Маркировка конденсатор твердотельный: Как определить твердотельный конденсатор

Как определить твердотельный конденсатор

Если говорить о твердотельных конденсаторах, это тот же электролитический конденсатор, однако в нем используется специальный токопроводящий полимер или полимеризованный органический полупроводник. В то время как в других конденсаторах используется обычный жидкий электролит.

Общая характеристика

Как уже говорилось, отличие между твердотельными и обычными конденсаторами состоит во внутренней «начинке» устройства. Так чем же они лучше?

Первое и самое существенное отличие кроется именно в том, что в твердотельных конденсаторах используется твердый полимерный электролит, а не жидкий. Это исключает возможность протекания или испарения электролита. Вторым существенным плюсом у твердотельных устройств стало их последовательное эквивалентное сопротивление, которое называют ESR. Снижение этого показателя привело к тому, что стало возможным использование менее емкостных конденсаторов, а также меньших размеров в тех же условиях. Еще одним существенным плюсом твердотельных конденсаторов стало то, что они менее чувствительны к перепадам температуры. Это преимущество также говорит о том, что продолжительность срока службы такого объекта будет больше примерно в шесть раз, а значит и объект, в котором он установлен, прослужит намного дольше.

Электролитические

В твердотельном электролитическом конденсаторе в качестве диэлектрика используется тонкий слой оксида металла. Образование данного слоя осуществляется посредством электрохимического способа. Протекание данного процесса осуществляется на обложке из этого же металла.

Вторая обложка у данного конденсатора может быть представлена в виде жидкого или сухого электролита. В обычных электролитических используется жидкий, а в твердотельных – сухой. Для создания металлического электрода в этом типе твердотельных конденсаторов используется такой материал, как тантал или алюминий.

Стоит отметить, что к группе электролитических принадлежат также и танталовые конденсаторы.

Асимметричные

Асимметричный конденсатор с твердотельным электролитом – это относительно недавнее изобретение, так как ранее использовались другие устройства. Первым и простейшим конденсатором из этой группы стал Т-образный. В этом объекте пластины располагались в одной плоскости. Последующее развитие асимметричных конденсаторов привело к появлению дискового типа. Состоял он из плоского кольца, а также расположенного внутри него диска. Последующее совершенствование асимметричных конденсаторов привело к еще большему упрощению конструкции, и были получены устройства с двумя электродами. Один из них был представлен в виде тонкого провода, а второй – тонкой пластиной или же тонкой полоской металла. Но стоит заметить, что использование именно этого типа конденсаторов затруднено в связи с применением высоковольтного оборудования.

Маркировка

Существует маркировка твердотельных конденсаторов, которая описывает их характеристики. Наличие данной маркировки поможет понять определенные свойства конденсатора:

• Опираясь на маркировку устройства, можно точно определить рабочее напряжение для каждого конденсатора. Также стоит отметить, что данное значение должно превышать то напряжение, которое присутствует в цепи, использующей этот объект. Если не соблюсти это условие, то будут либо сбои в работе всей цепи, либо конденсатор просто взорвется.
• 1 000 000 пФ (пикофарад) = 1 мкФ. Данная маркировка у многих конденсаторов одинакова. Это связано с тем, что практически у всех устройств емкость равна или же близка к этому значению, а потому может указываться как в пикофарадах, так и в микрофарадах.

Вздутие конденсатора

Несмотря на то что конденсаторы этого типа довольно устойчивы к поломкам, они все же не вечные, и их также приходится менять. Замена твердотельного конденсатора может понадобиться в нескольких случаях:

• Причин поломки, то есть вздутия этого устройства, может быть довольно много, однако главной из них называют плохое качество самой детали.
• К причинам вздутия можно также отнести выкипание или испарение электролита. Несмотря на то что здесь используется твердый электролит, такие неполадки все равно не исключается полностью, и при очень высоких температурах такое все же случается.

Важно отметить, что перегрев этого устройства может произойти как из-за воздействия внешней среды, так и из-за внутренней. К внутреннему воздействию можно отнести неверную установку. Другими словами, если перепутать полярность при монтаже этой детали, то при ее запуске она практически моментально нагревается и, скорее всего, взорвется. Кроме этих причин, возможен также сильный перегрев из-за несоблюдения правил эксплуатации. Это может быть неверный вольтаж, емкость или работа в слишком высокой температурной среде.

Как избежать вздутия и частой замены

Начать стоит с того, как же избежать вздутия твердотельного конденсатора.

• Первое, что советуют – это использовать только качественные детали.
• Второй совет, который может помочь избежать таких проблем – это не давать конденсатору перегреваться. Если температура достигает 45 градусов или больше, то необходимо срочное охлаждение, а еще лучше размещать эти устройства как можно дальше от источников тепла.
• Так как чаще всего конденсаторы вздуваются в блоках питания компьютера, рекомендуют использовать стабилизаторы напряжения, защищающие сеть от резких скачков напряжения.

Если вздутие все же произошло, то требуется замена устройства. Главное правило ремонта – это подобрать конденсатор с такой же емкостью. Допускается отклонение данного параметра в большую сторону, но лишь немного. Отклонения в меньшую сторону недопустимы. Те же правила касаются и напряжения объекта. Также стоит добавить, что при замене электролитических конденсаторов на твердотельные можно использовать устройства и с меньшей емкостью. Это возможно из-за меньшего ESR, о котором говорилось ранее. Но перед этим все же стоит посоветоваться со специалистом. Сам же процесс замены заключается в удалении сгоревшей детали посредством пайки и припаивании нового.

Ремонт

Довольно часто приходится проводить профилактический ремонт конденсаторов. Допустим, при разборке компьютера был найден подозрительный конденсатор. Его необходимо проверить и при необходимости заменить. Для замены потребуется паяльник мощностью от 25 до 40 ВТ. Это приборы средней мощности. Их использование обосновано тем, что менее мощные паяльники не смогут отпаять конденсатор, а более мощные слишком большие, и ими неудобно проводить работы.

Лучше всего иметь под рукой паяльник с конической формой жала. Для осуществления ремонта старый конденсатор выпаивают, но делать это необходимо очень осторожно, так как платы, в которых они установлены, чаще всего многослойные – до 5 слоев. Повреждение хотя бы одного из них выведет из строя всю плату, и ремонту она уже не подлежит. После выпаивания старого устройства отверстия для установки пробиваются иглой, лучше всего медицинской, она более тонкая. Припаивание нового объекта лучше всего проводить, используя канифоль.

Полимерные твердотельные конденсаторы

Можно сказать, что все устройства этого типа являются полимерными, так как внутри этого устройства используется твердый полимер вместо жидкого электролита. Применение твердого материала в стандартных твердотельных конденсаторах дало такие преимущества:

• при высоких частотах – низкое эквивалентное сопротивление;
• высокое значение тока пульсации;
• срок эксплуатации конденсатора значительно выше;
• более стабильная работа при высоких температурных режимах.

Если говорить подробнее, то, к примеру, пониженное ESR – это меньшие затраты энергии, а значит, и меньший нагрев конденсатора при тех же нагрузках. Более высокая степень пульсации тока обеспечивает стабильную работу всей платы в целом. Естественно, что именно замена жидкого электролита на твердый и привела к тому, что срок службы значительно вырос.

Если говорить о твердотельных конденсаторах, это тот же электролитический конденсатор, однако в нем используется специальный токопроводящий полимер или полимеризованный органический полупроводник. В то время как в других конденсаторах используется обычный жидкий электролит.

Общая характеристика

Как уже говорилось, отличие между твердотельными и обычными конденсаторами состоит во внутренней «начинке» устройства. Так чем же они лучше?

Первое и самое существенное отличие кроется именно в том, что в твердотельных конденсаторах используется твердый полимерный электролит, а не жидкий. Это исключает возможность протекания или испарения электролита. Вторым существенным плюсом у твердотельных устройств стало их последовательное эквивалентное сопротивление, которое называют ESR. Снижение этого показателя привело к тому, что стало возможным использование менее емкостных конденсаторов, а также меньших размеров в тех же условиях. Еще одним существенным плюсом твердотельных конденсаторов стало то, что они менее чувствительны к перепадам температуры. Это преимущество также говорит о том, что продолжительность срока службы такого объекта будет больше примерно в шесть раз, а значит и объект, в котором он установлен, прослужит намного дольше.

Электролитические

В твердотельном электролитическом конденсаторе в качестве диэлектрика используется тонкий слой оксида металла. Образование данного слоя осуществляется посредством электрохимического способа. Протекание данного процесса осуществляется на обложке из этого же металла.

Вторая обложка у данного конденсатора может быть представлена в виде жидкого или сухого электролита. В обычных электролитических используется жидкий, а в твердотельных – сухой. Для создания металлического электрода в этом типе твердотельных конденсаторов используется такой материал, как тантал или алюминий.

Стоит отметить, что к группе электролитических принадлежат также и танталовые конденсаторы.

Асимметричные

Асимметричный конденсатор с твердотельным электролитом – это относительно недавнее изобретение, так как ранее использовались другие устройства. Первым и простейшим конденсатором из этой группы стал Т-образный. В этом объекте пластины располагались в одной плоскости. Последующее развитие асимметричных конденсаторов привело к появлению дискового типа. Состоял он из плоского кольца, а также расположенного внутри него диска. Последующее совершенствование асимметричных конденсаторов привело к еще большему упрощению конструкции, и были получены устройства с двумя электродами. Один из них был представлен в виде тонкого провода, а второй – тонкой пластиной или же тонкой полоской металла. Но стоит заметить, что использование именно этого типа конденсаторов затруднено в связи с применением высоковольтного оборудования.

Маркировка

Существует маркировка твердотельных конденсаторов, которая описывает их характеристики. Наличие данной маркировки поможет понять определенные свойства конденсатора:

• Опираясь на маркировку устройства, можно точно определить рабочее напряжение для каждого конденсатора. Также стоит отметить, что данное значение должно превышать то напряжение, которое присутствует в цепи, использующей этот объект. Если не соблюсти это условие, то будут либо сбои в работе всей цепи, либо конденсатор просто взорвется.
• 1 000 000 пФ (пикофарад) = 1 мкФ. Данная маркировка у многих конденсаторов одинакова. Это связано с тем, что практически у всех устройств емкость равна или же близка к этому значению, а потому может указываться как в пикофарадах, так и в микрофарадах.

Вздутие конденсатора

Несмотря на то что конденсаторы этого типа довольно устойчивы к поломкам, они все же не вечные, и их также приходится менять. Замена твердотельного конденсатора может понадобиться в нескольких случаях:

• Причин поломки, то есть вздутия этого устройства, может быть довольно много, однако главной из них называют плохое качество самой детали.
• К причинам вздутия можно также отнести выкипание или испарение электролита. Несмотря на то что здесь используется твердый электролит, такие неполадки все равно не исключается полностью, и при очень высоких температурах такое все же случается.

Важно отметить, что перегрев этого устройства может произойти как из-за воздействия внешней среды, так и из-за внутренней. К внутреннему воздействию можно отнести неверную установку. Другими словами, если перепутать полярность при монтаже этой детали, то при ее запуске она практически моментально нагревается и, скорее всего, взорвется. Кроме этих причин, возможен также сильный перегрев из-за несоблюдения правил эксплуатации. Это может быть неверный вольтаж, емкость или работа в слишком высокой температурной среде.

Как избежать вздутия и частой замены

Начать стоит с того, как же избежать вздутия твердотельного конденсатора.

• Первое, что советуют – это использовать только качественные детали.
• Второй совет, который может помочь избежать таких проблем – это не давать конденсатору перегреваться. Если температура достигает 45 градусов или больше, то необходимо срочное охлаждение, а еще лучше размещать эти устройства как можно дальше от источников тепла.
• Так как чаще всего конденсаторы вздуваются в блоках питания компьютера, рекомендуют использовать стабилизаторы напряжения, защищающие сеть от резких скачков напряжения.

Если вздутие все же произошло, то требуется замена устройства. Главное правило ремонта – это подобрать конденсатор с такой же емкостью. Допускается отклонение данного параметра в большую сторону, но лишь немного. Отклонения в меньшую сторону недопустимы. Те же правила касаются и напряжения объекта. Также стоит добавить, что при замене электролитических конденсаторов на твердотельные можно использовать устройства и с меньшей емкостью. Это возможно из-за меньшего ESR, о котором говорилось ранее. Но перед этим все же стоит посоветоваться со специалистом. Сам же процесс замены заключается в удалении сгоревшей детали посредством пайки и припаивании нового.

Ремонт

Довольно часто приходится проводить профилактический ремонт конденсаторов. Допустим, при разборке компьютера был найден подозрительный конденсатор. Его необходимо проверить и при необходимости заменить. Для замены потребуется паяльник мощностью от 25 до 40 ВТ. Это приборы средней мощности. Их использование обосновано тем, что менее мощные паяльники не смогут отпаять конденсатор, а более мощные слишком большие, и ими неудобно проводить работы.

Лучше всего иметь под рукой паяльник с конической формой жала. Для осуществления ремонта старый конденсатор выпаивают, но делать это необходимо очень осторожно, так как платы, в которых они установлены, чаще всего многослойные – до 5 слоев. Повреждение хотя бы одного из них выведет из строя всю плату, и ремонту она уже не подлежит. После выпаивания старого устройства отверстия для установки пробиваются иглой, лучше всего медицинской, она более тонкая. Припаивание нового объекта лучше всего проводить, используя канифоль.

Полимерные твердотельные конденсаторы

Можно сказать, что все устройства этого типа являются полимерными, так как внутри этого устройства используется твердый полимер вместо жидкого электролита. Применение твердого материала в стандартных твердотельных конденсаторах дало такие преимущества:

• при высоких частотах – низкое эквивалентное сопротивление;
• высокое значение тока пульсации;
• срок эксплуатации конденсатора значительно выше;
• более стабильная работа при высоких температурных режимах.

Если говорить подробнее, то, к примеру, пониженное ESR – это меньшие затраты энергии, а значит, и меньший нагрев конденсатора при тех же нагрузках. Более высокая степень пульсации тока обеспечивает стабильную работу всей платы в целом. Естественно, что именно замена жидкого электролита на твердый и привела к тому, что срок службы значительно вырос.

Конденсаторы широко применяются в электротехнике в качестве элементов, сглаживающих пульсации переменного тока, фильтров частоты, или накопителей энергии. Кроме того, эти радиодетали можно применять в качестве гальванической развязки. Технологий изготовление множество, принцип общий: между двумя обкладками кроме диэлектрика размещается особое химическое вещество, определяющее характеристики. Для электроустановок постоянного тока, применяются электролиты. Это недорогая технология, которая имеет серьезный недостаток: жидкость может закипеть от перегрузки или высокой температуры, и тогда конденсатор буквально взрывается. К счастью, такой «экстрим» случается редко: в большинстве случаев корпус просто разрушается, теряет герметичность, и электролит вытекает на монтажную плату.

