kondenzátorok építési térfogata jelentősen kisebb és olcsóbb lett, és a gyártás automatizálható. Az új, tekercselt kondenzátorokkal a Cornell-Dubilier, az Egyesült Államok dél-plainfieldi területén 1931-ben megkezdte az alumínium elektrolit kondenzátorok első ipari sorozatgyártását. Németországban ugyanakkor az ipari sorozatgyártás kezdődött AEG az AEG Hydrawerk Berlinben. A következetes automatizálás, különösen az USA -ban, lehetővé tette ezeknek a kondenzátoroknak a gyártását kicsi és elég olcsó az akkor még új rádiókészülékekhez.

1950 után - folyamatos további fejlesztések

A második világháború utáni idő a rádió- és televíziótechnika további gyors fejlődésével, valamint az elektrolitkondenzátorok iránti gyorsan növekvő igényekkel jár. A növekvő számú eszköz megváltoztatta az összeszerelés típusát a kézi helyett az eszközökben lévő alkatrészek automatikus összeszerelésére. Ehhez szükség volt az elektrolit kondenzátorok adaptálására. A hatvanas évek elején bevezetve a rögzített rácsméretekkel ellátott nyomtatott áramköri lapokat, az Európában uralkodó tengelyirányú kialakítást, amely akkor jött létre, amikor az alkatrészek még szabadon lebegtek a forrasztókapcsokon, felváltotta az olcsóbb radiális, függőleges felépítésű a Távol-Keleten kifejlesztett tervezésben (egyvégű elektrolit kondenzátorok). Később még nagyobb, úgynevezett „teljesítmény-elektrolit kondenzátorokat” alkalmaztak a NYÁK-összeszereléshez bepattintható elektrolit kondenzátorok kialakításához.

Egy másik új technológia az eszköziparban, a felületszerelési technológia , az 1980 -as években vezetett az elektrolit kondenzátorok SMD tervezéséhez. Az "egyvégű" kialakítás különösen alkalmazkodónak bizonyult. Mivel a kerek, "függőleges forgácsú elektrolit kondenzátorok" (V-chipek) alapvetően nem más, mint radiális elektrolit kondenzátorok, amelyek tartóját és csatlakozásait felületi szerelésre módosították.

Az 1960 és 2005 közötti javított maratási folyamatok révén az anódfóliát érdesíteni lehetett, így a 10 × 16 mm -es csészeméretű alumínium elektrolit kondenzátorok kapacitása tízszeresére növelhető

E fejlesztésekkel párhuzamosan új elektrokémiai maratási eljárásokat fejlesztettek ki annak érdekében, hogy a kapacitás növelése érdekében tovább növeljék az anódfelületet. Napjainkban a kisfeszültségű elektrolit kondenzátorok kapacitívan hatékony anódfelülete akár 200-szor nagyobb lehet, mint egy sima fólia. A vastagabb oxidrétegekkel rendelkező nagyfeszültségű elektrolit kondenzátorok esetében a felület akár 30-szoros megnagyobbodást érhet el.

Ugyanakkor ezekben az években jelentős erőfeszítéseket tettek az elektrolit kondenzátorok hosszú távú stabilitásának javítására az elektrolitok javításával. Itt a klór és a víz játszott különleges szerepet. Mindkét anyag különböző hatású korróziós jeleket okozott . A klórkorrózió erodálta az alumíniumot, és végül rövidzárlathoz vezetett, a víz által vezérelt korrózió gyengítette az oxidréteget, és az 1950-es évek elejének elektrolit kondenzátorainak maradékáram-problémáit okozta.

Körülbelül az 1960 -as évek elejétől a klórproblémát olyan tisztasági intézkedésekkel küszöbölték ki, amelyek csökkentik az elektrolit kondenzátorok gyártásának maradék klórtartalmát. A víz által vezérelt korrózió problémája, amelyben a megnövekedett maradékáramok még rövid tárolási időszak után is előfordultak, eredetileg a kondenzátorok öngyógyítására javasolt szabályozások reformjához vezetett. Csak a szerves oldószereken alapuló vízmentes elektrolitrendszerek kifejlesztésével az 1970-es években, és az alumínium-oxid passziválásával az úgynevezett foszfáttartalmú vegyszereket tartalmazó gátlók segítségével az 1980-as években az alumínium elektrolit kondenzátorok folyékony elektrolitok nélkül is előállíthatók maradékáram -problémák.

Ezek a fejlesztések lehetővé tették, hogy ezekben az években egyre több sorozatot dolgozzanak ki az ipari alkalmazásokhoz, hosszabb élettartammal, kisebb maradékáramokkal, alacsonyabb ESR értékekkel vagy magasabb hőállósággal, például az első 125 ° C -os Al elektrolit kondenzátor sorozat amelyet a Philips fejlesztett ki 1986 -ban és forgalomba hozott.

A digitális eszközök, különösen a PC -k tömeges üzletágának árnyomása nagy szerepet játszott az alumínium elektrolit kondenzátorok új elektrolitjainak legújabb fejlesztésében. A költségek csökkentése érdekében Japánban az 1980-as évek közepétől új vízbázisú elektrolitokat fejlesztettek ki. A víz olcsó, hatékony oldószer az elektrolitok számára, és jelentősen javítja az elektrolit vezetőképességét . De a víz hevesen reagál a védtelen alumíniummal, és víz által vezérelt korróziót okoz, amely tönkreteheti az elektrolit kondenzátort. 1998 -ban a japán gyártó Rubycon piacra dobta a "Z sorozatot", az első kondenzátorokat, amelyek 40%körüli víztartalmú elektrolittal dolgoztak. Más gyártók nem sokkal később követték. Az új sorozatok angol "Low ESR", "low-Impedance-" vagy "High Ripple Current elektrolit kondenzátorok" voltak, amelyeket gyorsan bemutattak a tömegpiacon. Egy ilyen víztartalmú elektrolit ellopott készítménye, amely azonban nem tartalmazott fontos stabilizáló anyagokat, 2000 és 2005 között a PC-kben és a tápegységekben lévő tömeges elektrolit kondenzátorok problémájához vezetett, amelyek " kondenzátor-pestis " néven váltak ismertté .

Tantál elektrolit kondenzátorok

Az első tantál elektrolit kondenzátorokat tekercselt tantálfóliával és folyékony elektrolittal 1930 -ban gyártotta a Tansitor Electronic Inc. USA katonai célokra. A tantál -elektrolit kondenzátorok fő fejlesztése a Bell Laboratories -ban (USA) történt 1950 -től . RL Taylor és HE Haring 1950 -ben arra az ötletre jutott, hogy a tantálfólia maratása helyett a tantálport szinterezzék magas hőmérsékleten, hogy nagy anódfelületet kapjanak. Ezzel egy időben a DA McLean és az FS Power szilárd elektrolitot is kutatott a Bell Laboratories -ban. 1952 -ben megtalálták az utat egy szilárd elektrolithoz folyékony mangán -nitrát (Mn (NO ₃ ) ₂ ) pirolízissel szilárd félvezető mangán -dioxiddá (MnO ₂ ).

Az egyre kisebb szemcseméretű tantálporok fajlagos kapacitásának növelésével a tantálforgács -kondenzátorok építési térfogata jelentősen csökkent az elmúlt évtizedekben.

1954 -ben Preston Robinsonnak sikerült előállítania az első funkcionális tantál kondenzátort MnO ₂ elektrolitokkal a Sprague Electric Company -nál (ma: Vishay ) . Az új technológiát gyorsan kifejlesztették és olyan mértékben tökéletesítették, hogy nagyon hamar számos gyártó, Japánban és Európában is megkezdte a nagyüzemi gyártást.

A kilencvenes évek közepén a németországi HC Starck GmbH kifejlesztett egy új kémiai eljárást, amely lehetővé tette rendkívül kis szemcseméretű tantálpor előállítását. Ennek eredményeképpen 2015 -re a fajlagos porkapacitás tízszeres növekedése érhető el, vagyis a tantál kondenzátor kapacitása is körülbelül 10 -szeresére nőtt egy adott építési térfogatnál.

Napjainkban az SMD kialakítású tantálkondenzátorok szinte minden síkképernyős elektronikus eszközben megtalálhatók. Ezek adják a tantálkondenzátor -gyártás több mint 80% -át, ami a globális tantáligény mintegy 40% -a.

Niobium elektrolit kondenzátorok

Az első niobium elektrolit kondenzátorokat a tantál elektrolit kondenzátorok fejlesztésével párhuzamosan fejlesztették ki az 1960 -as években mind az USA -ban, mind az akkori Szovjetunióban. Ott, az alapfém jobb rendelkezésre állása miatt, átvették a helyet a katonai tantál -elektrolit kondenzátorok szinterezett anódokkal és mangán -dioxid elektrolitokkal nyugaton. Az Nb elektrolit kondenzátorok fejlesztésének fő nehézsége az oxigén nagy diffúziós sebessége a dielektromos Nb ₂ O ₅ rétegből a fém anódba, aminek következtében a niobium kondenzátorok hajlamosak voltak a magas és instabil maradékáramra. viselkedés, különösen magas hőmérsékleten. Ezért a fejlesztést az USA -ban ekkor nem folytatták.

Az ezredforduló táján tantálhiány volt, ami a niobium elektrolit kondenzátorok kifejlesztésének folytatásához vezetett, mivel a niobium mint alapanyag lényegesen gyakoribb, mint a tantál a földkéregben, és olcsóbb is.

A speciálisan előkészített Nb por- és folyamatbeállítások révén a nitrogén kondenzátorok előállítása során a két gyártónak, az Epcosnak és a Kemetnek sikerült stabil elektromos paraméterekkel rendelkező niobium elektrolit kondenzátorokat gyártani, tiszta fémként anódként.

A második megoldás az oxigén diffúziójának csökkentésére és a maradék áram stabilizálására az volt, hogy a tiszta fém helyett aniobiumként NbO niobium -oxidot használtunk. Ezt a megoldást az AVX gyártó fejlesztette ki, aki az NbO -t használja anódként niobium kondenzátoraihoz, OxiCap márkanévvel.

A niobium chip -kondenzátorok névleges feszültség- és hőmérsékleti tartománya, amely korlátozott a tantál -chip -kondenzátorokhoz képest, az elmúlt években korlátozott magas értékesítési elvárásokat támasztott, így jelenleg (2016) csak néhány gyártó maradt.