Поэтому в ответственных узлах применяются конденсаторы, изготовленные по иной технологии. Вместо жидкого электролита применяется токопроводящий органический полимер. Он имеет фактически твердую консистенцию, поэтому при экстремальных нагрузках (включая температурные) опасности не представляет. Такие конденсаторы называются твердотельными (по причине отсутствия жидких фракций). Характеристики этих элементов не уступают традиционным «электролитам», однако стоимость деталей существенно выше. Есть еще один недостаток твердотельной конструкции — ограничения по вольтажу. Верхний предел напряжения не более 35 Вольт. Учитывая область применения (компьютеры, бытовая техника, автомобили), это не является большой проблемой.

По причине высокой стоимости, домашние мастера стараются избегать покупки дорогих деталей, используя б/у компоненты для замены. В любом случае, чтобы не тратить лишние деньги, необходимо знать, как проверить твердотельный конденсатор.

Как работает полимерный конденсатор

Чтобы проверить любой прибор, желательно понимать механизм его работы. Поскольку тема нашего материала — твердотельные конденсаторы (аналоги электролитических), значит речь пойдет о радиоэлементах для постоянного тока, то есть полярных. Все со школьной скамьи помнят эту иллюстрацию:

Две металлические пластины с диэлектриком между ними (для лаборатории подойдет даже воздух). Если на контакты подать потенциал, между пластинами накапливается разноименные заряды, и в пространстве между ними возникает электрическое поле. При отсутствии электрической цепи это поле может сохраняться достаточно долго (современные элементы обеспечивают утечку заряда, стремящуюся к нулю). Именно это свойство лежит в основе применения конденсаторов.

Элемент имеет определенные основные характеристики:

• Рабочее напряжение определяется величиной, при которой не наступает пробой диэлектрика. Конденсаторы выглядят совсем не так, как мы привыкли видеть на лабораторном столе в классе физики. Детали весьма компактны, соответственно расстояние между пластинами минимально. Отсюда ограничение по предельному напряжению.
• Емкость конденсатора — его главный параметр. Он определяет, сколько электрической энергии деталь может накопить и удерживать в себе. Величина напрямую зависит от площади пластин.

• Параметры утечки. Могут определяться током потери накопленного заряда, либо сопротивлением диэлектрика. Идеальные показатели возможны только в вакууме, но такие конденсаторы для бытового использования не выпускаются.
• Температурный коэффициент: определяется дельтой изменения емкости в зависимости от температуры.
• Точность — указывается в процентах. Показывает разброс параметров емкости от эталонной (маркировочной) величины.

Важно: несмотря на большое количество параметров, измерению (проверке) подлежат лишь два из них: емкость и сопротивление диэлектрика.

Устройство электролитических и твердотельных конденсаторов

Радиокомпоненты такого класса применяются в электронных устройствах с высокими требованиями по габаритам. Поэтому вопрос компромисса между площадью обкладок (от этого зависит емкость) и размерами корпуса — головная боль разработчиков. Проблема решается технологически просто:

Изготавливается так называемых сэндвич, стоящий из двух тончайших обкладок, между которыми прокладывается слой пропитанной электролитом бумаги (в электролитических моделях) или токопроводящий полимер (твердотельные конденсаторы). Обычно используется танталовая или алюминиевая фольга. В качестве диэлектрика применяется естественный оксидный слой одной из пластин. У него низкая проводимость, которая определяет ток утечки емкости.

Такая конструкция может занимать достаточно большую (по меркам радиодеталей) емкость. Поэтому ее сворачивают в плотный рулон, где в качестве разделителя между слоями выступает тонкая электро-бумага (смотрим иллюстрацию). Она не участвует в схеме работы конденсатора.

Наружная оболочка выполнена из алюминия, на нее наносится информация о характеристиках.

Преимущества твердотельных конденсаторов

• В сравнение с электролитической конструкцией, существенно снижено эквивалентное последовательное сопротивление. Благодаря этому деталь практически не нагревается на высоких частотах.
• Значительная величина тока пульсаций делает работу более стабильной, особенно в схемах обеспечения электропитанием.
• Твердотельные конденсаторы практически не зависят от температуры. Кроме физической защиты от раздувания корпуса, это свойство позволяет сохранять параметры при нагреве.
• Продолжительность жизни. Если принять за эталон рабочую температуру 85 °C, срок эксплуатации (без потери характеристик) в 6 раз больше, чем у электролитов. Обычно эти детали без проблем работают не менее 5 лет.

Самостоятельная диагностика конденсатора

Поскольку мы говорим о деталях для работы с постоянным током, не имеет значения, какая применяется технология: электролитическая или полимерная. Проверка полярных конденсаторов выполняется одинаково.

Прежде всего, выполняется внешний осмотр. Электролиты не должны иметь следов вздутия, особенно на торце, где есть насечка в виде креста. При осмотре твердотельных корпусов можно увидеть термические повреждения с нарушением геометрии.

Разумеется, необходимо проверить крепление ножек. Компактная конструкция подразумевает небольшие размеры всех компонентов. Ножки могут банально оторваться еще на стадии сборки.

Если внешний осмотр не дал результатов, проводим тестирование с помощью мультиметра

В любом случае, для выполнения этих работ необходимо выпаять деталь из платы. Делать это надо осторожно, чтобы не выдернуть контактные ножки из корпуса.

Если ваш прибор имеет специализированный разъем для проверки, диагностика выполняется в соответствии с инструкцией к мультиметру. Обязательно проводится весь комплекс тестирования (если такой алгоритм имеется). Подключать нужно правильно, соблюдая полярность. Маркировка обязательно присутствует на корпусе детали. При такой проверке вы не только проверите исправность, но и увидите значение емкости.

Проверка работоспособности конденсатора начинается с измерения сопротивления. Делается это не так, как на резисторах или диодах. Чтобы понять принцип проверки, вспомним основные свойства конденсатора. При накоплении заряда сопротивление между обкладками увеличивается. Для начала необходимо разрядить элемент (снять остаточный заряд). Разумеется, это справедливо лишь для исправной детали. Надо просто замкнуть ножки любым проводником, или сомкнуть их между собой.

Важно: электролитические конденсаторы могут работать с напряжением до 600 Вольт и более, поэтому их разряжают только инструментом с изолированной рукояткой.

Проверка межобкладочного замыкания

Даже такой надежный конденсатор, как твердотельный, может иметь банальные физические повреждения. Например, замыкание между обкладками или на корпус. В первом случае сопротивление не увеличится до бесконечности, хотя первое время будет плавно увеличиваться. При пробое на корпус, сопротивление между одной из ножек и внешней оболочкой будет критически маленьким.

В обоих случаях, такие конденсаторы следует отнести к браку, восстановлению они не подлежат.

Проверка истинных значений емкости

Как проверять детали с помощью специализированного мультиметра, мы уже рассматривали. Однако для проверки твердотельного (электролитического) конденсатора недостаточно просто зафиксировать факт исправности. Особенно, если радиоэлемент под подозрением, либо вы хотите использовать деталь, бывшую в употреблении. Необходимо использовать прибор, с достаточным диапазоном измерения емкости.

Тестирование проводится в несколько этапов:

• несколько раз соединяем конденсатор с клеммами прибора, затем разряжаем его замыканием, и снова проверяем;
• нагреваем радиодеталь с помощью термофена до температуры 60–85°C, и проверяем значение емкости: разброс параметров не должен превышать допустимую погрешность (указано на корпусе).

Важно: обязательно соблюдайте полярность при проведении измерений. Это необходимо не только для получения истинного значения. При напряжении питания прибора хотя бы 9 вольт (такие мультиметры встречаются часто), конденсатор может выйти из строя из-за переполюсовки.

Практическое применение на автомобиле

Далеко не все домашние мастера будут тестировать элементную базу материнских плат компьютеров. А вот навыки, как проверить конденсатор трамблера, пригодятся любому автолюбителю. Изучим методику на примере классики ВАЗ.

• Для проверки необходимо отсоединить кабель, идущий от трамблера до конденсатора. Он обычно соединен с одним контактом прерывателя. Между контактами закрепляем лампу мощностью 35–50 Вт (разумеется, с напряжением 12 вольт). Если при включении зажигания лампа загорелась, конденсатор неисправен, то есть «пробит» (это самая характерная поломка). Если «контролька» не светится — конденсатор исправен.
• Второй способ можно применять в крайнем случае, если у вас не нашлось лишней лампы. После включения зажигания, необходимо быстро и вскользь коснуться контактами друг к другу. Если ничего не происходит — конденсатор в порядке. При наличии искрения — радиоэлемент «пробит».

Для того, чтобы проверить твердотельные либо электролитические конденсаторы, не обязательно иметь образование радиоинженера. Руководствуясь нашими советами, вы сможете точно определить исправность радиодеталей, и сэкономить средства на покупку новых элементов. Учитывая высокую стоимость именно таких конденсаторов, снижение затрат на ремонт будет ощутимым.

Видео по теме

Полимерные алюминиевые твердотельные конденсаторы Koshin — Статьи

Конденсаторы KOAS, производство Shenzhen Koshin Electronics Limited

• Малый импеданс на высоких частотах
• Великолепная температурная стабильность
• Длительное время работы
• Стабильная емкость, даже при температуре -55°C
• Допускаются большие токи пульсаций

Благодаря улучшенной внутренней конструкции, конденсаторы с токопроводящим полимером обладают великолепными характеристиками.

Конденсаторы с радиальными выводами, DIP

Конденсаторы поверхностного монтажа, SMD

Серия	Применение	Номинальное постоянное напряжение, VDC	Диапазон емкостей, мФ	Рабочая температура, °C	Время работы (жизни), ч
VR	Большие токи пульсаций, малое ESR	2. 5~35	6.8~1500	-55 ~ +105	2000
VT	Большие токи пульсаций, малое ESR, длительное время работы	4~25	39~680		5000
VX	Высокотемпературные, большие токи пульсаций	2.5~16	100~1500	-55 ~ +125	2000

Что такое конденсаторы с токопроводящим полимером?

Внешне похожи на электролитические конденсаторы.

Но отличаются от них определенными электрическими характеристиками: исключительно низкое эквивалентное последовательное сопротивление и тангенс угла диэлектрических потерь. Не содержат жидких наполнителей.

Внутренняя структура конденсаторов с токопроводящим полимером.

В традиционном электролитическом конденсаторе разделительный слой пропитан электролитом, а в полимерном конденсаторе слой пропитан полиэтилендиокситиофеном (PEDOT).

Поперечный разрез конденсатора с токопроводящим полимером.

Технология изготовления

Этапы технологии изготовления конденсаторов с токопроводящим полимером:

• Травление алюминиевой фольги
• Формовка
• Резка фольги
• Добавление выводов и разделительных листов
• Сворачивание
• Формовка и карбонизация
• Полимеризованный органический полупроводник
• Вставка в корпус и полимеризация
• Запечатывание корпуса резиной
• Выдержка и проверка
• Формовка и маркировка

Окисление полимерного слоя.

Характеристики полимерных конденсаторов

Тип конструкции

Смотанная лента (радиальный), подобен традиционным электролитическим конденсаторам.

Диапазон изменения основных параметров

• Напряжение: 2,5~63В
• Емкость: 10~3500мкФ

Электролит: Ethylene Dioxythiophene (EDOT)

PEDOT-PSS обладает очевидными преимуществами по электропроводности, температурной и химической стабильности, и т.д. На сегодняшний день это лучший твердый электролит по совокупности параметров.

Малый импеданс на высоких частотах

Очень низкий импеданс в диапазоне частот 100кГц…1МГц позволяет использовать конденсаторы для фильтрации различных помех и шумов.

Сравнение: конденсатор с токопроводящим полимером, электролитический конденсатор, танталовый конденсатор. Зависимость импеданса от частоты.

— Solid Al cap 47mkF/16WV – алюминиевый твердотельный конденсатор 47мкФ/16В

— AL-E (low impedance) 47mkF/16WV – алюминиевый электролитический конденсатор с низким импедансом 47мкФ/16В

— Ta cap. 47mkF/16WV – танталовый конденсатор 47мкФ/16В

— AL-E (low impedance) 1000mkF/16WV – алюминиевый электролитический конденсатор с низким импедансом 1000мкФ/16В

Великолепные температурные характеристики

ESR, эквивалентное последовательное сопротивление, практически не изменяется в диапазоне температур -55…+105°C. Поэтому конденсаторы с токопроводящим полимером подходят для работы в жестких условиях при низких температурах.

Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора емкостью 10мкФ на частоте 100кГц
Сравнение: конденсатор с токопроводящим полимером, электролитический конденсатор, танталовый конденсатор. Зависимость ESR от температуры.

Хорошая долговременная стабильность

Благодаря твердому электролиту, характеристики не изменяются в течение длительного времени.

• L — ожидаемое время работы
• L₀ — каталожное время работы
• T – температура окружающей среды, °C
• T₀ — максимальная рабочая температура, °C

Оценка времени работы.

Стабильность емкости при низких температурах

Емкость конденсатора с токопроводящим полимером может оставаться стабильной при низких температурах.

• электролитический конденсатор: пониженная подвижность ионов при низких температурах приводит к быстрому уменьшению емкости и увеличению ESR.
• конденсатор с токопроводящим полимером: характеристики остаются стабильными в более широком диапазоне температур.

Температурные характеристики

Изменение емкости на частоте 120Гц для конденсатора емкостью 10мкФ.

Сравнение: конденсатор с токопроводящим полимером, электролитический конденсатор, танталовый конденсатор, керамический конденсатор. Зависимость емкости от температуры.

Большие токи пульсаций

Конденсаторы с токопроводящим полимером могут выдерживать большие токи пульсаций благодаря очень низкому ESR.

Сравнение допустимых токов пульсаций при различных условиях работы, для различных типов конденсаторов.

— твердотельный алюминиевый конденсатор (проводящий полимер)

— твердотельный алюминиевый конденсатор (органический полупроводник)

— алюминиевые конденсатор с жидким электролитом (LOW ESR)

— твердотельный танталовый конденсатор (Ta-cap)

Сравнение конденсаторов

Сравнение конденсаторов с токопроводящим полимером и электролитических конденсаторов

Забота о потребителях KOAS

Опора на новые технологии

В состав KOAS входит профессиональный научный отдел, который специализируется на конденсаторах, включая конденсаторы с токопроводящим полимером.

Производственные возможности

Общая площадь производственных помещений 3000 квадратных метров. Число производственных линий: 10 (позволяет выпускать 8 миллионов единиц продукции в месяц).

Управление процессами

Опираясь на многолетний опыт научного отдела в области конденсаторов с токопроводящим полимером, компания создала соответствующую структуру производства, которая постоянно оптимизируется.

Контроль качества

Для обеспечения качества конденсаторов с токопроводящим полимером создана специальная команда профессионалов. Процедуры контроля качества начинаются уже на этапе проверки исходного сырья и материалов.

Ценовое преимущество

Усилия снабженцев KOAS направлены на контроль закупочных цен, в то же время инженеры постоянно улучшают технологический процесс, чтобы увеличивать выработку годной продукции. Кроме того, KOAS следит за требованиями рынка, обеспечивая потребителей качественной, и одновременно недорогой продукцией.