Polimer elektrolit kondenzátorok

Egyes elektrolitrendszerek vezetőképességi értékei

Az elektronikus áramkörök 1970 -es évek óta növekvő digitalizációja miatt az összes elektrolitkondenzátor fejlesztésének fő célja a méret csökkentése mellett a belső ohmos veszteségek, az ESR és a belső induktivitás csökkentése volt, mivel a kapcsolási frekvenciák egyre magasabbak lettek.

Az elektrolit vezetőképességének ezt a jelentős növekedését egy szerves vezető, a TCNQ töltésátviteli só ( tetracianokinodimetán ) érte el . Először 1973 -ban gyártotta A. Heeger és F. Wudl. Ezzel a TCNQ elektrolittal a vezetőképességet 10 -szeresére lehetett javítani a mangán -dioxid elektrolithoz képest. 1983-ban a Sanyo forgalomba hozta ezeket az "OS-CON" nevű alumínium kondenzátorokat.

Az Alan J. Heeger , Alan MacDiarmid és Hideki Shirakawa vezetőképes polimerek 1977 óta történő fejlesztésével további fejlesztések váltak lehetővé. Az olyan polimerek vezetőképessége, mint a polipirrol vagy a PEDOT, mint elektrolit az elektrolit kondenzátorokban 100-500 -szor jobb, mint a TCNQ, és közel van a fémek vezetőképességéhez.

A szilárd vezetőképes polipirrol polimer elektrolitot tartalmazó alumínium elektrolit kondenzátorokat 1988 -ban hozta ki a japán Nitsuko gyártó "APYCAP" megjelöléssel, mint vezetékes radiális alumínium elektrolit kondenzátorokat a vezető polimer polipirrollal . De csak 1991-ben, amikor a Panasonic gyártó az SP-Cap nevű polimer elektrolit kondenzátoraival jelent meg a piacon, elérte az áttörést. Röviddel ezután tantál elektrolit kondenzátorok polimer elektrolitokkal. 1993 -ban a NEC polipirrol elektrolitos SMD chipeket hozott forgalomba a "NeoCap" nevű tantál elektrolit kondenzátorokkal. 1997 -ben Sanyo követte a "POSCAP" tantál chipset.

Az elektrolit kondenzátorok vezetőképes polimerjeinek kifejlesztését 1990 körül elősegítette a Bayer AG leányvállalata, a HC Starck. Az újonnan kifejlesztett PEDOT polimer (poli-3,4-etilén-dioxi-tiofén, kereskedelmi név: Baytron) vezetőképessége akár 600 S / cm, ami lényegesen magasabb vezetőképesség, mint a polipirrol. 1999 -ben a Kemet bevezette a piacra a PEDOT elektrolitokat tartalmazó tantálforgácsot. Két évvel később a Kemet polimer-alumínium elektrolit kondenzátorokat is kínált PEDOT-al.

2010 végén az OS-CON kondenzátorok gyártóját, a Sanyot vette át a Panasonic. Az OS-CON-TCNQ elektrolit kondenzátorokat ezután az új tulajdonos megszüntette, és ugyanazon a néven kínálta, mint az "Új OS-CON polimer elektrolit kondenzátorok".

Az ezredforduló után olyan hibrid polimer kondenzátorokat fejlesztettek ki, amelyek a polimer elektrolit mellett folyékony elektrolitot is tartalmaznak. Ezzel a konstrukcióval a maradék áram csökkenthető.

Elektromos jellemzők

Egyenértékű kapcsolási rajz

Az elektromos tulajdonságokat, például a valódi kondenzátorok kapacitását, veszteségeit és induktivitását az IEC 60384-1 szabvány előírásai határozzák meg, amelyet Németországban DIN EN 60384-1-nek hívnak; Megjelent a VDE 0565-1, amelyet egy idealizált sorozat ekvivalens kapcsolási rajz segítségével ismertettek.

Egy elektrolitikus kondenzátor sorozat ekvivalens kapcsolási rajza

Itt vannak:

• ${\ displaystyle C}$, a kondenzátor kapacitása,
• ${\ displaystyle R_ {ESR}}$, az egyenértékű soros ellenállás vagy azzal egyenértékű soros ellenállás, összefoglalja az alkatrész összes ohmos veszteségét. Ezt a hatékony ellenállást általában csak "ESR" -nek ( Equivalent Series Resistance ) nevezik
• ${\ displaystyle L_ {ESL}}$, az egyenértékű sorozat induktivitása vagy a csere sorozat induktivitása, benne az alkatrész összes induktív része összefoglalva, általában csak "ESL" ( egyenértékű sorozat induktivitás L).
• ${\ displaystyle R _ {\ text {szivárgás}}}$, az ideális kondenzátorral párhuzamos ellenállás, amely az elektrolit kondenzátor maradék áramát (szivárgási áramát) jelenti.

Kapacitás és kapacitástűrés

Az elektrolit kondenzátorok szokásos kapacitásegysége " µF ".

Az elektrolit kondenzátor kapacitása a frekvenciától és a hőmérséklettől függ. 0 Hz frekvencián, azaz egyenfeszültség mellett az elektrolit kondenzátor töltési kapacitása megfelel a tárolt töltésnek . Ezt a kapacitást egyenáramú kapacitásnak nevezik. Az időméréssel egy RC elem töltési vagy kisütési görbéjét használják . Ez a mérési módszer időigényes és iparilag nem kivitelezhető. Ezért mérik az elektrolit kondenzátorok kapacitását egy kapacitásmérő hídban, amelynek váltakozó feszültsége ≤ 0,5 V és 100/120 Hz frekvencia 20 ° C szobahőmérsékleten. Az így mért kapacitásérték körülbelül 10-15% -kal alacsonyabb, mint a tárolt töltésnek megfelelő érték. A mérési gyakoriság tekintetében az elektrolit kondenzátorok különböznek a kerámia és műanyag fólia kondenzátoroktól , amelyek kapacitását 1 kHz -en mérik.

Míg a folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorok 0,5 V váltakozó feszültséggel mérhetők, addig a szilárd elektrolitokkal rendelkező Ta elektrolit kondenzátorokat pozitív egyenáramú előfeszítési feszültséggel kell mérni, amely megakadályozza a helytelen polaritást, lásd még a tantál -elektrolit kondenzátor # kapacitást és kapacitástűrést .

Az elektrolit kondenzátorok gyártójának kapacitási értékének adatlapjain megadott "névleges kapacitás C _R " ( névleges kapacitás C _R ), más néven "tervezési kapacitás". A DIN EN / IEC 60063 szerint van megadva az E sorozatnak megfelelő értékekben . Ezt a névleges értéket a DIN EN / IEC 60062 szerint határozták meg megengedett eltéréssel, a kapacitás -tűréssel, hogy ne forduljanak elő átfedések.

A tényleges mért kapacitási értéknek szobahőmérsékleten a tűréshatáron belül kell lennie.

Az elektrolit kondenzátorok kapacitástűrése meglehetősen nagy a többi kondenzátorcsaládhoz képest. Ez az Al -anód maratásának szóródásából vagy az alkalmazott porok szemcseméretének szóródásából és az azt követő szinterelésből ered. Mindazonáltal teljesen elegendő az elektrolitikus kondenzátorok túlnyomó részében a tápegységekben.

Névleges feszültség és kategóriafeszültség

1. ábra: Az U _R névleges feszültség és az U _C kategóriájú feszültség kapcsolata a T _R névleges hőmérsékleti tartományával és a T _C kategória hőmérsékleti tartományával .

Az elektrolitikus kondenzátorok dielektromos szilárdságát kifejezetten a kondenzátor kívánt névleges feszültségére lehet előállítani a dielektrikum anódos oxidációja (képződése) révén. Ezért még nagyon kis névleges feszültségek, mint pl B. 2,5 V, ami fólia vagy kerámia kondenzátorok esetén nem lehetséges. Az ilyen kis feszültségekre egyre nagyobb szükség van a modern integrált áramkörökben.

A megfelelő oxidréteg dielektromos szilárdsága csökken a hőmérséklet növekedésével. Ezért gyakran két feszültség van, különösen akkor, ha szilárd elektrolitokkal rendelkező elektrolitkondenzátorok vannak megadva, a "névleges feszültség U _R " ( névleges feszültség U _R ), amely a maximális egyenfeszültség -állandó bármely hőmérsékleten a T _R névleges hőmérséklettartományon belül ( névleges hőmérséklet T _R bemeneti jelek) megengedett, és a „kategória feszültség U _C ” ( Kategória feszültség U _C ), amely a maximális egyenfeszültség állandó bármely hőmérsékleten belüli hőmérséklet-tartományban a T _C ( Kategória hőmérséklet T _C felfekhet). Az 1. ábra ezt a kapcsolatot mutatja.

A kondenzátorra alkalmazott állandó egyenáramú feszültség és az egymásra helyezett váltakozó feszültség csúcsértéke összege nem haladhatja meg a kondenzátorra előírt feszültséget. A megadott feszültség túllépése tönkreteheti a kondenzátort.

A megadott névleges feszültségnél alacsonyabb feszültségű elektrolit kondenzátorok működése pozitív hatással van a várható meghibásodási arányra.

Névleges hőmérséklet és kategória hőmérséklet

A névleges hőmérsékleti tartomány T _R és az U _R névleges feszültség , valamint a kiterjesztett kategória T _C és a csökkentett kategóriájú U _C feszültség közötti összefüggést az 1. ábra magyarázza.

Csúcsfeszültség

Biztonsági okokból az elektrolit kondenzátorokat a névleges feszültségnél magasabb feszültséggel alakítják ki. Ezért ezek működése közben rövid ideig egy korlátozott számú ciklus úgynevezett csúcs feszültség U _S ( Impulzus feszültség U _S vannak kitéve). A csúcsfeszültség az a maximális feszültségérték, amelyet a kondenzátorok teljes működése során 1 kΩ vagy RC = 0,1 s védőellenálláson keresztül alkalmaznak 1000 ciklus gyakorisággal, 30 másodperces várakozási idővel és 5 perces szünetekkel. 30 másodpercig látható sérülés vagy 15%-ot meghaladó kapacitásváltozás nélkül.