Постоянные разработки

KOAS рассматривает конденсаторы с токопроводящим полимером как ключевую продукцию в будущем. Мы будем фокусироваться на инвестициях и научных разработках для конденсаторов с токопроводящим полимером. Мы нацелены на разработку продукции в соответствии с тенденциями на сегодняшний день и в обозримом будущем.

• модернизация оборудования для увеличения производительности;
• благодаря разработке новых исходных материалов мы увеличили максимальное напряжение с 63В до 100В, и продлили время работы с 5000 до 6000 часов. Вся новая продукция тестируется на надежность.

Производственное оборудование KOAS

Сварочный станок
Полимерные печи компании Precision
Сборочный станок
Маркировочный аппарат

9 октября 2018 г.

Танталовые конденсаторы [подробная статья] — маркировка, типы (smd/чип), полярность, особенности применения

Наверное, у каждого радиолюбителя хоть раз да взрывался танталовый конденсатор из-за неправильной переплюсовки.

В этой статье я расскажу, что такое танталовый конденсатор, зачем он нужен и как вообще с ним работать.

Если после прочтения у вас останутся вопросы – смело задавайте их в комментариях, а я постараюсь ответить.

Содержание статьи

Твердотельные танталовые конденсаторы по большинству параметров соответствуют требованиям к современным электронным устройствам. Они отличаются малыми габаритами, высокой удельной емкостью, надежностью (при соблюдении правил на всех этапах их жизни) и совместимостью с общепринятыми технологиями монтажа. Преимуществом является и то, что важный параметр конденсатора – ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) – с ростом частоты не возрастает, а в некоторых случаях даже уменьшается. Чтобы сократить число отказов и продлить рабочий период устройства, необходимо учитывать его индивидуальные особенности при изготовлении, хранении, монтаже и во время работы.

Так выглядят танталовые конденсаторы

Почему тантал используют для производства конденсаторов

Тантал способен при окислении формировать плотную оксидную пленку, толщину которой можно регулировать с помощью технологических приемов, тем самым изменяя параметры конденсатора.

Помимо тантала конденсаторы делают из керамики, слюды, бумаги и алюминиевой фольги.

Описание и назначение танталовых конденсаторов

Современные танталовые конденсаторы имеют малые размеры и относятся к чип-компонентам, которые предназначены для монтажа на плате. Иначе такие детали называются SMD, что расшифровывается как «компоненты поверхностного монтажа». SMD детали удобны для автоматизированных процессов монтажа и пайки на печатные платы.

Основное назначение электролитических поляризованных танталовых конденсаторов – действовать в комплексе с резистором с целью обработки сигнала и сглаживания его пиков и острых импульсов.

Конденсаторы широко используются в автомобильной, промышленной, цифровой, аэрокосмической технике.

Устройство танталовых твердотельных конденсаторов

Танталовый конденсатор относится к электролитическому типу. В его состав входят 4 основные части: анод, диэлектрик, твердый электролит, катод. Изготовление танталового конденсатора состоит из ряда достаточно сложных технологических операций.

Изготовление анода

Пористую гранулированную структуру получают прессованием из высокоочищенного танталового порошка. В процессе спекания в условиях глубокого вакуума при температурах +1300…+2000°C из порошка образуется губчатая структура с развитой площадью поверхности. Благодаря ей, обеспечивается высокая емкость при небольшом объеме. Танталовый конденсатор при одинаковой с алюминиевым устройством емкости имеет гораздо меньший объем.

Формирование диэлектрического слоя

Диэлектрический оксидный слой выращивают на поверхности анода из пентаоксида тантала в процессе электрохимического окисления. Толщину оксида можно регулировать изменением напряжения. Обычно толщина диэлектрической пленки составляет доли микрометра. Оксидный слой имеет не кристаллическую, а аморфную структуру, которая обладает значительным электросопротивлением.

Получение электролита

Электролитом служит твердотельный полупроводник – диоксид марганца, – который получают термообработкой солей марганца в ходе окислительно-восстановительного процесса. Для этого анодный губчатый слой покрывают солями марганца, а затем нагревают их до получения диоксида марганца. Процесс повторяют несколько раз до полного покрытия анода.

Формирование катодного слоя

Для улучшения контакта электролит покрывают графитовым, а затем металлическим слоем. В качестве металла обычно используют серебро. Сформированный композит запрессовывают в компаунд.

Особенности танталовых конденсаторов

В отличие от электролитических, танталовые конденсаторы при переплюсовке или пробое взрываются. Сила взрыва зависит от размеров конденсатора и может повредить как соседние элементы, так и монтажную плату.

Пробои танталовых конденсаторов

При использовании этих эффективных, но немного капризных устройств, необходимо контролировать появление состояния отказа, поскольку известны случаи их возгорания при отказе. Отказы связаны с тем, что при неправильной эксплуатации пентаоксид тантала меняет аморфную структуру на кристаллическую, то есть из диэлектрика он превращается в проводник. Смена структур может наступить из-за слишком высокого пускового тока. Пробой диэлектрика вызывает повышение токов утечки, которые в свою очередь приводят к пробою самого конденсатора.

Причиной неприятностей, связанных с эксплуатацией танталовых конденсаторов, может быть диоксид марганца. Кислород, который присутствует в этом соединении, вызывает появление локальных очагов возгорания. Пробои с возгоранием характерны для старых моделей. Новые технологии позволяют получать более надежную продукцию.

Пробои, которые произошли при высоких температурах и напряжении, могут вызывать эффект лавины. В этом случае повреждения часто распространяются на большую часть или всю площадь устройства. Если же площадь кристаллизованного пентаоксида тантала небольшая, то часто происходит эффект самовосстановления. Он возможен, благодаря преобразованиям, происходящим в электролите в случае пробоя диэлектрика. В результате всех превращений кристаллизованный участок-проводник оказывается окруженным оксидом марганца, который полностью нейтрализует его проводимость.

Другие дефекты танталовых конденсаторов

Кроме пробоя, в результате неправильной производственной технологии и нарушения правил транспортировки и хранения в конденсаторе возникают и другие дефекты:

• Механические. Первый вид таких дефектов может появиться на выращенном диэлектрике в результате его резкого удара о твердую поверхность. Второй – при образовании электролитного слоя из-за совместного действия теплового удара и внутреннего давления газов в порах.
• Примеси и включения. При нарушении производственной технологии на поверхности тантала могут появиться посторонние вещества – углерод, железо, кальций, которые приводят к неравномерности диэлектрического слоя.
• Кристаллизованные участки диэлектрика, которые появились при изготовлении устройства. Кристаллизация может происходить из-за несоответствия состава электролита технологическим требованиям и неправильного температурного режима процесса.

Недостатки танталовых конденсаторов

Танталово-полимерные конденсаторы

Большая часть проблем, характерных для танталовых конденсаторов, решена в танталово-полимерных аналогах. В качестве электролита в танталово-полимерных конденсаторах вместо диоксида марганца используется токопроводящий полимер. Он дает минимальный ESR, что позволяет пропускать гораздо большие токи, по сравнению с танталовыми предшественниками. Танталово-полимерные устройства успешно применяются в качестве сглаживающих конденсаторов в источниках питания и преобразователях напряжения.

Токопроводящий полимер обеспечивает низкую чувствительность к импульсам тока, стойкость к внешним факторам, отсутствие деградации структуры, более высокий срок службы. Высокая стабильность емкости в широком интервале частот и температур позволяет применять танталово-полимерные устройства в промышленной, телекоммуникационной и автомобильной электронике и других областях, для которых характерно колебание рабочих температур.

Основные параметры танталовых конденсаторов

Для определения безопасного режима работы необходимо рассчитать уровни разрешенных значений тока и напряжения. Для расчетов необходимо знать следующие параметры танталовых конденсаторов, которые отражаются в документации:

• Номинальная емкость. Эти устройства имеют высокую удельную емкость, которая может составлять тысячи микрофарад.
• Номинальное напряжение. Современные модели этих устройств в большинстве рассчитаны на напряжения до 75 В. Причем, для нормальной работы в электрической схеме, деталь нужно использовать при напряжениях, которые меньше номинального. Эксплуатация танталовых конденсаторов при напряжениях, составляющих до 50% от номинального, снижает показатель отказов до 5%.
• Импеданс (полное сопротивление). Содержит индуктивную составляющую, параллельное сопротивление, последовательное эквивалентное сопротивление (ESR).
• Максимальная рассеиваемая мощность. При приложении к танталовому устройству переменного напряжения происходит выработка тепла. Допустимое повышение температуры конденсатора за счет выделяемой мощности устанавливается экспериментально.

Особенности проектирования плат и монтажа танталовых конденсаторов

Для этих устройств подходят практически все материалы печатных плат – FR4, FR5, G10, фторопласт, алюминий. Форма, размер посадочного места и способ монтажа указываются производителями деталей. Изменить рекомендуемые параметры монтажа может специалист, имеющий достаточно знаний и навыков, чтобы правильно скорректировать температуру пайки.

Перед монтажом на плату наносят паяльную пасту. Толщина слоя – 0,178+/-0,025 мм. Для того чтобы флюс, находящийся в пасте, эффективно растворил оксиды с мест контакта, подбирают оптимальный температурный режим пайки. Обычно это делают опытным путем.

Монтаж на плату осуществляется вручную или с помощью автоматизированного оборудования любого типа, применяемого сегодня. Пайка производится: вручную, волновым способом, в инфракрасных или конвекционных печах. Температурный режим предподогрева и пайки обычно предоставляют производители конкретной продукции.

Маркировка танталовых конденсаторов

В маркировке конденсаторов указывают стандартные параметры: емкость, номинальное напряжение, полярность. На корпусах типов B, C, D, E, V отображают все параметры, а на корпусе типа A вместо номинала напряжения указывают его буквенный код. В маркировке может указываться дополнительная информация – логотип производителя, код даты производства и другая.

Таблица буквенных кодов напряжения для корпусов типа A

Типы корпусов танталовых конденсаторов и их размеры

Обозначение танталовых конденсаторов на схеме

На схеме электролитические поляризованные конденсаторы, к которым относится танталовое устройство, обозначаются двумя параллельными линиями, идущими от них выводами и значком «+».

Обозначение конденсаторов на схеме (по ГОСТу)

Особенности хранения

Танталовые конденсаторы способны сохранять рабочие характеристики в течение длительного времени. При соблюдении нужного режима (температура до +40°, относительная влажность 60%) конденсатор при длительном хранении теряет способность к пайке, сохраняя другие рабочие характеристики.

Общие рекомендации по продлению срока службы танталового конденсатора и повышению безопасности его эксплуатации:

• Соблюдение требований техпроцессов;
• Многоступенчатый контроль качества продукции;
• Соблюдение условий хранения;
• Выполнение требований к организации рабочего места для монтажа устройств на плату;
• Соблюдение рекомендуемого температурного режима пайки;
• Правильный выбор безопасных рабочих режимов;
• Соблюдение требований по эксплуатации.

Заключение

Постарался подробно объяснить, что представляет из себя танталовый конденсатор и для чего он нужен.

Если у вас есть какие-либо замечания или вопросы по теме – смело задавайте их в комментариях, постараюсь ответить!

Была ли статья полезна?

Да

Нет

Оцените статью

Что вам не понравилось?

Другие материалы по теме

Анатолий Мельник

Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Твердотельные полимерные алюминиевые конденсаторы — Nichicon

Твердотельные полимерные алюминиевые конденсаторы отличаются чрезвычайно низким ESR (эквивалентное последовательное сопротивление). По конструкции они похожи на алюминиевые электролиты, имеют рабочее напряжение от 2.5 до 125 В*,  ёмкость от 3.3 до 4700 мкФ*, расширенный температурный диапазон от -55 до 150 ⁰С.

Главным преимуществом данных конденсаторов, производства компании nichicon,  является способность выдерживать высокую температуру в процессе пайки, а также отсутствие легковоспламеняющихся материалов.

* — в зависимости от серии

Выводные:

Для поверхностного монтажа:

Что это — твердотельные конденсаторы? Маркировка и классификация

Высоковольтные конденсаторы

В высоковольтных устройствах (умножителях напряжения, генераторах Маркса, катушках Тесла, мощных лазерах и т.п.) применяют высоковольтные конденсаторы, отличающиеся по конструкции от низковольтных. Они используются в схемах с напряжением более 1600 В. Некоторые разновидности высоковольтных электронных устройств:

• К75-25 – импульсные модели, используемые в схемах с напряжением до 50 кВ. Их емкость – 2-25 нФ. Благодаря возможности работать с токами частотой 500 Гц, эффективны в искровых катушках Тесла.
• К15-4. Этот тип конденсатора можно определить по корпусу цилиндрической формы зеленого цвета. Имеют небольшую емкость и используются в генераторах Маркса, старых телевизорах, умножителях напряжения и других высоковольтных низкочастотных схемах.
• К15-5. Керамические детали кирпичного цвета, компактных габаритов, дисковой формы. Максимальное напряжение – 6,3 кВ, используются в высокочастотных фильтрах.

Влияние ЭПС конденсатора на параметры источника питания

Сравнение ЭПС твердотельного полимерного конденсатора с другими аналогами показывает, что оно минимально и составляет 11 мОм. Его измеряют на стандартной частоте 100 кГц при температуре 20 °С. ЭПС низкоимпедансного конденсатора в 8 раз больше, а для алюминиевого оно увеличивается двадцатикратно. Причем в отличие от твердотельного полимерного для выбранных аналогов ЭПС измеряют на частоте 120 Гц, что дополнительно ухудшит их показатели на рабочих частотах в десятки килогерц. Данный параметр сильно зависит от емкости конденсатора, рабочей частоты и используемых в изготовлении материалов. Более подробно данное свойство конденсаторов будет рассмотрено ниже.

Для того чтобы понять важность данного параметра, обратимся к рис. 3, где изображены схема включения конденсатора С и его эквивалентная схема замещения. На рисунке в виде отдельного резистора R отображено ЭПС, и как отдельный дроссель L – эквивалентная последовательная индуктивность (ЭПИ). Конденсатор включен между импульсным источником питания (ИИП), преобразующим напряжение 12 В в более низкое 5 В, и некоторой нагрузкой, составленной из цифровых интегральных микросхем (ИМС).

В работе понижающего ИИП можно наблюдать два полупериода, что сказывается на выходном напряжении ИИП, как это показано на рис. 4. На первом полупериоде происходит передача определенной порции электрической энергии в накопительный конденсатор С1 и параллельно в нагрузку ИМС, при этом пульсирующее напряжение на нагрузке и фильтрующем алюминиевом конденсаторе с жидким электролитом возрастает от 4,93 до 5,07 В (рис. 4а). На втором полупериоде выход ИИП отключен от нагрузки, и ее питание осуществляется за счет энергии, накопленной конденсатором, при этом пульсирующее напряжение снижается от 5,07 до 4,93 В. Таким образом, размах пульсаций составляет 140 мВ, в то время как средний уровень выходного напряжения, поддерживаемый системой регулирования в ИИП, соответствует требуемому значению 5 В.