A megengedett csúcsfeszültséget a DIN / EN IEC 60384-1 szabvány határozza meg. A 315 V -ig terjedő alumínium elektrolit kondenzátorok esetében ez 1,15 -szörös, a> 315 V -os alumínium elektrolit kondenzátoroknál a névleges feszültség 1,1 -szerese. Szilárd elektrolitokkal rendelkező Ta és Nb kondenzátorok esetén a csúcsfeszültség a névleges feszültség 1,3 -szorosa. A szilárd elektrolitokkal rendelkező elektrolit kondenzátorok esetében azonban a csúcsfeszültség megnövekedett meghibásodási arányhoz vezethet.

Tranziensek

A tranziensek gyorsak, többnyire alacsony energiájú túlfeszültség-csúcsok. Folyékony elektrolitokkal rendelkező elektrolit kondenzátorokban (Al elektrolit kondenzátorok) az ion töltőhordozók korlátozott mobilitása azt jelenti, hogy a meredek feszültség élek csillapodnak. Ezeknek az elektrolit kondenzátoroknak a tranziensekkel szembeni viselkedése hasonló a Zener diódák viselkedéséhez, és csökkenti a feszültségcsúcsokat. Ez a viselkedés csak kis energiájú tranziensekre vonatkozik, és a kondenzátor méretétől függ. Erre általános specifikáció nem adható.

A hibrid polimer alumínium elektrolit kondenzátorok, mint a folyékony elektrolitokat tartalmazó elektrolit kondenzátorok, viszonylag érzéketlenek a tranziensekre.

A szilárd elektrolitokkal rendelkező elektrolit kondenzátorok általában érzékenyek a túlfeszültségekre és tranziensekre, mivel a szilárd elektrolit, mint elektronvezető, késedelem nélkül továbbítja az elektromos változásokat. Ezek a gyors túlfeszültség -csúcsok ezért változásokat okozhatnak a dielektrikum oxidjában a tantál vagy niobium elektrolit kondenzátorokban szilárd elektrolitokkal. Az oxid változásai bizonyos körülmények között közvetlenül rövidzárlathoz vezethetnek.

Polaritás megfordítása (fordított polaritás)

Az alumínium és tantál- vagy niobium anóddal ellátott elektrolit kondenzátorok általában polarizált kondenzátorok, amelyek anódját pozitív feszültséggel kell működtetni a katódhoz képest. Megkülönböztethető azonban a katódfóliával felépített, folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolitok, valamint a szilárd elektrolitokkal működő tantál és niobium elektrolitok között.

A folyékony elektrolitokkal rendelkező Al -elektrolit kondenzátorokat katódfóliával tervezték az elektrolit tápellátásaként. Ez a katódfólia vékony oxidréteggel is rendelkezik, amelynek dielektromos szilárdsága körülbelül 0,6 V magasabb hőmérsékleten és 1,5 V szobahőmérsékleten. Ezért az Al elektrolit kondenzátorok viszonylag érzéketlenek a rövid távú és nagyon kis polaritású megfordító feszültségekre. Ezt a tulajdonságot azonban nem szabad állandó terhelésre használni, kis váltakozó feszültséggel. Az 1,5 V feletti polaritásváltó feszültségek tönkretehetik az alumínium elektrolit kondenzátorokat.

Ha polaritásváltó feszültséget alkalmaznak egy szilárd elektrolitot tartalmazó elektrolitkondenzátorra, akkor a típusfüggő küszöbértékből áram folyni kezd. Ez az áram kezdetben olyan helyi területeken folyik, ahol szennyeződés, oxidtörések vagy hibák vannak. Bár az áramok nagyon kicsik, ez helyi hőterhelést hoz létre, amely elpusztíthatja az oxidréteget. Ha a Ta vagy Nb elektrolit kondenzátoron a polaritásváltás vagy a polaritásváltó feszültség hosszabb, mint a típusfüggő küszöbérték, ez elkerülhetetlenül rövidzárlathoz és így a kondenzátor tönkremeneteléhez vezet.

A felszerelés során a helytelen polaritás kockázatának minimalizálása érdekében minden elektrolitkondenzátort polaritási jelzéssel látnak el, lásd a polaritási jelöléseket .

A helytelen polaritás kivételével figyelembe kell venni a bipoláris elektrolit kondenzátorokat, amelyek két ellentétesen összekapcsolt anóddal készülnek.

Z impedancia és egyenértékű soros ellenállás ESR

Egy magasabb frekvenciájú kondenzátor egyenértékű kapcsolási rajza (fent); A kapcsolódó impedancia és a δ veszteségi szög vektor diagramként való ábrázolása a komplex síkban (lent)

Az impedancia és az ESR tipikus frekvenciagörbéje alumínium elektrolit kondenzátorban

Az Ohm -törvényhez hasonlóan , ahol az U _{DC egyenfeszültség} és az I _{DC egyenáram} hányadosa egyenlő R ellenállással , az U _AC váltakozó feszültség és az I _AC váltakozó áram hányadosa :

${\ displaystyle Z = {\ frac {U_ {AC}} {I_ {AC}}}}$

Váltóáram ellenállás vagy impedancia . Ez a kondenzátor komplex impedanciájának mértéke a kiválasztott mérési frekvencián. (A kondenzátorok adatlapjai, csak az impedancia, tehát az impedancia mértéke (az impedancia ) meghatározott). ${\ displaystyle Z}$ ${\ displaystyle Z \ = | {\ aláhúzás {Z}} |}$

Ha a kondenzátor soros helyettesítő értékei ismertek, akkor az impedancia ezen értékek segítségével is kiszámítható. Ez akkor az összeg a geometriai (komplex) hozzáadásával a valós és reaktív ellenállások, vagyis a ekvivalens soros ellenállás ESR ( Equivalent Series Resistance ) és az induktív reaktancia X _L a ekvivalens soros induktivitást ESL ( Equivalent Series induktivitás L) mínusz a kapacitív reaktancia X _C .

A két reaktanciákat van következő összefüggéseket a körfrekvencia ω :

${\ displaystyle X_ {L} = \ omega \ mathrm {ESL}, \ qquad X_ {C} = - {\ frac {1} {\ omega C}}}$

ami az alábbi egyenletet eredményezi az impedancia szempontjából : ${\ displaystyle Z}$

${\ displaystyle Z = {\ sqrt {{\ text {ESR}} ^ {2} + (X_ {L} + X_ {C}) ^ {2}}}}$

(Az alkalmazott előjel -levezetés levezetését lásd az Impedancia alatt ).

A rezonancia különleges esetben, amelyben a kapacitív és az induktív reaktancia egyenlő ( X _C = X _L ), a Z impedancia egyenlő a kondenzátor ESR -jével, azzal az értékkel, amelyben a kondenzátor összes ohmos vesztesége együtt jár.

Néhány, különösen a régebbi, tantál- és alumínium elektrolit kondenzátorokra vonatkozó adatlapon a tan δ veszteségtényező van megadva az ESR helyett . Az alábbi képlettel ISR -vé alakítható át :

${\ displaystyle ESR = {\ frac {\ tan \ delta} {\ omega C}}}$

Meg kell jegyezni, hogy a kapacitás erős frekvenciafüggése miatt az ESR átalakítása a tan δ -ból csak arra a frekvenciára vonatkozik, amelyen a veszteségi tényezőt mérték.

Az elektrolit kondenzátorok általános impedanciája / ESR viselkedése

Az elektrolitikus kondenzátorok különlegessége a viszonylag magas kapacitás, kis építési térfogattal, ami ezzel a technológiával elérhető. Ezért az elektrolit kondenzátorok különösen alkalmasak az 50/60 Hz -től néhány MHz -ig terjedő alacsonyabb frekvenciatartományú szétkapcsolásra és szűrőáramkörök leválasztására . Ezért főként az elektronikus áramkörök tápegységeiben találhatók .

A Z impedancia az elektrolit kondenzátorok adatlapjain van megadva, mint fázisszög nélküli impedancia. A DIN / EN IEC 60384-1 által előírt impedancia mérési frekvenciája 100 kHz. A 100 kHz -en mért impedancia érték általában megfelel a 100 kHz ESR értéknek.

• Az impedancia és az ESR tipikus görbéi a különböző kapacitásértékekkel (balra) és különböző technológiákkal (jobb oldalon) rendelkező elektrolitkondenzátorokkal
• 

  Az Al-Elkos és az Al-Polymer-Elkos impedanciájának és ESR-jének tipikus görbéi különböző kapacitásértékekkel

• 

  100 µF elektrolit kondenzátorok tipikus impedancia görbéi különböző elektrolitokkal összehasonlítva egy 100 µF kerámia 2. osztályú MLCC kondenzátorral.

Az ESR tipikus lefolyása a hőmérséklettől függően szilárd elektrolitokkal rendelkező elektrolit kondenzátorok esetén (hibrid Al, Al és Ta polimer elektrolit kondenzátorok)! és folyékony elektrolit (Al-Elkos) !

Az elektrolit kondenzátorok impedanciája vagy ESR -je az anyagtól és a kondenzátor szerkezetétől függ. Szerkezetük miatt a tekercselt kondenzátorok nagyobb induktivitással rendelkeznek, mint a rétegelt elektródákkal rendelkező kondenzátorok. Az elektrolit kondenzátor nagy fajlagos kapacitása, amely maratott Al fóliák vagy nagyon finom szemcsés Ta és Nb porok nagyon nagy érdességével érhető el, magasabb ESR-rel rendelkezik, mint a vékonyabb áramvonalak miatt alacsonyabb fajlagos kapacitású kondenzátorok. anód. Különösen az ESR -t befolyásolja a felhasznált elektrolit. Nagy különbségek vannak a folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorok és a szilárd MnO ₂ vagy polimer elektrolit elektrolit kondenzátorok között . A speciális kialakítások, például a többanódos technológia vagy a lefelé néző technológia szintén befolyásolják a speciális elektrolit kondenzátorok impedanciáját / ESR viselkedését.

Az impedancia és az ESR frekvencia- és hőmérsékletfüggő. Általában ezek az értékek csökkennek a gyakoriság és a hőmérséklet növekedésével. A folyékony elektrolitokkal rendelkező elektrolit kondenzátorok Z / ESR értéke alacsony hőmérsékleten (-40 ° C) nagyjából 10 -szer magasabb, mint szobahőmérsékleten. A szilárd elektrolitokkal rendelkező kondenzátorok lényegesen alacsonyabb hőmérsékleti függőséggel rendelkeznek, körülbelül 2 -es tényezővel és szinte lineáris ESR -görbével a megadott hőmérsékleti tartományban.