Пульсации рабочего напряжения следует учитывать при выборе конденсатора. Запас максимально допустимого рабочего напряжения с учетом пульсаций, как показано в таблице, установлен с коэффициентом 1,15 от номинального для твердотельного полимерного конденсатора и 1,25 для остальных, что составляет 18,4 и 20 В соответственно.

На другой осциллограмме (рис. 4б) показано, как изменятся пульсации выходного напряжения, если вместо алюминиевого с жидким электролитом применить твердотельный полимерный конденсатор той же номинальной емкости 470 мкФ. Здесь отчетливо заметно, что резко снизился размах пульсаций – от 140 до 30 мВ. Такому факту можно дать простое объяснение, если обратиться к рис. 3. Поскольку ЭПС конденсатора включено параллельно нагрузке, постоянная составляющая тока I= проходит к нагрузке напрямую, не ощущая наличия конденсатора. Но на пульсации, то есть переменную составляющую тока I~, ЭПС оказывает шунтирующее воздействие, отводя на общий провод питания их основную часть, как показано на рисунке. Чем меньше ЭПС, тем сильнее шунтирование, что подтверждает сравнение рисунков 4а и 4б.

Необходимо заметить, что при смене фильтрующего конденсатора изменился не только размах пульсаций, но и форма. При этом примерно равными остаются очень резкие игольчатые броски напряжения. Причина их присутствия обусловлена наличием в конденсаторах ЭПИ, показанной как отдельный дроссель на рис. 3. Резкое изменение тока при его пульсации порождает на ЭПИ напряжение ЭДС самоиндукции, накладывающееся на выходное напряжение. При больших ЭПС относительный вклад игольчатых фрагментов в пульсациях напряжения малозаметен, и общая форма пульсаций носит пилообразную форму. При малых ЭПС относительный вклад ЭПИ возрастает, поэтому пульсации вместо пилообразной приобретают экспоненциальную форму. Следовательно, наблюдая за формой пульсаций выходного напряжения, можно сделать определенный вывод о влиянии на данный параметр ИИП величины ЭПС примененных конденсаторов и выбрать наилучший.

Как показано на рис. 3, пульсации высокочастотного тока порождаются не только в ИИП. Нагрузка ИМС, объединяющая в общем случае ряд цифровых устройств (коммутатор, триггер, схема совпадения, счетчик, сдвигающий регистр и пр.) является нестационарной. В ходе срабатывания отдельных элементов в ИМС также могут возникнуть значительные импульсные токи i~, и если ЭПС фильтрующего конденсатора будет недостаточно мало, шунтирование вторичных помех окажется неэффективным. В этом случае помеховые сигналы от ИМС смогут проникнуть на другие узлы, подключенные к общему ИИП, и вызвать отказ в работе прибора в целом. Поэтому в ответственных случаях проектирования конструктор должен осознанно выбирать фильтрующий конденсатор таким, чтобы он надежно подавлял пульсации тока как со стороны ИИП, так и со стороны нагрузки.

Керамические конденсаторы

Керамические и стеклокерамические конденсаторы с твердым неорганическим диэлектрическим слоем выпускаются в высоковольтном и низковольтном исполнении. Отличаются компактными размерами и надежностью. Широко востребованы в вычислительной, бытовой, медицинской, военной техники, транспорте. По номинальному напряжению их разделяют на высоко- и низковольтные.

По типу конструкции выпускают следующие керамические конденсаторы:

• КТК – трубчатые;
• КДК – дисковые;
• SMD – поверхностные и другие.

Для изготовления керамических конденсаторов используют не обожженную глину, а материалы, сходные с ней по структуре, – ультрафарфор, тиконд, ультрастеатит. Обкладка – серебряный слой. Керамические и стеклокерамические устройства используются в схемах, в которых важных частотные характеристики, невысокие потери при утечке, компактные габариты, невысокая стоимость.

Влияние частоты на параметры конденсаторов

На рис. 3 представлена общепринятая схема замещения конденсатора, включающая в себя электрическую емкость, ЭПС и ЭПИ. Потребность реального учета ЭПС и ЭПИ в конденсаторах возникла после того, как схемотехническое построение источников питания (ИП) как в промышленной, так и бытовой электронике претерпело качественный скачок. Используемые ранее низкочастотные ИП с трансформаторами, работающими на частоте 50 Гц, за какое-то десятилетие почти повсеместно были вытеснены ИИП благодаря их более совершенным массогабаритным показателям и более высокому КПД. Однако при этом принцип импульсного преобразования энергии на частотах в десятки килогерц предполагал, что рабочие частоты фильтрующих конденсаторов должны существенно возрасти, поскольку спектральные составляющие таких коммутирующих импульсов размещаются в диапазоне сотен килогерц – единиц мегагерц.

Для этого потребовалось учитывать полное сопротивление конденсатора Z, характер изменения которого с частотой f определяют емкостная составляющая XC=1/2πfC и индуктивная XL=2πfL, как это изображено на рис. 10. Поскольку емкостное сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте, с ростом частоты оно уменьшается.

Индуктивное, прямо пропорциональное частоте, наоборот – возрастает. Существует также некоторая резонансная частота fрез, на которой емкостная составляющая сопротивления по модулю уравнивается с индуктивной. Явлением резонанса обусловлен характер изменения модуля полного сопротивления, включающего в себя геометрическую сумму всех компонентов – активного R=ЭПС и реактивных XL, XC:

Геометрическое суммирование можно выполнить на рисунке сложением отдельных графических компонентов и убедиться, что модуль полного сопротивления вначале монотонно уменьшается, затем стабилизируется на уровне, близком к эквивалентному последовательному сопротивлению, после чего начинает расти.

Подставив в вышеприведенную формулу параметры сравниваемых низкоимпедансного и полимерного конденсаторов, можно получить диаграмму изменения модуля их полного сопротивления, приведенную на рис. 11. Но это, если можно так выразиться, «теоретический продукт», не учитывающий, что емкость конденсаторов с изменением частоты отнюдь не стабильна. На практике эта зависимость весьма сильная, особенно для танталового конденсатора, как это иллюстрирует рис. 12. Алюминиевые конденсаторы с жидким электролитом, уступающие танталовым по своим параметрам, рассматривать в данном аспекте не имеет смысла. Сравнивая графики для полимерных и танталовых конденсаторов, видим, что на частоте 1 кГц емкость танталового конденсатора снижается почти на 13%, на 10 кГц – на 27%, и когда частота достигает 100 кГц – уменьшается в 2 раза! Можно ли такой конденсатор применять в ответственных проектах? Ответ вполне ожидаемый.

При тех же условиях твердотельный полимерный конденсатор свою емкость почти не меняет и имеет неоспоримое преимущество перед аналогами как по частотной стабильности своих параметров, так и температурной, о чем шла речь в предыдущем разделе статьи. Но при этом никак не был затронут вопрос о влиянии температуры на долговечность конденсаторов. Рассмотрим его особо.

Влияние температуры на долговечность конденсаторов

Как установлено многолетними исследованиями, на долговечность оксидных конденсаторов определяющее влияние оказывает температура корпуса, которая зависит как от температуры окружающего воздуха (внешней теплоты), так и теплоты, порождаемой внутри конденсатора (внутренней теплоты). Внешняя теплота вызывает ускоренную деградацию образующих конденсатор элементов (рис. 1) – резинового уплотнительного диска, электролита, алюминиевых обкладок, а также испарение электролита, как упоминалось ранее. Эти разрушительные процессы ускоряются внутренней теплотой, основным источником которой является подробно рассмотренное в предыдущем разделе рассеяние на ЭПС конденсатора пульсаций тока. Именно так создается некий порочный круг отрицательных, взаимно ускоряющих друг друга процессов: тепло порождает ухудшение параметров конденсатора, ухудшение параметров приводит к возрастанию температуры конденсатора.

Скорость протекания деградационных процессов в твердотельном полимерном конденсаторе гораздо меньше, чем в конденсаторах с жидким электролитом, поскольку стойкость полимера несравненно выше. Выполним расчет долговечности конденсаторов в зависимости от условий эксплуатации с помощью табличного процессора Excel на основе вспомогательных материалов от специалистов фирмы TEAPO. Отталкиваясь от максимально допустимой рабочей температуры 85°С для алюминиевых конденсаторов с жидким электролитом и 105 °С для твердотельных полимерных, будем в расчетах понижать рабочую температуру ступенями по 10 °С, одновременно изменяя пульсации рабочего тока на уровне 25%, 50%, 75% и 100% от максимально допустимого значения. Результаты расчета представлены в таблице 2. Анализируя полученные данные, можно убедиться в несомненном преимуществе твердотельных полимерных конденсаторов, поскольку при любых условиях их долговечность оказывается в 3…6 раз выше по сравнению с конденсаторами на основе жидкого электролита. Да и сами исходные условия для полимерных конденсаторов несопоставимо тяжелее. Например, максимально жесткий режим у конденсаторов с жидким электролитом соответствует температуре 85 °С и пульсациям тока 0,4 А, а у полимерных – 105 °С и 5 А. Аналогичный вывод можно получить при анализе диаграмм, размещенных на рис. 13. Здесь учитывают необратимое уменьшение емкости конденсатора в процессе эксплуатации и считают, что конденсатор подлежит замене при снижении емкости более допустимых техническими условиями (ТУ) пределов – 10 или 20%.

Подводя итог проведенному сравнительному анализу параметров трех различающихся по технологии изготовления типов конденсаторов, можно сделать вывод о несомненном преимуществе параметров полимерного конденсатора серии CG. Компания TEAPO производит также множество других серий полимерных конденсаторов, но в рамках одной статьи подробно их осветить просто невозможно, поэтому ограничимся лишь общей характеристикой.

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

В бумажных конденсаторах фольгированные обкладки разделяет диэлектрик из конденсаторной бумаги. Эти детали используются как в высокочастотных, так и низкочастотных цепях. Они не пользуются популярностью из-за низкой механической прочности. Более прочным вариантом является металлобумажная деталь, в которой на бумагу напыляется металлический слой.

Бумажные и металлобумажные конденсаторы выпускаются в широком интервале емкостей и номинальных напряжений. Металлобумажные варианты выигрывают в плане компактности конструкции и проигрывают по стабильности сопротивления изоляции. Дополнительный плюс металлобумажных изделий – способность к самовосстановлению электрической прочности при единичных случаях пробоев бумаги.

Маркировка

Существует маркировка твердотельных конденсаторов, которая описывает их характеристики. Наличие данной маркировки поможет понять определенные свойства конденсатора:

• Опираясь на маркировку устройства, можно точно определить рабочее напряжение для каждого конденсатора. Также стоит отметить, что данное значение должно превышать то напряжение, которое присутствует в цепи, использующей этот объект. Если не соблюсти это условие, то будут либо сбои в работе всей цепи, либо конденсатор просто взорвется.
• 1 000 000 пФ (пикофарад) = 1 мкФ. Данная маркировка у многих конденсаторов одинакова. Это связано с тем, что практически у всех устройств емкость равна или же близка к этому значению, а потому может указываться как в пикофарадах, так и в микрофарадах.

Смотреть галерею

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы отличаются повышенной энергоемкостью и используются в цепях переменного и постоянного тока. В них диэлектриком является металлооксидный слой, созданный электрохимическим способом. Он располагается на плюсовой обложке из того же металла. Другая обложка – жидкий или сухой электролит. Металл – алюминий, ниобий или тантал.

Конденсаторы постоянной емкости относятся к устаревшим. Им на смену пришли детали переменной электроемкости. Наиболее распространены электролитические конденсаторы подстроечного типа. Их емкость меняется при регулировке, но при работе схемы остается постоянной. Благодаря герметичности корпуса и твердого полупроводника, изделия стабильны при хранении и могут использоваться при низких температурах (до -80°C) и высоких частотах.

Тантал как двигатель прогресса

Одним из магистральных направлений в борьбе за уменьшение размеров элементной базы, которая ведется с первых дней существования радиоэлектроники, является увеличение частоты сигнала, проходящего по цепям. Например, силовой трансформатор, рассчитанный для работы на частоте 400 Гц, в восемь раз меньше такого же по мощности, но пятидесятигерцового.

Однако на пути прогресса встает устаревшая конструкция электролитических конденсаторов. Они сделаны на основе двух свернутых в рулон листов алюминиевой фольги, а потому большая емкость может быть достигнута только экстенсивно – путем увеличения размеров. Кроме того, из-за огромной паразитной индуктивности они плохо работают на частотах свыше 100 КГц и не могут обеспечить функционирование высокочастотных инверторных – преобразующих постоянное напряжение в последовательность прямоугольных импульсов переменной полярности – схем.

Решить проблему (сохранить большую электрическую емкость конденсатора и одновременно уменьшить его размер) удалось, используя в конструкции этого элемента редкоземельный металл тантал. По цене он превышает золото, а сложность его добычи сходна с мучениями мифического Тантала. Причина того, что именно этот металл был необходим для создания современного элемента радиотехнических схем, оказалась весьма прозаичной.

Дело в том, что непременным условием работы электролитического конденсатора является наличие оксидной пленки-диэлектрика на поверхности анода. Слой с необходимыми диэлектрическими свойствами может образовываться, например, на поверхности титана, иридия, алюминия, тантала. Но из всего ряда металлов только у последних двух его толщину можно технологически контролировать. А без этого создать элемент электронной схемы с заданными параметрами невозможно. Так что другого решения дилеммы – использовать дорогой тантал или отказаться от прогресса – просто не было. Небольшим утешением явилось то, что этого металла в конденсаторе совсем немного – сотые доли грамма.

Пленочные и металлопленочные конденсаторы

Пленочные полистирольные изделия востребованы в схемах импульсного характера, с постоянным или высокочастотным переменным током. Такая продукция выпускается с обкладками из фольги или с пленочным диэлектриком, на который наносится тонкий металлизированный слой. Для изготовления пленочного диэлектрика используются поликарбонат, тефлон, полипропилен, металлизированная бумага. Диапазон емкостей – 5 пкФ-100 мкФ. Очень популярны высоковольтные исполнения пленочных конденсаторов – до 2000 В.

Выпускаются различные типы пленочных конденсаторов, которые различаются по:

• размещению слоев диэлектрика и обкладок – аксиальные и радиальные;
• материалу изготовления корпуса – полимерные и пластмассовые, выпускают модели без корпуса с эпоксидным покрытием;
• форма – цилиндрическая и прямоугольная.

Основное преимущество такой продукции – способность к самовосстановлению, защищающая ее от вероятности преждевременного отказа. Другие плюсы – хорошие электрохимические характеристики, тепловая стабильность, способность к высоким нагрузкам при переменном токе. Благодаря выше перечисленным свойствам, пленочные и металлопленочные изделия применяются в измерительной технике, радиоэлектронике, вычислительной технике.

Оценка влияния температуры корпуса на основные параметры конденсатора

В таблице приведены значения максимально допустимых пульсаций тока в отобранных конденсаторах, составляющие 0,4 А для алюминиевого с жидким электролитом, 0,84 А для низкоимпедансного и 5 А для твердотельного полимерного конденсатора. Здесь фигурирует эффективное значение тока. Обращает на себя внимание значительное различие данного показателя для разнотипных конденсаторов, примерно одинаковых по габаритам. И вполне обоснованно можно предположить, что в данном случае главную роль играют не габариты, а эквивалентное последовательное сопротивление, столь разнящееся в зависимости от типа конденсатора и его емкости.

Если в основе ограничения напряжения на конденсаторе, содержащего пульсации, лежит опасность электрического пробоя тонкой диэлектрической окисной пленки, о чем говорилось ранее, то при ограничении пульсаций тока учитывают другой критерий, связанный с тепловым разрушением. Об отрицательном влиянии на долговечность конденсатора повышенной рабочей температуры мы поговорим несколько позже. Сейчас же лишь поясним, как учитывают и нормируют нагрев конденсатора пульсациями тока.

Известно, что при прохождении тока I через резистор сопротивлением R на нем выделяется электрическая мощность P, измеряемая в ваттах. Данное соотношение справедливо и по отношению к конденсатору, если учесть, что в качестве тока подставляют эффективное значение пульсаций тока в амперах, а эквивалентное последовательное сопротивление – в омах (чтобы мощность измерялась в ваттах), а не миллиомах, как ранее. Выделяемая на конденсаторе мощность пульсаций приводит к возрастанию температуры корпуса на ΔT градусов, которую определяют [2] по формуле:

ΔT= I2R/AH

где А– эффективная охлаждающая поверхность конденсатора, зависящая от его типоразмера, см 2; Н– коэффициент теплового излучения, численно равный примерно 1,5…2 мВт/см2 °С. Как можно заключить, градиент температуры в прилежащем к конденсатору пространстве прямо пропорционален значению ЭПС и возведенному в квадрат эффективному значению пульсаций тока и обратно пропорционален эффективной охлаждающей поверхности конденсатора.

Принято считать, что условия эксплуатации конденсатора вполне приемлемы, если разница температуры корпуса и окружающей среды не превышает 5 °С. Именно из этих соображений рассчитывают максимальное значение пульсаций тока, приведенное в таблице. Однако вполне понятно, что условия рассеяния тепла при окружающей температуре 25 и 85 °С несколько отличаются. Поэтому для учета влияния максимально допустимых пульсаций тока на нагрев конденсатора вводят дополнительный поправочный коэффициент, графическая зависимость которого от температуры представлена на рис. 5.

Предположим, несколько примененных на выходе ИИП фильтрующих конденсаторов емкостью 100 мкФ и предельным рабочим напряжением 10 В должны рассеять пульсации тока с эффективным значением 3000 мА. Температура внутри корпуса ИИП составляет 95 °С. Поскольку для полимерного конденсатора допустимые пульсации тока составляют 2320 мА, с учетом поправочного коэффициента это значение, как показано на рисунке, при повышенной температуре не изменится. Следовательно, два полимерных конденсатора с большим запасом обеспечат требуемую надежность ИИП. В случае применения аналогичных танталовых конденсаторов учитываем, что они при комнатной температуре способны рассеять пульсации тока 1149 мА, и при температуре 95 °С следует учитывать температурный коэффициент 0,9. В результате допустимые пульсации тока для них составят 1034 мА, и для нейтрализации пульсаций 3000 мА потребуется как минимум три танталовых конденсатора, что заведомо невыгодно как с надежностной, так и экономической точки зрения. Стоимость танталовых конденсаторов может быть в несколько раз больше, чем у полимерных аналогов.

Поправочный температурный коэффициент следует также учитывать при выборе максимально допустимого рабочего напряжения конденсатора, для чего служит диаграмма на рис. 6. Если, например, для питания некоторого устройства потребуется применить ИИП с выходным напряжением 10 В в условиях окружающей температуры 95 °С, в та- ком случае без малейшего ущерба для надежности могут быть применены твердотельные полимерные конденсаторы с предельно допустимым рабочим напряжением 10 В, и ни в коем случае – танталовые, у которых поправочный температурный коэффициент при заданной температуре 95 °С равен 0,92, то есть допустимое напряжение снизится до значения 10•0,92=9,2 В. Если предельное рабочее напряжение для танталовых конденсаторов при температуре 85 °С выбрать равным 16 В, то при 95 °С допустимое напряжение составит 16•0,92=14,72 В, что вполне удовлетворяет условиям эксперимента. Однако здесь не учитывается термостабильность танталового конденсатора, о чем будет пояснено далее, поэтому в жестких условиях оправданным оказывается применение только полимерных конденсаторов.

Изменение температуры корпуса приводит также к изменению номинального значения емкости алюминиевых конденсаторов с жидким электролитом, и почти не оказывает никакого влияния на низкоимпедансный и твердотельный полимерный конденсатор, как это иллюстрирует рис. 7 для конденсаторов емкостью 15 мкФ на частоте 100 кГц. Даже при температуре –30 °С алюминиевый конденсатор уменьшает свою емкость на 25%, что делает невозможным его применение в условиях отрицательных температур. Низкоимпедансный конденсатор по термостабильности номинальной емкости незначительно превосходит твердотельный полимерный, но выбор последнего более предпочтителен, так как он намного превосходит низкоимпедансный по термостабильности ЭПС, о чем наглядно свидетельствует рис. 8. На рисунке приведены диаграммы изменения ЭПС трех конденсаторов емкостью 15 мкФ на частоте 100 кГц. При снижении температуры корпуса от 25 до –20 °С ЭПС алюминиевого конденсатора с жидким электролитом изменяется в интервале 1,5…7 Ом (увеличивается в 4,7 раза), низкоимпедансного 0,68…0,9 Ом (увеличивается на 32%), у твердотельного полимерного не изменяется и составляет 18 мОм.

Теперь обратимся к рис. 3, и повторим измерения с твердотельным полимерным конденсатором емкостью 470 мкФ и предельным рабочим напряжением 16 В. Результат данного измерения повторяет полученный ранее (рис. 4б). Подчеркнем, что данные измерения проведены при комнатной температуре 25 °С. На следующем этапе исследований за счет внешнего охлаждения снизим температуру конденсатора до –20 °С, и отметим, что при этом размах пульсаций остается прежним. Попытаемся вместо полимерного конденсатора применить три алюминиевых конденсатора с жидким электролитом емкостью 470 мкФ, соединенных параллельно. При комнатной температуре пульсации напряжения иллюстрирует рис. 9а. Снова охладим конденсаторы (рис. 9б), и, как видим, размах пульсаций возрастает более чем в 2 раза. На основании проведенных измерений можно сделать вывод: применение вместо одного полимерного нескольких конденсаторов с жидким электролитом позволяет получить соизмеримо малые пульсации напряжения, однако при отрицательных температурах они недопустимо возрастают за счет изменения емкости и ЭПС последних, что исключает их использование в ответственных проектах.

Рассмотренный выше подробный учет влияния температуры на параметры конденсаторов подтверждает, что наиболее термостабильным среди них является твердотельный полимерный. Однако при этом влияние частоты затрагивалось лишь косвенно, поэтому более подробно остановимся на частотной стабильности параметров.

ЧИП-конденсаторы

Также называются SMD конденсаторы. Эти радиокомпоненты предназначены для поверхностного монтажа. Типы безвыводных конденсаторов:

• керамические;
• пленочные;
• танталовые.

Чип-конденсаторы имеют компактные габариты, стандартизированную форму корпуса, характеристики, во многом совпадающие с многослойными конденсаторами. Используются в печатных платах как по отдельности, так и наборами.

Таблица аналогов конденсаторов

Напишите в комментариях какие аналоги зарубежных или отечественных конденсаторов вы знаете и мы добавим их в таблицу.

Конденсатор 820uF 2.5V (твердотельные, SEPC) | Электролитические конденсаторы

Конденсатор электролитический 820uF 2.5V, полимерный (твердотельный), 105°C, 8х8mm, радиальные выводы, упаковка — лента

Данные конденсаторы отличаются от обычных электролитических конденсаторов тем, что внутри, вместо бумаги пропитанной электролитом, находится полимерная пленка.
В результате, твердотельные конденсаторы имеют очень низкое значение ESR, большую устойчивость к температурам, длинный срок жизни и миниатюрные размеры.
Низкое значение ESR позволяет получать более эффективное сглаживание пульсаций в различной аппаратуре, особенно с большими токами и с критичностью к стабильности питания.
То есть, при использовании твердотельных конденсаторов, для фильтрации напряжения, потребуется меньшая емкость, чем у обычных эектролитических конденсаторов.

По ссылке находятся сравнительные данные измерений при эксперименте со сглаживанием пульсаций. В эксперименте учавствовали электролитические, танталовые и твердотельные конденсаторы.

Solid Capacitors Experiment

Извините, на данный момент, этого товара нет в наличии на складе.

Выберите аналогичный товар как «Конденсатор 820uF 2.5V (твердотельные, SEPC)». Рекомендуем начать просмор сайта с главной страницы сайта магазина Dalincom, или с начала каталога Микросхемы. Кроме того, мы стараемся как можно быстрее восполнять складской запас, ожидайте поступление.

Дополнительная информация:

При выборе для замены, учитывайте размеры, максимальное напряжение (вольт), и емкость конденсатора (микрофарад). Зачастую, требуемые конденсаторы можно заменить на другие, с более высоким допустимым напряжением.

Полная информация о том как проверить конденсатор, чем заменить, маркировка, схема включения, аналоги, Datasheet-ы и другие данные, может быть найдена в PDF файлах раздела DataSheet и на сайтах поисковых систем Google, Яндекс или в справочной литературе. На сайте магазина размещены только основные характеристики конденсаторов.

В магазине указана розничная цена, но если вы хотите купить еще дешевле (оптом, cо скидкой), присылайте ваш запрос на емайл, мы отправим вам коммерческое предложение.

Что еще купить вместе с Конденсатор 820uF 2.5V (твердотельные, SEPC) ?

Огромное количество электронных компонентов и технической информации на сайте Dalincom, может затруднить Вам поиск и выбор требуемых дополнительных радиотоваров, радиодеталей, инструментов и тд. Следующую информационную таблицу мы подготовили для Вас, на основании выбора других наших покупателей.

Полимерный конденсатор — Polymer capacitor

Эта статья о полимерных электролитических конденсаторах с проводящими полимерными электролитами. Для конденсаторов с полимерными пленочными изолирующими диэлектриками см. Пленочные конденсаторы .

Полимерные алюминиевые (черные) и танталовые (коричневые) конденсаторы прямоугольной формы для электролитических микросхем

Цилиндрические (намотанные) полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы

Конденсатор полимера , или более точно полимерный электролитический конденсатор , является электролитическим конденсатором (е-колпачок) с твердым проводящим полимерным электролитом . Есть четыре разных типа:

Полимерные заглушки Ta-e доступны в виде прямоугольных чипов для поверхностного монтажа ( SMD ). Полимерные алюминиевые крышки и гибридные полимерные алюминиевые крышки доступны в виде прямоугольных микросхем поверхностного монтажа (SMD), цилиндрических SMD (V-chip) или в виде версий с радиальными выводами (несимметричные).

Полимерные электролитические конденсаторы характеризуются особенно низким внутренним эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) и высокими номиналами пульсаций тока. Их электрические параметры имеют аналогичную температурную зависимость, надежность и срок службы по сравнению с твердотельными танталовыми конденсаторами, но имеют гораздо лучшую температурную зависимость и значительно более длительный срок службы, чем алюминиевые электролитические конденсаторы с нетвердыми электролитами. Как правило, полимерные электронные конденсаторы имеют более высокий номинальный ток утечки, чем другие твердотельные или нетвердые электролитические конденсаторы.

Полимерные электролитические конденсаторы также доступны в гибридной конструкции. Гибридные полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы объединяют твердый полимерный электролит с жидким электролитом. Эти типы характеризуются низкими значениями ESR, но имеют низкие токи утечки и нечувствительны к переходным процессам, однако их срок службы зависит от температуры, как и у нетвердых электронных крышек.

Полимерные электролитические конденсаторы в основном используются в источниках питания интегральных электронных схем в качестве буферных, байпасных и развязывающих конденсаторов, особенно в устройствах с плоской или компактной конструкцией. Таким образом, они конкурируют с конденсаторами MLCC , но предлагают более высокие значения емкости, чем MLCC, и не проявляют микрофонного эффекта (например, керамические конденсаторы класса 2 и 3 ).

История

Алюминиевые электролитические конденсаторы (Al-e-caps) с жидкими электролитами были изобретены в 1896 году Чарльзом Поллаком .

Танталовые электролитические конденсаторы с твердыми электролитами из диоксида марганца (MnO ₂ ) были изобретены Bell Laboratories в начале 1950-х годов в качестве миниатюрного и более надежного низковольтного вспомогательного конденсатора в дополнение к недавно изобретенному транзистору , см. Танталовый конденсатор . Первые Ta-e-крышки с электролитами MnO ₂ имели в 10 раз лучшую проводимость и более высокую нагрузку пульсации тока, чем предыдущие типы Al-e-крышек с жидким электролитом. Кроме того, в отличие от стандартных алюминиевых крышек, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) Ta-крышек стабильно при различных температурах.

Электропроводность некоторых электролитов

В течение 1970-х годов возрастающая оцифровка электронных схем сопровождалась снижением рабочих напряжений, увеличением частоты коммутации и нагрузок с пульсациями тока. Это имело последствия для источников питания и их электролитических конденсаторов. Потребовались конденсаторы с более низким ESR и более низкой эквивалентной последовательной индуктивностью (ESL) для байпасных и развязывающих конденсаторов, используемых в линиях электропитания. см. Роль ESR, ESL и емкости .

Прорыв произошел в 1973 г., когда А. Хигер и Ф. Вудл открыли органический проводник — соль с переносом заряда TCNQ. TCNQ ( 7,7,8,8-тетрацианохинодиметан или Nn-бутилизохинолиний в сочетании с TTF ( тетратиафульвален )) представляет собой цепную молекулу с почти идеальной одномерной структурой, которая имеет в 10 раз лучшую проводимость вдоль цепей, чем MnO ₂ , и имеет в 100 раз лучшую проводимость, чем нетвердые электролиты.

Конденсаторы OS-CON с твердым электролитом TCNQ имели типичную сиреневую изоляционную гильзу.

Первыми алюминиевыми крышками, в которых в качестве твердого органического электролита использовалась соль с переносом заряда TTF-TCNQ, была серия OS-CON, предложенная в 1983 году компанией Sanyo . Это были намотанные цилиндрические конденсаторы с 10-кратным увеличением проводимости электролита по сравнению с MnO _2.

Эти конденсаторы использовались в устройствах для приложений, которые требовали минимально возможного ESR или максимально возможного тока пульсаций. Одна электронная крышка OS-CON может заменить еще три громоздких «мокрых» электронных крышки или две крышки Ta-cap. К 1995 году Sanyo OS-CON стал предпочтительным разделительным конденсатором для персональных компьютеров IBM на базе процессоров Pentium. В 2010 году линейка электронных крышек Sanyo OS-CON была продана компании Panasonic. Затем компания Panasonic заменила соль TCNQ проводящим полимером той же марки.