Jelenlegi teherbírás

Hullámzó áram

A kiegyenlített váltakozó feszültség töltési és kisütési folyamatokat okoz a downstream simító kondenzátorban, amelyek "hullámzó áramként" I ² · ESR -en keresztül felmelegítik a kondenzátort.

A váltakozó feszültség, amelyet az egyenfeszültségre helyeznek és kondenzátorra helyeznek, töltési és kisütési folyamatokat okoz benne. Ez azt eredményezi, egy váltakozó áram, a hullámosság aktuális I _R ( áram- ) nevezzük. RMS - ként áramlik a kondenzátor ESR-jén, és frekvenciafüggő elektromos veszteségek P _{V el} eredmény

${\ displaystyle P_ {Vel} = I_ {R} ^ {2} \ cdot \ ESR}$

amelyek belülről kifelé felmelegítik és a hőmérséklet emelkedéséhez vezetnek. Ezt a belsőleg előállított hőmérsékletet bármely más hőforrással hozzáadják a kondenzátor üzemi hőmérsékletéhez, amely ezután a ΔT értékkel tér el a környezeti hőmérséklettől.

Ez a hőmérséklet-különbség AT disszipálódik hőteljesítmény veszteség P _{V th} keresztül hővezető , sugárzással és konvekciós keresztül a felület egy , a hőátadó ellenállása β a kondenzátor a környezetbe.

${\ displaystyle P_ {Vth} = \ Delta T \ cdot A \ cdot \ beta}$

Ha a P _{V el} elektromos veszteség és a P _{V th} hőteljesítmény veszteség termikus egyensúlyban van, akkor a kondenzátor és a környezet közötti hőmérsékletkülönbséget a következőkből kell kiszámítani:

ΔT = I _R ² * ESR / A * β

Az elektrolit kondenzátorok hullámzási áramának adatlapjának értéke szinuszos effektív értékként van megadva 100/120 Hz vagy 100 kHz frekvencián a kondenzátor típusfüggő ΔT hőmérsékletnövekedéséhez képest a környezethez képest a felső névleges hőmérsékleten. Ezért a más frekvenciájú, nem szinuszos működési áramokat hatásos értékként kell mérni vagy kiszámítani. A sorozat-specifikus konverziós táblázatokat számos gyártó biztosítja.

Folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorokban a hullámzó áram által keltett hő a kondenzátorokat kiszáradásra kényszeríti, és ezáltal befolyásolja a kondenzátorok élettartamát.

A hullámzás által okozott hevítés a polimer degenerációján keresztül a polimer elektrolit kondenzátorok élettartamát is befolyásolja.

Az MnO ₂ elektrolitokkal rendelkező tantál és niobium elektrolit kondenzátorok esetében a hullámzás okozta hevítés befolyásolja a kondenzátorok megbízhatóságát.

A megadott hullámzó áram túllépése a kondenzátor tönkremeneteléhez (robbanás, tűz) vezethet.

Töltés, kisülés, bekapcsolási áram

Az iontöltő hordozók korlátozott mobilitása miatt a folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorok viszonylag érzéketlenek a nagy áramcsúcsokra ( áramlökésre ) a töltési vagy kisütési folyamatok során. A nagy bekapcsolási áramok ( bekapcsolási áram ) általában nem okoznak meghibásodást. Ha azonban ezeket az áramokat terheljük, a megadott maximális hullámosságot nem szabad túllépni.

A szilárd elektrolitokkal rendelkező tantál és niobium elektrolit kondenzátorok általában érzékenyek a nagy áramcsúcsokra vagy a nagy bekapcsolási áramokra. Mivel a szilárd elektrolit, mint elektronvezető, késedelem nélkül továbbítja az elektromos változásokat a di / dt meredek áramfelülettel , a dielektrikumban gyors térerősség -változások vannak. A hibák, a legapróbb mechanikai sérülések vagy szennyeződések a dielektrikumban gyorsabban felmelegszenek, mint a dielektrikum többi része, gyors elektromos térbeli változásokkal. Ennek eredményeként az oxid szerkezet szelektíven megváltozhat amorfból kristályos szerkezetbe. Ezt a folyamatot "mezei kristályosodásnak" nevezik, amely bizonyos körülmények között közvetlenül rövidzárlathoz vezethet. A tantálnak, niobiumnak és a tantál polimer elektrolit kondenzátoroknak ezért meg kell felelniük a meghatározott alkalmazási szabályoknak, pl. B. feszültségcsökkentéssel vagy áramkorlátozással működtethető.

Maradékáram

Az elektrolit kondenzátorok bekapcsolási viselkedése: maradék áram idővel az elektrolit függvényében${\ displaystyle I _ {\ text {szivárgás}}}$${\ displaystyle t}$

folyékony, vízbázisú

folyékony, szerves

szilárd, polimer

Az elektrolit kondenzátorok különlegessége az úgynevezett szivárgási áram , amelyet korábban szivárgási áramnak is neveztek . Az elektrolitikus kondenzátor maradék árama az egyenáram , amely a megfelelő polaritású egyenfeszültség alkalmazása esetén átáramlik rajta. A maradékáram tartalmazza az összes nem kívánt egyenáramot, amelyet a dielektrikum szennyeződése és mechanikai sérülése okoz, és amely áthaladhat a dielektrikán. A maradékáram kapacitás, feszültség, hőmérséklet és időfüggő, és függ a kondenzátor előzményeitől, pl. B. forrasztásból. Folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorok esetében ez az előző tárolási időtől és az elektrolit oxid réteggel való kémiai kompatibilitásától is függ.

A maradék áram által megadott érték szorzatából a névleges kapacitás értéke C _R és a névleges feszültség U _R , amelyhez egy kis rögzített érték gyakran hozzá, például:

${\ displaystyle I _ {\ mathrm {leak}} = 0 {,} 01 \, \ mathrm {\ frac {A} {V \ cdot F}} \ cdot U _ {\ mathrm {R}} \ cdot C _ {\ mathrm {R}} +3 \, \ mathrm {\ mu A}}$

Ezt az értéket, amelyet szobahőmérsékleten a névleges feszültséggel mértek, az előírt mérési idő, például 2 perc elteltével be kell tartani.

A különböző típusú elektrolit kondenzátorok maradékáram -értékei jelentősen eltérnek egymástól. A szilárd elektrolitokkal rendelkező kondenzátorok nagyon gyors maradványáram -bomlási görbével rendelkeznek, de azután az elért szinten maradnak. A folyékony elektrolitokkal rendelkező kondenzátorok is állandó reformálási folyamatok (öngyógyítás) révén elérhetik vagy akár alá is eshetnek.

A folyékony elektrolitot tartalmazó elektrolit kondenzátorok maradékárama működés közben egyre alacsonyabb lesz, az öngyógyító hatások miatt, minél hosszabb ideig vannak csatlakoztatva a kondenzátorok a feszültséghez. Szilárd elektrolitokkal rendelkező Ta és niobium elektrolit kondenzátorok esetében az oxid szelektív öngyógyulása idővel a maradékáram enyhe növekedéséhez vezethet.

Bár a mai elektrolit kondenzátorok maradványáram -értékei meglehetősen kicsik, a műanyag fólia vagy kerámia kondenzátorok szigetelési ellenállása révén lényegesen meghaladják az áramokat. Ezért az elektrolit kondenzátorok nem alkalmasak olyan áramkörökhöz, mint pl B. mintavétel és tartás áramkörök , pontos időmérések vagy nagy ellenállású feszültségforrások stabilizálása.

Dielektromos elnyelés (újratöltési hatás)

A dielektromos abszorpció ( latin elnyelő "aspirál, elnyel") egy nem vezető dielektromos tulajdonságait írja le a frekvencia függvényében . Az elektrolit kondenzátorok, a hatás felelős egyrészt a dielektromos veszteség az AC feszültség működés és másrészt a növekedés a maradék áramot, ha az elektrolit kondenzátor van kapcsolva, és az esemény a feszültség a kondenzátor után az elektrolit kondenzátor ki van kapcsolva és lemerült . Ezt a hatást újratöltési effektusnak is nevezik .

A feszültség, amely az elektrolit kondenzátorok csatlakozásainál a dielektromos ellazulás miatt a kikapcsolás és kisütés után keletkezhet, meglehetősen magas értékeket érhet el, lásd a táblázatot

Az elektrolit kondenzátorok viszonylag nagy értékűek, dielektromos elnyelésük körülbelül 10-15%. Bizonyos körülmények között ez viszonylag nagy feszültséghez (akár néhány tíz volt) is vezethet, ami veszélyt jelenthet: Ez károsíthatja a félvezetőket, vagy szikrákat okozhat a kapcsolatok rövidzárlatakor. Ez a hatás azonban meglehetősen nemkívánatos a mérőkörökben is, mivel helytelen mérési eredményekhez vezet. A nagyobb alumínium elektrolit kondenzátorokat ezért általában rövidzárlatos kapcsokkal szállítják vagy szállítják a csatlakozásokon.

Megjegyzések a működéshez

megbízhatóság

Az alkatrész megbízhatósága egy olyan tulajdonság, amely jelzi, hogy ez az alkatrész milyen megbízhatóan ( meghibásodási arány ) fogja betölteni a funkcióját egy időintervallumban ( élettartam ). Sztochasztikus folyamatnak van alávetve, és minőségileg és mennyiségileg is leírható; ez közvetlenül nem mérhető.

Hibaeloszlás (kád görbe)

Az úgynevezett fürdőkádgörbe , a viselkedése az idő hibák egy köteg hasonló komponensek három területre osztható. Csak az állandó meghibásodási arány tartománya, amelyben csak véletlen meghibásodások fordulnak elő, határozza meg a λ hibaarányt . Ez a tartomány megfelel a folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorok számított "élettartamának".

A meghibásodások időbeli viselkedését egy hasonló komponens-tételben úgynevezett kádgörbén mutatjuk be , amelynek három területe van: 1) a korai meghibásodások területe, 2) az állandó meghibásodási terület (véletlenszerű meghibásodások) területe és 3 ) a kopási hibák (változási hibák) területe. Minden elektrolit kondenzátor esetében a korai meghibásodásokat a gyártó többnyire megszünteti az alakítás során. Az állandó meghibásodási arány területén csak "véletlenszerű meghibásodások" fordulnak elő. Ez a tartomány a λ meghibásodási arány megadására vonatkozik . A tartomány akkor ér véget, ha kopási hibák fordulnak elő (változási hibák). Ennek eredményeként a 2) terület, a véletlenszerű meghibásodások területe megfelel a folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorok vagy a polimer elektrolit kondenzátorok számított élettartamának. Mivel az MnO ₂ elektrolitokat tartalmazó tantál -elektrolit kondenzátorokban nem fordulnak elő kopási hibák, a 3) terület e kondenzátorok szempontjából lényegtelen.

Hibázási ráta

A meghibásodási arány egy statisztikai érték az összetevők valószínű funkcionalitásáról egy időintervallumban. Ezt közvetlenül nem lehet mérni, és az elektrolit kondenzátorok esetében határozzák meg a gyártást kísérő tartóssági teszt meghibásodásaival , amelyben az alkatrészeket az alkalmazott névleges feszültséggel tesztelik a felső névleges hőmérsékleten. Mind a teljes meghibásodásokat ( rövidzárlat , megszakítás), mind a változási hibákat (a jellemző értékhatárok túllépése) meghibásodásnak minősítik .

A λ meghibásodási arányt úgy kapjuk meg, hogy a felmerült C hibákat elosztjuk az n vizsgálati objektumok számával, megszorozva a t vizsgálati idővel :

${\ displaystyle {\ text {Hibaarány}} \ \ lambda = {\ frac {C} {n \ cdot t}}}$

Azt jelzi, hogy átlagosan hány kondenzátor fog meghibásodni egy időegység alatt, és 1 / idő, azaz meghibásodás időegységenként. Statisztikai értékként a meghibásodási aránynak még mindig van egy megbízhatósági szintje ( konfidencia intervallum , megbízhatósági szint ), általában 95%. Ha a meghibásodási arány állandó, akkor a meghibásodási arány kölcsönös értéke az átlagos üzemidő a meghibásodásig MTTF ( Mean Time To Failure ), és kiszámítja a túlélési valószínűséget a kívánt eszköz élettartamra, más érintett összetevőkkel együtt.

A λ meghibásodási arány függ a hőmérséklettől, az alkalmazott feszültségtől, a különböző környezeti hatásoktól, például a páratartalomtól, az ütődéstől vagy a rezgéstől, valamint a kondenzátor kapacitásától és adott esetben az áramkör soros ellenállásától. Emiatt a folyamatos feszültségvizsgálatok során meghatározott meghibásodási arányt meghatározott referenciafeltételekké alakítják át. Ennek két definíciója van. Szilárd elektrolitokkal rendelkező elektrolit kondenzátorok esetében a MIL-HDBK-217F szerinti, λ _{ref (MIL)} referencia-meghibásodási arány nemzetközileg ismert és széles körben elterjedt definícióját használják. Ez a szabályrendszer meghatározza a referencia -hibaarányt is

• Hibaarány λ _{ref (MIL)} "n% meghibásodás esetén 1000 óránként 85 ° C -on és U = U _R ", valamint 0,1 Ω / V soros ellenállással

Ez a szabvány a katonai szektorból származik, de más ipari ágazatokban is használják.

A referencia meghibásodási arány második definíciója az IEC [DIN EN] 61709 szabvány szerint van szabványosítva , és főként az európai ipari területeken használják. Itt a referencia hibaarányt λ _{ref (FIT)} használják az FIT ( Failure In Time ) egységgel .

• Hibaarány λ _{ref (FIT)} „n hiba 10 ¹⁰  óránként 40 ° C -on és U = 0,5 vagy 0,8 U _R ”.

A számértékek összehasonlításához a megfelelő referencia-meghibásodási arányokat úgynevezett gyorsulási tényezők segítségével kell az egyes üzemi feltételekhez alakítani. Vannak különböző modellek is, mint például a MIL-HDBK-217 F vagy a Bellcore / Telcordia. Az elektrolit kondenzátorgyártók saját számítási modelljeiket is megadják, pl. B. Vishay és Kemet.

Megjegyzés: A λ _{ref (MIL)} = 0,1% / 1000 h meghibásodási arány nagyjából úgy becsülhető meg, hogy λ _{ref (FIT)} = 1 · 10 ⁻⁹ / h = 1 FIT.

A kereskedelmi forgalomban kapható tantál kondenzátorok váltak a nagyon magas katonai "C" elért standard termékek (kereskedelmi off-the-shelf (COTS)) szinten, ami 0,01% / 1000h 85 ° C-on, és az U _R . Ezt a MIL HDKB 217F 0,02 FIT szerinti gyorsítási tényezőkkel alakítják át 40 ° C -on és 0,5 U _R -en egy 100 µF / 25 V -os, 0,1 Ω soros ellenállású tantál chipes kondenzátorhoz.

A 6,3 és 160 V névleges feszültségű alumínium elektrolit kondenzátorok közzétett meghibásodási arányai 1 és 20 FIT közötti tartományban, a> 160 és 550 V névleges feszültségű elektrolit kondenzátorok meghibásodási aránya pedig 20 és 200 FIT között van 40 ° C-on és U. = 0,5 és 0,8 U _R .

Annak érdekében, hogy ezeket az amúgy is nagyon alacsony meghibásodási arányokat meghatározhassuk a gyártást kísérő folyamatos feszültségvizsgálatok során, több milliárd alkatrész -tesztórára van szükség. Ez nagy mennyiségű személyzetet és jelentős finanszírozást igényel. Még kisebb számértékek sem érhetők el tesztek segítségével. Ezért gyakran emlegetik a meghibásodási arányokat, amelyek az ügyfelek visszajelzéseiből származnak. Ezek a "terepi meghibásodási arányok" általában lényegesen alacsonyabbak, mint a tesztekben meghatározott meghibásodási arányok. 0,5 és 20 FIT között vannak.

A meghibásodási arányokat az eszköz túlélési valószínűségének kiszámítására használják más érintett összetevőkkel együtt. Például egy villogó lámpa a következőkből áll

• 20 ellenállás: 20 x 0,1 FIT
• 3 tranzisztor: 3 x 1 FIT
• 2 elektrolit kondenzátor: 2 x 0,5 FIT
• 1 akkumulátor: 200 FIT.

A teljes meghibásodási arány az összes meghibásodási arány összege és így 206 FIT. A készülék átlagos üzemideje 554 év, feltéve, hogy rendszeresen cseréli az akkumulátort. De az elektrolit kondenzátorok határideje a kiszáradás miatti állandó meghibásodási tartományban van. Ezután kopási hibák lépnek fel, a sorozattól és az üzemeltetési körülményektől függően valószínűleg néhány évtized múlva kezdődnek, és így jelentősen korábban kezdődnek, mint 554 év után. Ez a példa világosan mutatja, hogy az eszköz átlagos üzemideje a meghibásodási arányokkal számítva soha nem lehet hosszabb, mint az alkalmazott alumínium vagy polimer elektrolit kondenzátorok számított élettartama.

élettartam

Az "élettartam" kifejezést az elektronikus alkatrészekkel kapcsolatban akkor használjuk, ha az alkatrészek fizikai vagy kémiai változásokat tapasztalnak működés közben, ami az elektromos paraméterek megváltozásához és kopási hibákhoz vezet. Ez vonatkozik többek között a folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorokra és a polimer elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorokra. Ezek a kondenzátorok az öregedés jeleit mutatják, amelyek hőmérsékletfüggőek, és bizonyos esetekben feszültségfüggők is. Az úgynevezett „nedves” elektrolit kondenzátorokkal az elektrolit idővel elpárolog, míg a polimer elektrolit kondenzátorok a polimer termikus lebomlását okozzák. Ezzel összefüggésben mindkét típusú kondenzátor elektromos jellemzői idővel változnak, ami végső soron változási hibákhoz vezet, és a kondenzátorok funkcionalitása csak korlátozott mértékben áll rendelkezésre. A változási meghibásodásokig eltelt idő ezen kondenzátorok "élettartama" vagy " hasznos élettartama " ( hasznos élettartam, terhelési élettartam, élettartam ).

A változási hibák akkor fordulnak elő, amikor az elektromos paraméterek meghatározott változási határait túllépik. Ez a kapacitás több mint 30% -os csökkenése alumínium elektrolit kondenzátoroknál vagy 20% -os polimer elektrolit kondenzátoroknál, és az ESR vagy a veszteségi tényező több mint 3 -szoros növekedése alumínium elektrolit kondenzátoroknál vagy 2 faktor a polimer elektrolit kondenzátoroknál a megfelelő kezdeti értékre. A véletlen meghibásodások, többnyire teljes meghibásodások, az élettartam során többnyire elhanyagolhatók. Ha a hibák bizonyos százaléka egy kötegben meghaladja a megadott módosítási határértékeket, akkor elérte az élettartam végét. Ez az állandó véletlen meghibásodási arány tartományának a vége is. Ez az élettartam, amelyet a jellemző értékek megváltoztatása korlátoz, bizonyos körülmények között rövidebb lehet, mint az MTTF által meghatározott átlagos üzemidő, amíg véletlen meghibásodás nem következik be.

2. ábra: A folyékony elektrolitokkal rendelkező elektrolitkondenzátorok elektromos jellemzői élettartamuk során meghatározott határokon belül változhatnak

Az elektrolit kondenzátorok élettartamát a gyártást kísérő időzített tartóssági vizsgálatok határozzák meg , a névleges feszültséget a felső névleges hőmérsékleten. Általában a kapacitás és a maradékáram idővel csökken, miközben az egyenértékű soros ellenállás ESR és az impedancia nő.

A 2. ábra a folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorok jellemző értékeinek változásait mutatja az elektrolit elpárolgása miatt egy tesztelt tételben egy 2000 órás folyamatos feszültségvizsgálat során 105 ° C -on. A tétel értékeinek a vizsgálat végén történő eloszlása ​​miatt külön -külön eltérő szárítási sebesség is jól látható.

A folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorok esetében a párolgás és kémiai bomlás által korlátozott élettartamot jelentősen befolyásolhatja a kialakítás (tömítés, elektrolit típusa, az anyagok tisztasága). A polimer elektrolit kondenzátorok esetében a burkolat a várható élettartamot is befolyásolja, megakadályozva a nedvesség hatását.