Следующим шагом в снижении ЭПР было развитие проводящих полимеров от Alan J. Хигером , Алан Макдиармид и Хидэки Сиракава в 1975. проводимость проводящих полимеров , таких как полипиррола (PPy) или ПЭДОТ лучше , чем у TCNQ на коэффициент 100 до 500 и близка к проводимости металлов.

В 1988 г. японским производителем Nitsuko была выпущена первая электронная крышка с полимерным электролитом APYCAP с полимерным электролитом PPy. Продукт не был успешным, отчасти потому, что он не был доступен в версиях SMD.

В 1991 году Panasonic запустила серию полимерных алюминиевых крышек SP-Cap. Эти электронные крышки использовали полимерный электролит PPy и достигли значений ESR, которые были напрямую сопоставимы с керамическими многослойными конденсаторами (MLCC). Они по-прежнему были менее дорогими, чем танталовые конденсаторы, и благодаря своей плоской конструкции, пригодной для использования в компактных устройствах, таких как ноутбуки и сотовые телефоны, они также конкурировали с танталовыми конденсаторами.

Три года спустя последовали танталовые электролитические конденсаторы с катодом из полимерного электролита PPy. В 1993 году NEC представила свои полимерные крышки SMD Ta-e под названием NeoCap. В 1997 году компания Sanyo выпустила полимерную танталовую крошку POSCAP.

Новый токопроводящий полимер для танталовых полимерных конденсаторов был представлен компанией Kemet на конференции «1999 Carts». В этом конденсаторе используется недавно разработанный органический проводящий полимер PEDT ( поли (3,4-этилендиокситиофен) ), также известный как PEDOT (торговое название Baytron®).

Два года спустя на конференции APEC 2001 г. компания Kemet представила рынку полимерные алюминиевые электронные крышки PEDOT. Полимер PEDOT имеет более высокую температурную стабильность, и, как раствор PEDOT: PSS, этот электролит может быть добавлен только погружением, а не полимеризацией на месте, как для PPy, что делает производство более быстрым и дешевым. В ее серию AO-Cap входили конденсаторы SMD со сложенным анодом размера «D» и высотой от 1,0 до 4,0 мм, которые в то время конкурировали с конденсаторами Panasonic SP-Cap, использующими PPy.

Примерно на рубеже тысячелетия были разработаны гибридные полимерные конденсаторы, которые помимо твердого полимерного электролита содержат жидкий электролит, соединяющий полимерные слои, покрывающие диэлектрический слой на аноде и катодную фольгу. Нетвердый электролит обеспечивает кислород для самовосстановления, чтобы уменьшить ток утечки. В 2001 году NIC выпустила гибридную полимерную электронную крышку для замены полимерной крышки по более низкой цене и с меньшим током утечки. По состоянию на 2016 год гибридные полимерные конденсаторы доступны от нескольких производителей.

Основы приложения

Роль ESR, ESL и емкости

Преимущественно все электролитические конденсаторы используются в источниках питания . Они используются во входных и выходных сглаживающих конденсаторах, в качестве развязывающих конденсаторов для циркуляции гармонического тока в коротком контуре, в качестве байпасных конденсаторов для шунтирования шума переменного тока на землю путем обхода линий электропитания, в качестве резервных конденсаторов для смягчения падения напряжения в линии. при внезапном потреблении мощности или в качестве конденсатора фильтра в фильтре нижних частот для уменьшения коммутационных шумов. В этих приложениях, помимо размера, важными электрическими характеристиками для функционирования этих конденсаторов в цепях являются емкость, импеданс Z , ESR и индуктивность ESL.

При внезапном потреблении мощности от последующей цепи напряжение питания падает на ESL, ESR и потери заряда емкости.

Переход на цифровое электронное оборудование привел к разработке импульсных источников питания с более высокими частотами и «бортовым» преобразователем постоянного тока в постоянный , более низким напряжением питания и более высоким током питания. Конденсаторы для этих приложений требовали более низких значений ESR, которые в то время с алюминиевыми крышками можно было реализовать только с корпусами большего размера или путем замены на гораздо более дорогие твердые крышки Ta.

Причина, по которой ESR влияет на функциональность интегральной схемы , проста. Если схема, например микропроцессор , внезапно потребляет мощность, напряжение питания падает на ESL, ESR и потери заряда емкости. Поскольку в случае внезапной потребности в токе напряжение в линии питания падает:

Δ U = СОЭ × I .

Например:

При напряжении питания 3 В с допуском 10% (300 мВ) и токе питания не более 10 А при внезапном потреблении мощности напряжение падает на

ESR = U / I = (0,3 В) / (10 А) = 30 мОм.

Это означает, что ESR в блоке питания процессора должно быть менее 30 мОм, в противном случае произойдет сбой в схеме. Аналогичные правила действуют для емкости и ESL. Удельная емкость может быть увеличена с годами за счет более протравленной анодной фольги, соответственно, за счет более мелких и мелких зерен танталового порошка в 10-15 раз и может следовать тенденции к миниатюризации. Задача ESL привела к появлению уложенных друг на друга пластиковых алюминиевых крышек из фольги. Однако для снижения ESR только разработка новых твердых проводящих материалов, сначала TCNQ, а затем проводящих полимеров, что привело к разработке конденсаторов с полимерным электролитом с их очень низкими значениями ESR, задача ESR оцифровки электронных схем могут быть приняты.

Электролитические конденсаторы — основы

Анодное окисление

Основной принцип анодного окисления (формовки), при котором при приложении напряжения к источнику тока на металлическом аноде формируется оксидный слой.

В электролитических конденсаторах используются химические свойства некоторых специальных металлов, ранее называвшихся «вентильными металлами», которые путем анодного окисления образуют изолирующий оксидный слой. Путем приложения положительного напряжения к материалу анода (+) в электролитической ванне можно сформировать оксидный барьерный слой с толщиной, соответствующей приложенному напряжению. Этот оксидный слой действует как диэлектрик в электронной крышке. Для увеличения емкости конденсаторов поверхность анода делают шероховатой, а значит, и поверхность оксидного слоя шероховатостью. Чтобы завершить конденсатор, противоэлектрод должен совпадать с шероховатой изолирующей оксидной поверхностью. Это достигается за счет электролита, который действует как катодный (-) электрод электролитического конденсатора. Основное различие между полимерными конденсаторами — это материал анода и его оксид, используемый в качестве диэлектрика:

Свойства слоя оксида алюминия по сравнению с диэлектрическим слоем пятиокиси тантала приведены в следующей таблице:

Между двумя проводящими пластинами (электродами), каждая из которых имеет площадь A , помещается диэлектрический материал с расстоянием d .

Каждая электронная крышка в принципе образует «пластинчатый конденсатор», емкость которого зависит от площади электрода A, диэлектрической проницаемости ε диэлектрического материала и толщины диэлектрика (d).

C знак равно ε ⋅ А d {\ Displaystyle C = \ varepsilon \ cdot {\ frac {A} {d}}}

Емкость пропорциональна произведению площади одной пластины, умноженной на диэлектрическую проницаемость, и деленной на толщину диэлектрика.

Толщина диэлектрика находится в диапазоне нанометров на вольт. С другой стороны, напряжение пробоя этих оксидных слоев довольно велико. Используя протравленные или спеченные аноды, с их намного большей площадью поверхности по сравнению с гладкой поверхностью того же размера или объема, электронные крышки могут достигать высокой объемной емкости. Последние разработки в области высокотравленных или спеченных анодов увеличивают значение емкости, в зависимости от номинального напряжения, до 200 раз для алюминиевых или таиновых крышек по сравнению с гладкими анодами.

Поскольку напряжение формования определяет толщину оксида, можно легко получить желаемый допуск по напряжению. Следовательно, объем конденсатора определяется произведением емкости и напряжения, так называемым «продуктом CV».

Сравнивая диэлектрические проницаемости оксидов тантала и алюминия, Ta ₂ O ₅ имеет диэлектрическую проницаемость примерно в 3 раза выше, чем Al ₂ O ₃ . Следовательно, заглушки Ta теоретически могут быть меньше алюминиевых заглушек с той же емкостью и номинальным напряжением. Для настоящих танталовых электролитических конденсаторов толщина оксидного слоя намного больше, чем фактически требуется номинальное напряжение конденсатора. Это сделано из соображений безопасности, чтобы избежать коротких замыканий в результате полевой кристаллизации. По этой причине реальные различия в размерах, обусловленные разной диэлектрической проницаемостью, частично неэффективны.

Электролиты

Наиболее важное электрическое свойство электролита в электролитическом конденсаторе является его электрической проводимостью . Электролит образует противоэлектрод электронной крышки, катод . Шероховатые структуры поверхности анода продолжают структуру оксидного слоя, диэлектрика, катод должен точно адаптироваться к шероховатой структуре. С жидкостью, как в обычных «мокрых» электронных крышках, этого легко добиться. В полимерных электронных крышках, в которых твердый проводящий полимер образует электролит, этого добиться намного труднее, потому что его проводимость возникает в результате химического процесса полимеризации. Однако преимущества твердого полимерного электролита, значительно более низкое ESR конденсатора и низкая температурная зависимость электрических параметров во многих случаях оправдывают дополнительные стадии производства, а также более высокие затраты.

Проводящий солевой электролит TCNQ

Структурная формула TCNQ

Электролитические конденсаторы с солью переноса заряда тетрацианохинодиметан TCNQ в качестве электролита, ранее производимые Sanyo под торговым названием «OS-CON», в истинном смысле слова «полимер» не были «полимерными конденсаторами». Электролитические конденсаторы TCNQ упоминаются здесь, чтобы указать на опасность путаницы с «настоящими» полимерными конденсаторами, которые сейчас продаются под тем же торговым наименованием OS-CON. Оригинальные конденсаторы OS-CON с электролитом TCNQ, продаваемые бывшим производителем Sanyo, были сняты с производства после интеграции подразделения конденсаторов Sanyo компанией Panasonic 2010. Panasonic сохраняет торговое название OS-CON, но заменяет электролит TCNQ на проводящий полимерный электролит (PPy). .

Электролитические конденсаторы с электролитом TCNQ больше не доступны.

Полимерный электролит

Полимеры образуются в результате химической реакции , полимеризации . В этой реакции мономеры непрерывно присоединяются к растущей полимерной нити. Обычно полимеры являются электрически изоляторами, в лучшем случае полупроводниками. Для использования в качестве электролита в электронных колпачках, электрические проводящие полимеры используются. Электропроводность полимера достигается за счет сопряженных двойных связей, которые допускают свободное движение носителей заряда в легированном состоянии . Носителями заряда служат электронные дырки . Это означает, что проводимость проводящих полимеров, которая почти сравнима с металлическими проводниками, начинается только тогда, когда полимеры легированы окислительным или восстановительным способом.

Полимерный электролит должен иметь возможность проникать в мельчайшие поры анода, чтобы сформировать полный однородный слой, потому что только участки оксида анода, покрытые электролитом, вносят вклад в емкость. Для этого предшественники полимера должны состоять из очень маленьких основных материалов, которые могут проникать даже в самые маленькие поры. Размер этих прекурсоров является ограничивающим фактором размера пор в протравленной алюминиевой анодной фольге или размера порошка тантала. При производстве конденсаторов скорость полимеризации необходимо контролировать. Слишком быстрая полимеризация не приводит к полному покрытию анода, а слишком медленная полимеризация увеличивает производственные затраты. Ни предшественники, ни полимер, ни его остатки не могут воздействовать на оксид анода химически или механически. Полимерный электролит должен иметь высокую стабильность в широком диапазоне температур в течение длительного времени. Полимерная пленка является не только противоэлектродом электронной крышки, она также защищает диэлектрик даже от внешних воздействий, таких как прямой контакт графита в этих конденсаторах, которые имеют катодный контакт через графит и серебро.

Полимерные электронные колпачки содержат полипиррол (PPy) или политиофен (PEDOT или PEDT).

Полипиррол PPy

Пиррол можно полимеризовать электрохимически, чтобы контролировать скорость полимеризации.

Полипиррол (PPy) представляет собой проводящий полимер, образованный окислительной полимеризацией пиррола . Подходящим окислителем является хлорид железа (III) (FeCl3). Для синтеза PPy можно использовать воду, метанол, этанол, ацетонитрил и другие полярные растворители. Как твердый проводящий полимерный электролит, он достигает удельной проводимости до 100  См / м. Полипиррол был первым проводящим полимером, который использовался в полимерных алюминиевых крышках, а также в полимерных крышках Ta-e.

Проблема с полимеризацией PPy заключалась в скорости полимеризации. Когда пиррол смешивают с желаемыми окислителями при комнатной температуре, реакция полимеризации начинается немедленно. Таким образом, полипиррол начинает образовываться еще до того, как химический раствор может попасть в поры анода. Скорость полимеризации можно регулировать криогенным охлаждением или электрохимической полимеризацией.

Метод охлаждения требует очень больших технических усилий и не подходит для массового производства. При электрохимической полимеризации сначала должен быть нанесен слой вспомогательного электрода на диэлектрик, который должен быть соединен с анодом. Для этого к основным веществам полимера добавляются ионные легирующие примеси, образующие проводящий поверхностный слой на диэлектрике во время первой пропитки. Во время последующих циклов пропитки полимеризацию на месте можно регулировать по времени за счет протекания тока после приложения напряжения между анодом и катодом. С помощью этого метода может быть получена тонкая и стабильная полипиррольная пленка на диэлектрическом оксидном слое анода. Однако оба метода полимеризации in situ сложны и требуют многократного повторения стадий полимеризации, что увеличивает производственные затраты.

Полипиррольный электролит имеет два основных недостатка. Он токсичен при производстве конденсаторов и становится нестабильным при более высоких температурах пайки, необходимых для пайки бессвинцовыми припоями.

Политиопен ПЕДОТ и ПЕДОТ: PSS

Структурная формула ПЕДОТ

Структурная формула PEDOT: PSS

Поли (3,4-этилендиокситиофен) , сокращенно PEDOT или PEDT, представляет собой проводящий полимер на основе 3,4-этилендиокситиофена или мономера EDOT. ПЕДОТ поляризуется окислением ЭДОТ каталитическими количествами сульфата железа (III) . Повторное окисление железа осуществляется персульфатом натрия . Преимущества ПЭДОТ — оптическая прозрачность в проводящем состоянии, нетоксичность, стабильность до температур 280 ° C и проводимость до 500  См / м. Его термостойкость позволяет изготавливать полимерные конденсаторы, которые выдерживают более высокие температуры, необходимые для бессвинцовой пайки. Кроме того, эти конденсаторы имеют лучшие значения ESR, чем полимерные электронные крышки с электролитом PPy.