Az alumínium elektrolit kondenzátorok élettartamának specifikációját úgy határozzák meg, hogy egyesítik a vizsgálati időt órákban és a vizsgálati hőmérsékletet, pl. B. "5000 h / 85 ° C", "2000 h / 105 ° C" vagy "1000 h / 125 ° C". Ez a specifikáció meghatározza a kondenzátorok minimális élettartamát, amelyet valószínűleg elérnek a folyamatosan uralkodó maximális hőmérséklet és az alkalmazott névleges feszültség mellett. Ez a specifikáció azt is tartalmazza, hogy a kondenzátorok terhelhetők a névleges hullámossági áramértékkel. A kondenzátor 3–10 K -os felmelegedését, a sorozattól függően, amelyet a hőveszteségek okozta hullámzás okoz  , a gyártó rendszerint biztonsági tartalékok segítségével veszi figyelembe a folyamatos feszültségvizsgálatok eredményeinek értelmezésekor. A ténylegesen áramló hullámú árammal végzett vizsgálat egyetlen gyártó számára sem megfizethető.

Folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorok esetén az elektrolit párolgási sebessége a hőmérséklettől és az alkalmazott feszültségtől függ. Az élettartam ezért hőmérséklet- és feszültségfüggő. A kondenzátorok alacsonyabb hőmérsékleten és feszültségen történő üzemeltetése, mint a tesztkörülmények, a kondenzátorok hosszabb élettartamát eredményezi. Ennek az élettartam-meghosszabbításnak a becslése a folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorokhoz általában világszerte számos gyártó adatlapján található, az úgynevezett 10 fokos szabályt alkalmazva ( Arrhenius szabály , RGT szabály ):

${\ displaystyle L_ {x} = L _ {\ text {Spec}} \ cdot 2 ^ {\ frac {T_ {0} -T_ {A}} {10}}}$

• L _x = kiszámítandó élettartam
• L _Spec = Meghatározott élettartam (hasznos élettartam, terhelési élettartam, élettartam)
• T ₀ = felső határhőmérséklet (° C)
• T _A = környezeti hőmérséklet (° C),

Ennek a képletnek a segítségével, amely megduplázza az élettartamot 10 K hőmérsékletcsökkenésenként, a kondenzátorok üzemideje nagyjából megbecsülhető bármilyen üzemi hőmérsékleten, ezáltal a feszültségterhelés hatását nem veszik figyelembe. E képlet szerint a csak 45 ° C -on működő 2000 h / 105 ° C elektrolit kondenzátorok töltésének várható élettartama 128 000 óra vagy körülbelül 15 év. Ha az üzemi hőmérséklet 65 ° C -ra emelkedik, és ugyanazt az élettartamot kell elérni, akkor más sorozatú, 8000 h / 105 ° C vagy 2000 h / 125 ° C specifikációjú elektrolit kondenzátorokat kell használni .

A 10 fokos szabály csak akkor érvényes, ha azt a megfelelő kondenzátorgyártó megerősíti, mert egyes gyártók különböző élettartam-számítási képleteket, néha különböző képleteket adnak meg a különböző sorozatokhoz, vagy különböző élettartam-diagramokat, amelyekből az Elko élettartama leolvasható különböző terhelések. Mindezen élettartam " számítások " során azonban meg kell jegyezni, hogy a számítás csak egy " becsült értéket " eredményez, amely valójában mindig csak az azonos kondenzátorok egy sorozatának várható élettartamának minimális értéke típus.

A „nedves” alumínium elektrolit kondenzátorokhoz hasonlóan van egy képlet az alumínium polimer elektrolit kondenzátorokra is, amelyek nagyjából kiszámítják a várható élettartamot más üzemi körülmények között. Az átváltás általában 20 fokos szabály szerint történik:

${\ displaystyle L_ {x} = L _ {\ text {Spec}} \ cdot 10 ^ {\ frac {T_ {0} -T_ {A}} {20}}}$

• L _x = kiszámítandó élettartam
• L _Spec = Meghatározott élettartam (hasznos élettartam, terhelési élettartam, élettartam)
• T ₀ = felső határhőmérséklet (° C)
• T _A = környezeti hőmérséklet (° C), az elektrolit kondenzátor jobb hőmérséklete

Ezt a képletet használják a 2000 h / 105 ° C -os polimer elektrolit kondenzátor elméletileg várható élettartamának kiszámítására, amelyet 65 ° C -on 200 000 órával vagy valamivel több mint 20 évvel működnek, ami lényegesen hosszabb, mint a "nedves" elektrolitikus kondenzátorok.

A 20 fokos szabály nem vonatkozik a hibrid polimer Al elektrolit kondenzátorokra, amelyek folyékony elektrolitot is tartalmaznak. Ezen hibrid elektrolit kondenzátorok várható élettartama a fent említett 10 fokos szabály alkalmazásával számítható ki.

Miután az Al-elektrolit kondenzátorok vagy polimer elektrolit kondenzátorok kötegeiben változási hibák fordulnak elő, nincs közvetlen veszély az áramkörre. Az elektrolit kondenzátorok gyártásának mai nagyfokú tisztasága mellett nem várható rövidzárlat még akkor sem, ha a szárítás előrehaladtával elérte a szabványban meghatározott "élettartam végét". Az impedancia romlása miatt azonban z. B. problémák az interferencia elnyomásával vagy hasonló eredménnyel.

Az MnO ₂ elektrolitokkal rendelkező Ta elektrolitok nem mutatnak öregedés jeleit, még a folyékony elektrolitot tartalmazó tantál -elektrolitok esetében sem, amelyek hermetikus tömítéssel rendelkeznek. Ezeknél az összetevőknél nincs meghatározva a paraméterváltozásokkal kapcsolatos élettartam.

Szavatossági idő

Az 1960 -as évekig a folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátoroknak problémái voltak a nagy maradékárammal, mind a szállítás, mind a működés során. Ennek oka kétféle korrózió , a klórkorrózió és a vízbázisú korrózió volt. A modern folyékony elektrolitrendszerek kémiailag stabilak, és nem vagy csak enyhe korrozív hatásuk van, ami nagy maradékáramot eredményezhet. A tárolási viselkedés tekintetében azonban az elektrolit kondenzátorokat nagyjából három csoportra lehet osztani az elektrolitok eltérő víztartalma miatt:

• A nagy víztartalmú elektrolitokkal rendelkező kondenzátorok (> 40%, az úgynevezett alacsony ESR kondenzátorok) körülbelül 1-2 évig tárolhatók
• A kondenzátorok borax vagy etilénglikol alapú standard elektrolitokkal, körülbelül 5-20% víztartalommal legalább 2 évig tárolhatók
• Az elektrolitkondenzátorok vízmentes oldat elektrolitokkal, például γ-butirolaktonon alapulnak, legfeljebb 10 évig tárolhatók.

Ebben az értelemben a tárolható azt jelenti, hogy az áramkörbe forrasztott kondenzátorokat további elővigyázatossági intézkedések nélkül be lehet kapcsolni a megadott feszültségmentes tárolási idő után. Az elektrolit kondenzátorok eltarthatóságát forró tárolási idő teszt segítségével ellenőrzik. Eltarthatósági teszt , általában 1000 óra, feszültség nélkül a felső névleges hőmérsékleten. Ez a teszt felgyorsít minden lehetséges agresszív kémiai folyamatot, amely nagy maradékáramhoz vezethet, és megakadályozza az öngyógyulást a reformálás révén, mivel nincs feszültség.

Itt azonban azt is ki kell emelni, hogy 2 év tárolás után a csatlakozók forraszthatósága problémássá válhat az ónbevonat oxidációja miatt.

Szilárd elektrolitokkal rendelkező elektrolit kondenzátorok esetén a maradékáram probléma nem jelentkezik a tárolási idő után.

A kudarc okai, öngyógyítás és alkalmazási szabályok

A kudarc okai

A ma gyártott és a készülékekben használt elektrolit kondenzátorok szinte minden területen megfelelnek az ipar magas minőségi követelményeinek. Ezeknek a hibáknak az elemzésénél fogva a hibáktól függetlenül előfordulnak, a hiba okai ( meghibásodási mód ) négy csoportba sorolhatók: 1) belső kémiai vagy fizikai folyamat okozta meghibásodás, 2) az Elko fejlesztési vagy gyártási hibái gyártó), 3) az eszközfejlesztés vagy gyártás során fellépő meghibásodások és 4) az eszköz felhasználója által történő használat során fellépő meghibásodások. Míg a 2) - 4) pontok végső soron emberi hibákból származnak, ha a meghibásodás eredendő oka megvan, az összes gyártási folyamat lehető legjobb ellenőrzése ellenére a hirtelen működési hibák nem zárhatók ki teljesen.

Kiégett tantál elektrolit kondenzátor.

A szilárd elektrolit tantál elektrolit kondenzátorokban van egy ilyen eredendő meghibásodási mechanizmus, az úgynevezett "mezei kristályosítás". E folyamat során a rendkívül vékony, nagy terhelésű Ta ₂ O ₅ dielektromos oxidrétegben lévő amorf szerkezet kristályos struktúrává _változik az oxid rejtett hibáinál , 1000-szeresére növelve az oxid vezetőképességét. az oxid térfogata nő. Pontos meghibásodás következik be, párhuzamosan a maradékáram hirtelen növekedésével, a nanoamper nagyságrendjétől az amper tartományig néhány milliszekundumon belül. Ha az áram nem korlátozott, a tantál meggyulladhat és a kondenzátor kigyulladhat. Az áramkorlátozás mellett a fűtést szelektíven korlátozzák, az MnO ₂ vezető elektrolitot szigetelő Mn ₂ O ₃ -vá alakítják, és a hibát kikapcsolják, a kondenzátor ismét működőképessé válik az "öngyógyítás" révén.

Meghibásodott alumínium elektrolit kondenzátorok nyitott előre meghatározott törési ponttal a csészében a rossz elektrolit használata miatt, lásd " Kondenzátor pestis ".

A folyékony elektrolitokkal ellátott alumínium elektrolit kondenzátorok nem rendelkeznek eredendő meghibásodási mechanizmussal, amely hirtelen meghibásodáshoz vezethet, feltéve, hogy az adott elektrolit kémiailag semleges az alumíniummal és oxidjával szemben. Ezekben a „nedves” elektrolit kondenzátorokban azonban az elektromos paraméterek az elektrolit lassú elpárolgása miatt megváltoznak, így ezen elektrolit kondenzátorok élettartama időben korlátozott.

Azonban minden elektrolit kondenzátor meghibásodhat, ami végső soron emberi hibára vezethető vissza. A gyártásban például tisztátalan gyártás, rosszul karbantartott szerszámok vagy helytelen alkatrészek használata. De manapság legalább minden nagy elektrolitkondenzátor-gyártó rendelkezik egy jól felépített minőségbiztosítási rendszerrel, amely gondosan figyelemmel kíséri a fejlesztéstől az összes folyamatlépésen át a végtermékig minden lépést. A gyártói folyamatábrák a folyamat lépéseiben előforduló hibák típusaira mutatják ezt a magas minőségi szabványt.

Ismertek az eszköz felhasználója által használat közben okozott Elko hibák is. Példaként megemlíthetjük a processzorok túlhajtását , nagyobb feldolgozási teljesítmény elérése érdekében. Ez megnöveli a hullámosságot a készülék tápegységében. A tápegység elektrolit kondenzátorok várható élettartama néha jelentősen csökkenhet a kapcsolódó fokozott hőfejlődés miatt.

öngyógyító

Minden elektrolitikus kondenzátor valójában hajlamos öngyógyítani az oxidrétegét foltos szennyeződések, oxidtörések vagy gyengült oxidterületek esetén, feltéve, hogy az elektrolit képes oxigént szolgáltatni az oxid felépítéséhez. A különböző tervek azonban különböző öngyógyító mechanizmusokkal rendelkeznek. A szilárd elektrolitok, például a folyékony elektrolitokkal ellentétben, nem biztosítanak oxigént új oxidréteg felépítéséhez. Ezenkívül a tantál -elektrolit kondenzátorok MnO ₂ elektrolitokkal végzett térkristályosodásával a meghibásodás eredendő oka van, amely az anód -oxid szerkezetében rejlik, és nem gyógyítható új oxidréteg felépítésével. Itt csak a jelenlegi korlátozás hozhat öngyógyulást.

Mivel a szilárd elektrolit -mangán -dioxidot tartalmazó niobium és niobium -oxid elektrolit kondenzátorokat a Ta elektrolit kondenzátorokhoz hasonlóan gyártják, ésszerű feltételezni, hogy ezeknél a kondenzátoroknál a mezőkristályosodáshoz hasonló meghibásodási mechanizmus lép fel. De ez nem így van. Az Nb ₂ O ₅ dielektromos niobium -oxid -réteg amorfból kristályos formába történő pontkonverziója nincs hatással. Ha a dielektromos Nb ₂ O ₅ pontos meghibásodása következik be , akkor a pentoxidot termikusan alakítják át Niobium-dioxiddá, NbO _2- vé , amely nagy ellenállású, félvezető anyag a keletkező hő hatására . A pontos meghibásodást így szinte elszigeteli a nagy ellenállású NbO ₂ képződése , feltéve, hogy az áram korlátozott , az "öngyógyítás" egy másik típusa. A dielektrikum ilyen gyengén szigetelő pontjai azonban a maradékáram növekedéséhez vezethetnek.

Szilárd polimer elektrolitokkal rendelkező tantál, niobium vagy alumínium elektrolit kondenzátorok esetén a pontos oxidáció esetén lokalizált, magasabb maradékáram képződik a megfelelő oxidban, ami a polimer helyi felmelegedéséhez vezet, és a polimer vagy oxidálódik, és típustól függően nagy ellenállásúvá válik vagy elpárolog. A hiba itt is „ki van kapcsolva”, és „öngyógyítás” következik be.

Folyékony elektrolitokkal rendelkező alumínium elektrolit kondenzátorok esetében a hibák vagy az oxid átalakulása az amorf szerkezetből kristályszerkezetbe nincs hatással. Ezekkel a kondenzátorokkal azonban egy kémiailag agresszív elektrolit gyengítheti az oxidot. A megfelelő polaritású feszültség alkalmazása után azonban a reformálási folyamat azonnal megkezdődik, így az oxidréteg az "öngyógyítás" révén gyorsan helyreállítja a kívánt dielektromos szilárdságot. Különleges alkalmazási szabályok csak kivételes esetekben szükségesek.

• Öngyógyító mechanizmusok a különböző típusú elektrolit kondenzátorokban
• 

  Abban az esetben, MnO ₂ -ta elektrolitikus kondenzátorokat áramkorlátozás, a vezetőképes elektrolit MnO ₂ termikusan alakítjuk szigetelő Mn ₂ O ₃ az esetben, ha a pontos bontását és a hibát ki van kapcsolva.

• 

  Az áramkorlátozó MnO ₂ Niobium elektrolit kondenzátorokban a szigetelő Nb ₂ O ₅ pontos meghibásodás esetén nagy ellenállású NbO-vé alakul, és a hiba nagy ellenállásúvá válik.

• 

  A polimer elektrolit kondenzátorok esetében nagyobb maradékáram folyik át az oxid hibáin, ami vagy termikusan oxidálja a polimert nagy ellenállással, vagy elpárologtatja, ezáltal kikapcsolja a hibát. (A Ta polimer elektrolit kondenzátorokhoz áramkorlátozás szükséges)

• 

  Al -elektrolit kondenzátorok esetén az oxidréteg egy feszültség alkalmazása után reformálással gyógyul, mivel a folyékony elektrolit biztosítja az oxigént .

Az "öngyógyítás" kifejezés a vizsgált kondenzátorcsaládtól függően teljesen más mechanizmust jelent.

Alkalmazási szabályok

Az oxidrétegek tökéletlenségeinek különböző hatásai a különböző típusú kondenzátorok megbízhatóságára vagy élettartamára különböző kondenzátorok alkalmazási szabályaihoz vezetnek. Az alábbi táblázat a meghibásodási módok, az öngyógyító képesség és az alkalmazási szabályok közötti összefüggéseket mutatja be, amelyek biztosítják az adott elektrolit kondenzátorok öngyógyulását.

Több információ

Párhuzamos és soros kapcsolat

Elektrolit kondenzátorok párhuzamos csatlakoztatása

A kondenzátorok párhuzamos csatlakoztatásának illusztrációja.

Ha a kondenzátorok párhuzamos csatlakoztatásakor egy minta rövidzárlatot kap, akkor az összes kondenzátor teljes energiája ezen a hibán keresztül kisül. Nagyobb kondenzátorok, különösen nagyobb, nagyobb feszültségű alumínium elektrolit kondenzátorok esetén ez meglehetősen nagy kisülési jelenségekhez vezethet, amelyek következményes károkat okozhatnak. Ezért ilyen esetben intézkedéseket kell hozni a rövidzárlati kisülési áram korlátozására. Ez lehet pl. B. minden kondenzátor egyéni védelmével túlfeszültség -védelmi eszközön keresztül kell elvégezni.

Elektrolitikus kondenzátorok soros vagy soros csatlakoztatása

A kondenzátorok soros csatlakoztatásának illusztrációja.

Az elektrolit kondenzátorok soros vagy soros csatlakoztatása a teljes feszültség eloszlását eredményezi az egyes sorba kapcsolt kondenzátorok között, ami az egyes szigetelési ellenállásokból származik. Ezeket a szigetelési ellenállásokat a kondenzátorok maradék árama képviseli. Különböző maradékáramok esetén a feszültség alkalmazása után egyenetlen feszültségeloszlás jön létre, amely fordítottan arányos az egyes maradékáramokkal, és bizonyos körülmények között meglehetősen nagy lehet. Ennek eredményeként a kondenzátor bank egyes egységei megengedett legnagyobb feszültsége túlléphető. Ezért különösen a nagyobb feszültségű, nagyobb méretű alumínium elektrolit kondenzátorokat, például a frekvenciaváltók kondenzátor bankjaiban előírtakat kell kiegyenlíteni kiegyensúlyozó ellenállásokkal vagy aktív feszültségkiegyenlítéssel push-pull tranzisztorokkal.

szabványosítás

Az összes elektromos, elektronikus alkatrész és kapcsolódó technológia szabványosítása a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) , a nonprofit, nemzetközi szabványokért felelős nem kormányzati szervezet szabályait követi . Németországban ezeket a szabványokat a VDE kezdetben DIN szabványként, majd európai keretek között EN szabványként harmonizálta. Az elektronikus berendezésekben használt rögzített kondenzátorok elektromos jellemző értékeinek terminológiája, valamint ezen paraméterek mérési és tesztelési módszerei nemzetközileg szabványosak az alapleírásban

• IEC 60384-1, Rögzített kondenzátorok elektronikus berendezésekben való használatra. 1. rész:

amely Németországban szintén DIN EN 60384-1; Megjelent a VDE 0565-1. Ezenkívül a méretek és tulajdonságok előnyben részesített értékeit, valamint a további vizsgálati eljárásokat, az alkalmazandó teszt súlyosságát és elfogadási kritériumait az elektrolit kondenzátorok megfelelő keret specifikációi határozzák meg.

• IEC / DIN EN 60384-3, felületre szerelhető tantál kondenzátorok szilárd mangán-dioxid elektrolittal
• IEC / DIN EN 60384-4, alumínium elektrolit kondenzátorok szilárd (mangán-dioxid) vagy folyékony elektrolitokkal
• IEC / DIN EN 60384-15 Tantál elektrolit kondenzátorok szilárd vagy folyékony elektrolitokkal
• IEC / DIN EN 60384-18, felületre szerelhető alumínium elektrolit kondenzátorok szilárd (mangán-dioxid) vagy folyékony elektrolitokkal
• IEC / DIN EN 60384-24-Felületre szerelhető tantál elektrolit kondenzátorok vezető polimer szilárd elektrolitokkal
• IEC / DIN EN 60384-25-Felületre szerelhető alumínium elektrolit kondenzátorok vezető polimer szilárd elektrolitokkal
• IEC / DIN EN 60384-26 - alumínium elektrolit kondenzátorok vezető polimer szilárd elektrolitokkal

Áramkör szimbólumok

Az elektrolit kondenzátorok elektromos áramköri szimbólumai az IEC / DIN / EN 60617-4 szabvány szerint vannak szabványosítva.

Áramköri szimbólumok elektrolitikus kondenzátorokhoz

• 

  polarizált kondenzátor

• 

  polarizált kondenzátor

• 

  polarizált kondenzátor

• 

  Bipoláris elektrolit kondenzátor

Típusazonosítás

Ha elegendő hely van, a kondenzátorokat a következő címkével kell ellátni:

• Polaritás, névleges kapacitás, tűrés, névleges feszültség, névleges hőmérséklet -tartomány, gyártás dátuma, gyártó, sorozatmegjelölés

Kódolatlan címkézés lehetséges nagyobb alkatrészeknél. A chipkondenzátorok esetében azonban ez nem lehetséges kis méretük miatt. A kapacitás, a tűréshatár és a gyártás dátuma ezért rövidítésekkel jelölhető az IEC / DIN EN 60062 szerint.