Сложные методы полимеризации на месте ПЭДОТ в анодах конденсаторов сначала были такими же, как и с полипирролом. Ситуация изменилась с разработкой предварительно полимеризованных дисперсий PEDOT, в которые простые аноды конденсаторов можно было окунуть, а затем высушить при комнатной температуре. Для этой цели PEDOT химикаты добавляют натрия полистиролсульфоната (ПСС) и растворяют в воде. Полный полимерный слой на диэлектрике состоит из предварительно полимеризованных частиц дисперсии. Эти дисперсии известны как PEDOT: PSS, торговые названия Baytron P® и Clevios ™, защищая ценные свойства PEDOT.

PEDOT: дисперсии PSS доступны в различных вариантах. Для конденсаторов с высокими значениями емкости с алюминиевой анодной фольгой с высокой шероховатостью или мелкозернистыми порошками тантала предлагаются дисперсии с очень маленькими размерами частиц. Средний размер этих предварительно полимеризованных частиц составляет около 30 нм, что достаточно для того, чтобы проникать в самые тонкие капилляры анода. Другой вариант дисперсии PEDOT: PSS был разработан с более крупными предварительно полимеризованными частицами, ведущими к относительно толстому слою полимера, чтобы обеспечить защиту емкостной ячейки прямоугольных полимерных конденсаторов Ta и Al от механических и электрических нагрузок.

Полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы с использованием PEDOT: PSS дисперсий хорошо подходят для достижения более высоких значений номинального напряжения 200 В и 250 В. Кроме того, значения тока утечки полимерных электролитических конденсаторов, которые производятся с этими дисперсиями, значительно ниже, чем для полимерных конденсаторов со слоями полимеризованного полимера на месте. Помимо лучших значений ESR, более высокой температурной стабильности и более низких значений тока утечки, однако, простота производства полимерных конденсаторов с предварительно полимеризованными дисперсиями PEDOT: PSS, которые уже используются только три погружения при погружении обеспечивают почти полное покрытие диэлектрика слоем проводящего полимера. Такой подход значительно снизил производственные затраты.

Гибридный электролит

Гибридные полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы сочетают в себе покрытие анодной структуры из шероховатого и окисленного алюминия с проводящим полимером и жидким электролитом. Жидкий электролит пропитан сепаратором (прокладкой) и благодаря своей ионной проводимости обеспечивает электрический контакт между обоими полимерными слоями, покрывающими диэлектрик, и катодной фольгой. Жидкий электролит может поставлять кислород для процессов самовосстановления конденсатора, что снижает ток утечки, так что могут быть достигнуты такие значения, как при обычном «мокром» электролитическом конденсаторе. Кроме того, можно уменьшить запас прочности оксида необходимой толщины для желаемого номинального напряжения.

Вредное влияние жидкого электролита на ESR и температурные характеристики относительно невелико. Используя соответствующие органические электролиты и хорошую герметизацию конденсаторов, можно добиться длительного срока службы.

Виды и стили

В зависимости от используемого анодного металла и комбинации полимерного электролита с жидким электролитом различают три различных типа:

Эти три разных типа или семейства производятся в двух разных стилях:

• Прямоугольный SMD-чип, обычно отлитый в пластиковый корпус, доступен со спеченным танталовым анодом или с алюминиевой анодной фольгой и
• Цилиндрический тип с намотанной ячейкой в ​​металлическом корпусе, доступен в виде цилиндрических SMD (V-chip) или в виде версий с радиальными выводами (несимметричный)

• Стили полимерных электролитических конденсаторов

• Прямоугольные микросхемы SMD доступны со спеченным танталовым анодом или с алюминиевой анодной фольгой.

• Цилиндрические исполнения с намотанной ячейкой в ​​металлическом корпусе доступны как SMD (V-образные чипы) или как версии с радиальными выводами (несимметричные) для полимерных или гибридных полимерных алюминиевых конденсаторов.

Прямоугольная стружка

В начале 1990-х полимерные заглушки Ta-cap совпали с появлением плоских устройств, таких как мобильные телефоны и ноутбуки, с использованием технологии сборки SMD. Прямоугольная базовая поверхность обеспечивает максимальное пространство для монтажа, что невозможно для круглых базовых поверхностей. Спеченный элемент может быть изготовлен так, чтобы готовый компонент имел желаемую высоту, обычно высоту других компонентов. Типичная высота составляет от 0,8 до 4 мм.

Полимерные танталовые чип-конденсаторы

Полимерные танталовые электролитические конденсаторы — это, по сути, танталовые конденсаторы, в которых электролит представляет собой проводящий полимер, а не диоксид марганца, см. Также танталовый конденсатор. # Материалы, производство и стили
Танталовые конденсаторы производятся из порошка относительно чистого элементарного металлического тантала .

Порошок сжимается вокруг танталовой проволоки, соединения анода, с образованием «таблетки». Эта комбинация таблеток / проволоки впоследствии подвергается вакуумному спеканию при высокой температуре (обычно от 1200 до 1800 ° C), что дает механически прочную таблетку анода. В процессе спекания порошок приобретает губчатую структуру, в которой все частицы соединяются в монолитную пространственную решетку. Эта структура обладает предсказуемой механической прочностью и плотностью, но также является очень пористой, что обеспечивает большую площадь поверхности анода.

Диэлектрика слой затем формируется по всей поверхности тантала частиц от анода путем электрохимического процесса анодирования или формования. Для этого «таблетку» погружают в очень слабый раствор кислоты и прикладывают постоянное напряжение. Общая толщина диэлектрика определяется конечным напряжением, приложенным во время процесса формования. После этого оксидированный спеченный блок пропитывают предшественниками полимера, чтобы получить полимерный электролит, противоэлектрод. Эта полимеризованная гранула теперь последовательно погружается в проводящий графит, а затем в серебро, чтобы обеспечить хорошее соединение с проводящим полимером. Эти слои обеспечивают катодное соединение конденсатора. В этом случае емкостный элемент обычно формуют из синтетической смолы.

• Базовая конструкция полимерного танталового конденсатора

• Слоистая структура полимерного танталового конденсатора с катодным соединением графит / серебро

• Поперечное сечение прямоугольного полимерного танталового конденсатора

• Прямоугольный полимерный танталовый чип-конденсатор

Полимерные танталовые электролитические конденсаторы имеют значения ESR, которые составляют примерно только 1/10 от значения танталовых электролитических конденсаторов с электролитом из диоксида марганца того же размера. С помощью многоанодной техники, в которой несколько анодных блоков соединяются параллельно в одном случае, значение ESR может быть снова уменьшено. Преимуществом многоанодной технологии в дополнение к очень низким значениям ESR является более низкая индуктивность ESL, благодаря чему конденсаторы подходят для более высоких частот.

Недостатком всех полимерных танталовых конденсаторов является более высокий ток утечки, который примерно в 10 раз больше, чем у конденсаторов с электролитом из диоксида марганца. Полимерные танталовые электролитические конденсаторы SMD доступны размером до 7,3×4,3×4,3 мм (длина × ширина × высота) с емкостью 1000 мкФ при 2,5 В. Они охватывают диапазон температур от -55 ° C до +125 ° C. и доступны с номинальными значениями напряжения от 2,5 до 63 В.

Новые разработки — снижение СОЭ и ESL

Конструкция с множеством анодов имеет несколько спеченных танталовых анодов, которые соединены параллельно, что снижает как ESR, так и ESL.

Снижение ESR и ESL остается основной целью исследований и разработок всех полимерных конденсаторов. Некоторые конструктивные меры могут также существенно повлиять на электрические параметры конденсаторов. Меньшие значения ESR могут быть достигнуты, например, путем параллельного соединения нескольких обычных конденсаторных ячеек в одном корпусе. Три параллельных конденсатора с ESR 60 мОм каждый имеют результирующее ESR 20 мОм. Эта технология называется конструкцией с «множеством анодов» и используется в полимерных танталовых конденсаторах с очень низким ESR. В этой конструкции подключается до шести отдельных анодов в одном корпусе. Эта конструкция предлагается в виде полимерных танталовых конденсаторов для кристаллов, а также более дешевых танталовых конденсаторов для микросхем с электролитом MnO ₂ . Полимерные танталовые конденсаторы с несколькими анодами имеют значения ESR в миллиомном диапазоне.

Еще одна простая конструктивная мера изменяет паразитную индуктивность конденсатора — ЭСЛ. Поскольку длина выводов внутри корпуса конденсатора составляет большую часть от общего ESL, индуктивность конденсатора может быть уменьшена за счет уменьшения длины внутренних выводов путем асимметричного спекания анодного вывода. Этот прием называется построением «лицом вниз». Из-за более низкого ESL этой конструкции, расположенной лицевой стороной вниз, резонанс конденсатора смещается в сторону более высоких частот, что учитывает более быстрые изменения нагрузки цифровых схем с постоянно более высокими частотами переключения.

В конструкции конденсаторов из танталового кристалла «лицевой стороной вниз» внутренний путь тока конструктивно сокращен, что снижает паразитный импеданс (ESL), в результате чего резонанс смещается в сторону более высоких частот. Проще говоря, конденсатор становится «быстрее».

Конденсаторы из полимерного танталового кристалла с этими новыми усовершенствованиями конструкции, в которых как ESR, так и ESL снизили достижимые свойства, приближаясь к характеристикам конденсаторов MLCC.

Полимерные алюминиевые чип-конденсаторы

Прямоугольные полимерные алюминиевые колпачки имеют одну или несколько слоев алюминиевой анодной фольги и проводящий полимерный электролит. Слоистые анодные фольги с одной стороны контактируют друг с другом, этот блок анодно окислен для получения диэлектрика, а блок пропитан предшественниками полимера для получения полимерного электролита, противоэлектрода. Как и в случае полимерных танталовых конденсаторов, этот полимеризованный блок теперь последовательно погружают в проводящий графит, а затем в серебро, чтобы обеспечить хорошее соединение с проводящим полимером. Эти слои обеспечивают катодное соединение конденсатора. В таком случае емкостный элемент обычно формуют из синтетической смолы.

• Базовая конструкция полимерно-алюминиевого конденсатора с многослойными анодными полосками

• Слоистая структура полимерно-алюминиевого конденсатора с катодом графит / серебро

• Поперечное сечение прямоугольного полимерного алюминиевого чип-конденсатора

• Прямоугольный полимерный алюминиевый конденсатор. Внешний вид не имеет никаких признаков используемого материала внутреннего анода.

Слоистые анодные фольги в полимерных алюминиевых чипах прямоугольной формы представляют собой электрически параллельно соединенные одиночные конденсаторы. Таким образом, значения ESR и ESL соединены параллельно, что снижает ESR и ESL соответственно и позволяет им работать на более высоких частотах.

Эти прямоугольные полимерные заглушки для алюминиевых чипов доступны в корпусе «D» с размерами 7,3х4,3 мм и высотой от 2 до 4 мм. Они представляют собой конкурентоспособную альтернативу крышкам Ta-cap.

Сравнение механически сопоставимых полимерных Al-chip-e-caps и полимерных Ta-chip-e-caps показывает, что разные диэлектрические проницаемости оксида алюминия и пятиокиси тантала мало влияют на удельную емкость из-за разного запаса прочности оксидных слоев. В полимерных крышках Ta-e используется толщина оксидного слоя, которая примерно в четыре раза превышает номинальное напряжение, в то время как полимерные алюминиевые крышки имеют примерно вдвое большее номинальное напряжение.

Цилиндрический (радиальный) стиль

Цилиндрические полимерные алюминиевые конденсаторы основаны на технике намотки алюминиевых электролитических конденсаторов с жидкими электролитами. Они доступны только с алюминием в качестве анодного материала.

Они предназначены для более высоких значений емкости по сравнению с прямоугольными полимерными конденсаторами. Из-за своей конструкции они могут различаться по высоте в данной области для поверхностного монтажа, так что большие значения емкости могут быть достигнуты в более высоком корпусе без увеличения монтажной поверхности. Это в первую очередь полезно для печатных плат без ограничения по высоте.

Цилиндрические полимерные алюминиевые конденсаторы

Цилиндрические полимерные алюминиевые крышки изготовлены из двух алюминиевых фольг, протравленного и формованного анода и катодной фольги, которые механически разделены сепаратором и намотаны вместе. Обмотка пропитана предшественниками полимера, чтобы получить полимеризованный проводящий полимер, чтобы сформировать катодно-полимерный электрод, электрически связанный с катодной фольгой. Затем обмотка помещается в алюминиевый корпус и закрывается резиновым уплотнением. Для версии SMD (вертикальная микросхема = V-образная микросхема) корпус имеет нижнюю пластину.

• Принципы построения цилиндрических полимерных алюминиевых конденсаторов

• Обмотка алюминиевого электролитического конденсатора

• Поперечный разрез емкостной ячейки намотанного алюминиевого полимерного конденсатора с полимерным электролитом

• Цилиндрические полимерные алюминиевые конденсаторы с намотанной ячейкой в ​​металлическом цилиндрическом корпусе, с радиальными выводами (несимметричные) и SMD (V-образный чип)

Цилиндрические полимерные алюминиевые-е-заглушки дешевле, чем соответствующие полимерные танталовые конденсаторы для данного значения CV (емкость × номинальное напряжение). Они доступны размером до 10 × 13 мм (диаметр × высота) со значением CV 3900 мкФ × 2,5 В. Они могут охватывать диапазон температур от -55 ° C до +125 ° C и доступны с номинальными значениями напряжения от От 2,5 до 200 В соответственно 250 В.

В отличие от «мокрых» алюминиевых крышек, корпуса полимерных алюминиевых конденсаторов не имеют вентиляционного отверстия (выемки) в нижней части корпуса, поскольку при коротком замыкании не образуется газ, который увеличивал бы давление в корпусе. Следовательно, предопределенная точка разрыва не требуется.

Гибридные полимерные алюминиевые конденсаторы

Поперечное сечение емкостной ячейки гибридного полимерного алюминиевого конденсатора, полимерного электролита в порах алюминиевой фольги и жидкого электролита в качестве электрического соединения между полимерными слоями.

Гибридные полимерные конденсаторы доступны только в цилиндрической конструкции, что соответствует описанным выше цилиндрическим полимерным алюминиевым конденсаторам с выводами в радиальном (несимметричном) исполнении или с базовой пластиной в версии SMD (V-образный чип). Разница в том, что полимер покрывает только поверхность шероховатой структуры диэлектрика Al ₂ O ₃ и поверхность катодной фольги тонкими слоями. Благодаря этому, особенно высокоомные части в малых порах анодной фольги могут быть сделаны низкоомными для уменьшения ESR конденсаторов. Электрическим соединением между обоими полимерными слоями служит жидкий электролит, как в обычных мокрых алюминиевых электролизерах, пропитывающих сепаратор. Небольшое расстояние, на котором проводится нетвердый электролит, немного увеличивает ESR, но на самом деле не сильно. Преимущество этой конструкции состоит в том, что жидкий электролит в процессе работы доставляет кислород, который необходим для самовосстановления диэлектрического слоя при наличии любых мелких дефектов.