Példa a névleges kapacitás rövid megnevezésére egység szimbólummal (mikrofarad):

• µ47 = 0,47 µF, 4 µ7 = 4,7 µF, 47 µ = 47 µF

Néha az „uF” kifejezést használják µF helyett.

Példa a névleges kapacitás rövid megjelölésére az egység egy számjegyével:

• 476

Az első két számjegy a picofaradban megadott értéket, a harmadik az azt követő nullák számát jelzi. 476 eszköz 47 × 10 ⁶ pF = 47.000.000 pF = 47 uF.

A tűrést betű jelöli:

• K = ± 10%, M = ± 20%

A névleges feszültséget betűvel lehet kódolni. Itt nincsenek egységes szabályok.

A gyártási dátumot gyakran rövidítve, a nemzetközi szabványoknak megfelelően nyomtatják.

• 1. verzió: Kódolás év / hét szerint, "0708" akkor 2007, 8. naptári hét
• 2. verzió: Kódolás évszám / hónap kóddal

Év kódja: "R" = 2003, "S" = 2004, "T" = 2005, "U" = 2006, "V" = 2007, "W" = 2008, "X" = 2009, "A" = 2010 , "B" = 2011, "C" = 2012, "D" = 2013, "E" = 2014, "F" = 2015, "G" = 2016 stb.

Hónap kódja: "1" - "9" = január -szeptember, "O" = október, "N" = november, "D" = december

Az "A5" akkor 2010, május

A tantálgyöngy kondenzátorokhoz korábban használt színkódok ma már nem léteznek.

Polaritás jelölés

• A polaritás jelölése
• 
• 

A negatív pólus a folyadék ( nem szilárd elektrolit ) elektrolit kondenzátorokon van feltüntetve.

A polaritás jelölésére több változat is létezik:

• Az axiális / vízszintes kialakítással a negatív pólus csatlakozik a házhoz, a pozitív pólus szigetelt. A pozitív oldalon van egy kerületi bevágás. Régebbi elektrolit kondenzátoroknál a negatív oldalt is színes gyűrű jelzi.
• A függőleges kialakítással (radiális kialakítás vagy más néven "egyvégű") függőleges mínuszjel látható a negatív oldalon. Ezenkívül a plusz csatlakozás hosszabb, mint a mínusz csatlakozás a laza, pánt nélküli árukhoz.
• Az SMD -Elkos esetében negatív jel látható a csésze látható részén, általában fekete sáv.

Szilárd elektrolitokkal ( szilárd elektrolit ) rendelkező elektrolit kondenzátorok esetén a pozitív pólus általában meg van jelölve.

• Abban az esetben, tantál kondenzátorok formájában gyöngy, a pozitív pólus van jelölve egy plusz.
• Az axiális / vízszintes kialakításnál a negatív pólus csatlakozik a házhoz, a pozitív pólus szigetelt. A pozitív oldalon van egy kerületi bevágás.
• Külön megjegyzés: A polaritási jelölések szilárd elektrolitokkal rendelkező elektrolitkondenzátorokon, pl. B. a polimer elektrolit kondenzátorokban , az adott kialakításra jellemző. A negatív pólus a hengeres vezetékes vagy hengeres SMD elektrolit kondenzátorokon van jelölve. A kocka alakú SMD elektrolit kondenzátorok esetében a pozitív pólust sáv jelöli.

• A polaritás jelölése polimer alumínium elektrolit kondenzátorokon
• 

  A V-chip kivitel és a sugárirányú kialakítás esetén a mínusz csatlakozást szín jelzi.

• 

  A kocka alakú SMD kialakítás esetén a plusz csatlakozás színkóddal van ellátva.

Alkalmazások

A polarizált elektrolit kondenzátorok tipikus alkalmazásai :

• Kimeneti simító kondenzátor ( simító kondenzátor ) a kiegyenlített váltakozó feszültségek simítására vagy szitálására. B. tápegységekben , AC / DC átalakítókban vagy impulzusszélesség -modulációval (PWM), z. B. LED meghajtókkal
• Bemeneti és kimeneti simító kondenzátor DC / DC átalakítókban ( bypass kondenzátor )
• Tartalék kondenzátor ( tömeges kondenzátor ) az egyenfeszültség támogatására vagy pufferelésére gyors terhelésváltozások esetén
• Kondenzátor leválasztása ( leválasztó kondenzátor, tartalék kondenzátor ) nagyobb frekvenciájú váltakozó feszültségű alkatrészek leválasztása egy áramkörön belül (váltakozó áramok levezetése)
• Közbenső energiatároló a PFC áramkörökhöz ( Power Factor Correction ) a frekvenciaváltók teljesítménytényezőjének javítása érdekében
• Az energiatárolás, pl. B. légzsák áramkörök és elektronvaku -egységek , valamint szünetmentes tápegységek (UPS)
• Töltésgyűjtő az egyszerű idő generáláshoz az időzítő elemekben ( RC elem )
• A váltakozó feszültségű jelek csatolása és leválasztása, például kisfrekvenciás erősítőknél, potenciálkülönbség esetén ( szinteltolás ). Meg kell jegyezni, hogy az elektrolit kondenzátoroknak megfelelő egyenáramú előfeszítési feszültségre van szükségük

A bipoláris (nem polarizált) elektrolit kondenzátorok tipikus alkalmazásai :

• Bipoláris elektrolit kondenzátorok indító kondenzátorként egyfázisú aszinkron motorokhoz
• Hang frekvencia kondenzátorokat a hangjelek a crossover , például B. a hangszóródobozokhoz

Technológiai összehasonlítások

Az "elektrolit kondenzátorok" kifejezés több típust is magában foglal, amelyek nagyon eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezek a tulajdonságok soha nem felelnek meg a különféle alkalmazásokból származó követelményeknek; mindig vannak előnyei és hátrányai. A lakosságot különösen érdeklik a polimer elektrolit kondenzátorok új fejlesztései , amelyek rendkívül alacsony ESR értékekkel rendelkeznek a többrétegű kerámia chip kondenzátorokhoz (MLCC) és a műanyag fólia kondenzátorokhoz képest . Mivel a polimer elektrolit kondenzátorok ESR és ESL tulajdonságai egyrészt egyre inkább megközelítik az MLCC kondenzátorokét. Másrészt a 2. osztályú MLCC kondenzátorok fajlagos kapacitása egyre inkább megközelíti a tantál chipes kondenzátorokét.

A növekvő összehasonlíthatóság miatt szükségessé válik érvek összeállítása bizonyos kondenzátor technológiák mellett vagy ellen. Íme egy kis válogatás a speciális összehasonlításokról bizonyos kondenzátor technológiák mellett vagy ellen:

• Kondenzátorok a tápegységek kapcsolásához: Kemet
• Analóg áramkör kondenzátorok: Analog Devices Inc.
• Al-polimer elektrolit kondenzátorok az MLCC-hez képest: Panasonic
• MLCC A Ta-Ekos, polimer elektrolit kondenzátorokhoz és „nedves” Al elektrolit kondenzátorokhoz képest: Murata, Kemet, AVX, Kemet / Texas Instruments
• Al-polimer elektrolit kondenzátorok a „nedves” alumínium elektrolit kondenzátorokhoz képest: NCC
• Ta-polimer elektrolit kondenzátorok a Ta-MnO ₂ elektrolit kondenzátorokhoz képest: Kemet
• Polimer elektrolit kondenzátorok az MLCC -hez képest: Avnet

piac

A kondenzátorok teljes piaca 2010 -ben körülbelül 18 milliárd USD volt, körülbelül 1,4 billió egységgel. Ez volt a piac

• Alumínium elektrolit kondenzátorok körülbelül 3,9 milliárd US dollárral (22%) és körülbelül 90 milliárd egységgel (6,5%)
• Tantál elektrolit kondenzátorok körülbelül 2,2 milliárd dollárral (12%) és körülbelül 24 milliárd egységgel (2%).

Gyártó és termékpaletta

Az asztal dátuma: 2017. január

Lásd még

• Kondenzátor (elektrotechnika)
• Alumínium elektrolit kondenzátor
• Tantál elektrolit kondenzátor
• Niobium elektrolit kondenzátor
• Szuper kondenzátor
• Műanyag fólia kondenzátor
• Kerámia kondenzátor

irodalom

• D. Nührmann: A teljes munkafüzet elektronika. Franzis-Verlag, Poing 2002, ISBN 3-7723-6526-4 .
• KH Thiesbürger: Az elektrolit kondenzátor. 4. kiadás, Roederstein, Landshut 1991, OCLC 313492506 .
• O. hegy; H. Azóta: ellenállások, kondenzátorok, tekercsek és anyagaik. Springer, Berlin 1982, ISBN 3-540-11334-7 .
• HD. Langer: Szilárdtest elektrolit kondenzátorok. Akademie-Verlag, Berlin 1982, OCLC 74564862 .
• JD Moynihan: Az elektrolitikus kondenzátorok elmélete, tervezése és alkalmazása. 1982, OCLC 17158815 .
• L. Stiny: A passzív elektronikai alkatrészek kézikönyve. Szerkezet, funkció, tulajdonságok, méretek és alkalmazás. Franzis-Verlag, 2007, ISBN 978-3-7723-5430-4 .
• K. Beuth, O. Beuth: Komponensek. Elektronika 2. Vogel könyv, 2006 ISBN 3-8343-3039-6 .

További hivatkozásokért lásd az alumínium elektrolit kondenzátorok , a tantál elektrolit kondenzátorok vagy a niobium elektrolit kondenzátorok alcikkeit .

web Linkek

• Tantálfém, por és újrahasznosítás - HC Starck,
• Elektrolit kondenzátorok - az "ELKO" alapjai
• Polarizált elektrolit kondenzátor váltakozó feszültségre és fordított egyenfeszültségre
• FaradNet, Elektrolitikus kondenzátorok elmélete, felépítése, jellemzői és alkalmazásai (angolul)
• Capsite 2015 Bevezetés a kondenzátorokba

Egyéni bizonyíték