Ток, протекающий через небольшой дефект, приводит к избирательному нагреву, который обычно разрушает покрывающую полимерную пленку, изолируя, но не залечивая дефект. В гибридных полимерных конденсаторах жидкость может течь к дефекту, доставляя кислород и восстанавливая диэлектрик за счет образования новых оксидов, уменьшая ток утечки. Гибридные полимерные алюминиевые крышки имеют гораздо меньший ток утечки, чем стандартные полимерные алюминиевые крышки.

Сравнение семейств полимеров

Сравнение тестов

Полимерный электролит, два разных материала анода, алюминий и тантал, вместе с различными конструкциями привели к созданию нескольких семейств полимерных электронных крышек с разными характеристиками. Для сравнения также приведены основные параметры танталовых электролитических конденсаторов с электролитом из диоксида марганца.

(По состоянию на апрель 2015 г.)

Сравнение электрических параметров

Электрические свойства полимерных конденсаторов лучше всего сравнивать, используя постоянную емкость, номинальное напряжение и размеры. Значения ESR и тока пульсации являются наиболее важными параметрами для использования полимерных конденсаторов в электронном оборудовании. Ток утечки значительный, потому что он выше, чем у электронных крышек с неполимерными электролитами. Включены соответствующие значения Ta-e-крышек с электролитом MnO ₂ и влажных Al-e-крышек.

¹ Производитель, серия, емкость / номинальное напряжение.

² Ш × Д × В для прямоугольного стиля (чип), Д × Д для цилиндрического стиля.

³ Рассчитано для конденсатора 100 мкФ, 10 В.

(По состоянию на июнь 2015 г.)

Преимущества и недостатки

Преимущества полимерных электронных крышек перед мокрыми алюминиевыми крышками:

• более низкие значения СОЭ.
• более высокая способность к пульсации тока
• характеристики, зависящие от более низкой температуры
• отсутствие испарения электролита, увеличенный срок службы
• в случае шорт не горит и не взрывается

Недостатки полимерных электронных крышек против мокрых алюминиевых крышек:

• более дорогой
• более высокий ток утечки
• могут быть повреждены переходными процессами и скачками напряжения

Преимущества гибридных полимерных Al-e-caps :

• дешевле, чем полимерные алюминиевые колпачки
• меньший ток утечки
• непроходимый против переходных процессов

Недостаток гибридных полимерных алюминиевых крышек :

• ограниченный срок службы из-за испарения

Преимущества полимерных Ta и Al-e- cap перед MLCC (керамическими):

• отсутствие зависимости емкости от напряжения (кроме керамики типа 1)
• без микрофона (кроме керамики 1 типа)
• возможны более высокие значения емкости

Электрические характеристики

Последовательно-эквивалентная схема

Последовательно-эквивалентная модель электролитического конденсатора

Электрические характеристики конденсаторов согласованы с международной общей спецификацией IEC 60384-1. В этом стандарте электрические характеристики конденсаторов описываются идеализированной последовательной эквивалентной схемой с электрическими компонентами, которые моделируют все омические потери, емкостные и индуктивные параметры электролитических конденсаторов:

Номинальная емкость, стандартные значения и допуски

Типичная зависимость емкости конденсатора от температуры для полимерной алюминиевой крышки и двух нетвердых алюминиевых крышек

Значение емкости полимерных электролитических конденсаторов зависит от частоты измерения и температуры. Электролитические конденсаторы с нетвердыми электролитами демонстрируют более широкую аберрацию в частотном и температурном диапазонах, чем полимерные конденсаторы.

Стандартные условия измерения для полимерных алюминиевых крышек — это метод измерения переменного тока с напряжением 0,5 В, частотой 100/120 Гц и температурой 20 ° C. Для полимерных колпачков Ta-e во время измерения может применяться напряжение смещения постоянного тока от 1,1 до 1,5 В для типов с номинальным напряжением ≤2,5 В или от 2,1 до 2,5 В для типов с номинальным напряжением> 2,5 В, чтобы избежать Обратное напряжение.

Значение емкости, измеренное на частоте 1 кГц, примерно на 10% меньше значения 100/120 Гц. Следовательно, значения емкости полимерных электронных колпачков нельзя напрямую сравнивать и отличаются от емкостей пленочных или керамических конденсаторов , емкость которых измеряется на частоте 1 кГц или выше.

Базовая единица емкости полимерного электролитического конденсатора — микрофарада (мкФ). Значение емкости , указанное в данных производителей листов называются номинальной емкостью С _Р или номинальной емкостью С _Н . Она предоставляется в соответствии с IEC 60063 значений , соответствующих серии Е . Эти значения указаны с допуском емкости в соответствии с IEC 60062, предотвращающим перекрытия.

Фактическое измеренное значение емкости должно находиться в пределах допуска.

Номинальное и категория напряжения

Связь между номинальным напряжением U _R и категориальным напряжением U _C, а также номинальной температурой T _R и категориальной температурой T _C

В соответствии с IEC 60384-1 допустимое рабочее напряжение для полимерных электронных крышек называется «номинальным напряжением U _R ». Номинальное напряжение U _R максимальное напряжение постоянного тока или пик импульса напряжения , которые могут быть применены непрерывно при любой температуре в пределах номинального диапазона температур Т _R .

Устойчивость к напряжению электролитических конденсаторов снижается с увеличением температуры. Для некоторых приложений важно использовать более высокий температурный диапазон. Снижение напряжения, подаваемого при более высокой температуре, сохраняет запас прочности. Поэтому для некоторых типов конденсаторов стандарт МЭК определяет «температурное снижение напряжения» для более высокой температуры, «категорию напряжения U _C ». Напряжения категория максимальное напряжение постоянного тока или пик импульса напряжения , которые могут быть применены непрерывно конденсатора при любой температуре в пределах от температуры Т категории _С . Соотношение между напряжениями и температурами показано на рисунке справа.

Применение более высокого напряжения, чем указано, может привести к повреждению электролитических конденсаторов.

Применение более низкого напряжения может положительно повлиять на полимерные электролитические конденсаторы. Для гибридных полимерных алюминиевых крышек более низкое приложенное напряжение в некоторых случаях может продлить срок службы. Для полимерных заглушек Ta-e снижение приложенного напряжения увеличивает надежность и снижает ожидаемую интенсивность отказов.

Номинальная и категория температуры

На рисунке справа показано соотношение между номинальной температурой T _R и номинальным напряжением U _R, а также температурой более высокой категории T _C и напряжением U _C пониженной категории .

Импульсное напряжение

Полимерные оксидные слои e-cap формируются из соображений безопасности при более высоком напряжении, чем номинальное, что называется импульсным напряжением. Следовательно, разрешается подавать импульсное напряжение на короткое время и ограниченное количество циклов.

Пиковое напряжение указывает максимальное пиковое значение напряжения, которое может быть приложено во время их применения в течение ограниченного количества циклов. Перенапряжение стандартизировано в IEC 60384-1.

Для полимерных алюминиевых крышек импульсное напряжение в 1,15 раза больше номинального напряжения. Для полимерных колпачков Ta-e импульсное напряжение может быть в 1,3 раза больше номинального напряжения, округленного до ближайшего вольта.

Пиковое напряжение, приложенное к полимерным конденсаторам, может влиять на частоту отказов конденсатора.

Переходное напряжение

Переходные процессы — это быстрые выбросы высокого напряжения . Полимерные электролитические конденсаторы, алюминиевые, а также танталовые полимерные конденсаторы не выдерживают переходных процессов или пикового напряжения, превышающего импульсное напряжение. Переходные процессы для этого типа электронных крышек могут повредить компоненты.

Колпачки из гибридного полимера Al-e относительно нечувствительны к высоким и кратковременным переходным напряжениям, превышающим импульсное напряжение, если частота и энергосодержание переходных процессов низкие. Эта способность зависит от номинального напряжения и размера компонентов. Переходные напряжения с низкой энергией приводят к ограничению напряжения, аналогичному стабилитрону . Однозначное и общее определение допустимых переходных процессов или пиковых напряжений невозможно. В каждом случае возникновения переходных процессов приложение должно оцениваться индивидуально.

Обратное напряжение

Полимерные электролитические конденсаторы, танталовые, а также алюминиево-полимерные конденсаторы являются поляризованными конденсаторами и обычно требуют, чтобы напряжение анодного электрода было положительным по отношению к напряжению на катоде. Тем не менее, они могут выдерживать в течение коротких промежутков времени обратное напряжение, зависящее от типа, в течение ограниченного числа циклов. Обратное напряжение, превышающее пороговое значение, зависящее от типа, прикладываемое в течение длительного времени к конденсатору с полимерным электролитом, приводит к короткому замыканию и разрушению конденсатора.

Чтобы свести к минимуму вероятность того, что поляризованный электролит будет неправильно вставлен в цепь, полярность должна быть очень четко указана на корпусе, см. Раздел «Маркировка полярности» ниже.

Импеданс и ESR

См. Также: Электролитический конденсатор # Импеданс и Электролитический конденсатор # ESR и коэффициент рассеяния tan δ

Импеданса представляет собой комплексное отношение напряжения к току в качестве переменного тока цепи , и выражает , как сопротивление переменного тока , как величина и фаза на определенной частоте. В технических паспортах конденсаторов с полимерным электролитом только величина импеданса | Z | указывается и пишется просто как «Z» . Что касается стандарта IEC 60384-1, значения импеданса полимерных электролитических конденсаторов измеряются и указываются при 100 кГц.

В частном случае резонанса , когда оба реактивных сопротивления X _C и X _L имеют одинаковое значение ( X _C = X _L ), полное сопротивление будет определяться только эквивалентным последовательным сопротивлением ESR , которое суммирует все резистивные потери конденсатора. . На частоте 100 кГц импеданс и ESR имеют почти одинаковые значения для полимерных электронных крышек со значениями емкости в диапазоне мкФ. С частотами выше резонанса импеданс снова увеличивается из-за ESL конденсатора, превращая конденсатор в катушку индуктивности.

Типичная кривая зависимости температуры полимерных конденсаторов ( E S р {\ displaystyle ESR} Т {\ displaystyle T}    ) и «мокрые» алюминиевые крышки (    )

Импеданс и ESR, как показано на кривых, как показано на кривых, сильно зависят от используемого электролита. Кривые показывают все более низкие значения импеданса и ESR для «влажных» алюминиевых крышек и MnO ₂ Ta-e, электронных крышек из Al / TCNQ и танталового полимера. Также показана кривая керамического конденсатора MLCC класса 2 с еще более низкими значениями Z и ESR, но чья емкость зависит от напряжения.

Преимуществом полимерных электронных крышек перед нетвердыми алюминиевыми крышками является низкая температурная зависимость и почти линейная кривая ESR в указанном температурном диапазоне. Это касается как полимерного тантала, полимерного алюминия, так и гибридных полимерных алюминиевых электронных крышек.

Импеданс и ESR также зависят от конструкции и материалов конденсаторов. Цилиндрические алюминиевые крышки с той же емкостью, что и прямоугольные алюминиевые крышки, имеют более высокую индуктивность, чем прямоугольные алюминиевые крышки с многослойными электродами, и поэтому они имеют более низкую резонансную частоту. Этот эффект усиливается за счет конструкции с несколькими анодами, в которой отдельные индуктивности уменьшаются за счет их параллельного соединения и техники «лицевой стороной вниз».

Пульсация тока

Высокие пульсации тока через сглаживающий конденсатор C1 в источнике питания с полуволновым выпрямлением вызывают значительное внутреннее тепловыделение, соответствующее ESR конденсатора .

А «пульсирующий ток» является средним квадратного корня значения (СКО) наложенного переменного тока любой частоты и любой формы волны кривого тока для непрерывной работы в пределах заданного диапазона температур. Он возникает в основном в источниках питания (включая импульсные источники питания ) после выпрямления переменного напряжения и протекает как ток заряда и разряда через развязывающий или сглаживающий конденсатор.

Пульсации токов генерируют тепло внутри корпуса конденсатора. Эта потеря мощности диссипации Р _л обусловлена СОЭ и является квадратом значения эффективного (RMS) пульсации тока I _R . {2}}}}

Обычно значение пульсирующего тока рассчитывается для повышения температуры ядра от 2 до 6 ° C по сравнению с окружающей средой, в зависимости от типа и производителя. Ток пульсаций можно увеличить при более низких температурах. Поскольку ESR зависит от частоты и увеличивается в низкочастотном диапазоне, пульсации тока необходимо уменьшать на более низких частотах.

В полимерных крышках Ta-e тепло, выделяемое током пульсаций, влияет на надежность конденсаторов. Превышение предела может привести к катастрофическим отказам с короткими замыканиями и возгоранием компонентов.

Тепло, выделяемое пульсирующим током, также влияет на срок службы алюминиевых и танталовых электролитических конденсаторов с твердыми полимерными электролитами.

Тепло от пульсирующего тока влияет на срок службы всех трех типов полимерных электронных крышек.

Бросок тока, пиковый или импульсный ток

Полимерные танталовые электролитические конденсаторы чувствительны к пиковым или импульсным токам. Полимерные заглушки Ta-e, которые подвергаются воздействию импульсных, пиковых или импульсных токов, например, в высокоиндуктивных цепях, требуют снижения напряжения. Если возможно, профиль напряжения должен быть плавным включением, поскольку это снижает пиковый ток, испытываемый конденсатором.

Гибридные полимерные алюминиевые заглушки не имеют ограничений по броскам тока, пиковым или импульсным токам. Однако суммарные токи не должны превышать указанный пульсирующий ток.

Ток утечки

общие характеристики утечки электролитических конденсаторов: ток утечки как функция времени в зависимости от типа электролита я л е а k {\ Displaystyle I_ {утечка}} т {\ displaystyle t}

нетвердый, с высоким содержанием воды

нетвердый, органический

твердый, полимерный

Постоянный ток утечки (DCL) — уникальная характеристика электролитических конденсаторов, которых нет у других обычных конденсаторов. Это постоянный ток, который протекает при приложении постоянного напряжения правильной полярности. Этот ток представлен _{утечкой} резистора R параллельно конденсатору в схеме последовательного замещения электронных конденсаторов. Основными причинами возникновения DCL для твердотельных полимерных конденсаторов являются, например, точки электрического пробоя диэлектрика после пайки, нежелательные токопроводящие дорожки из-за примесей или из-за плохого анодирования, а для прямоугольных типов — обход диэлектрика из-за избытка MnO ₂ , из-за путей влаги или катода. проводники (углерод, серебро).

Спецификация тока утечки в паспорте дана путем умножения значения номинальной емкости C _R на значение номинального напряжения U _R вместе с добавленным значением, измеренным через 2 или 5 минут, например формулой для нетвердых алюминиевых колпачков. :

я L е а k знак равно 0 . 01 А V ⋅ F ⋅ U р ⋅ C р + 3 μ А {\ Displaystyle I _ {\ mathrm {Leak}} = 0 {.} 01 \, \ mathrm {{A} \ over {V \ cdot F}} \ cdot U _ {\ mathrm {R}} \ cdot C _ {\ mathrm {R}} +3 \, \ mathrm {\ mu A}}

Ток утечки в твердых полимерных электронных крышках обычно падает очень быстро, но затем остается на достигнутом уровне. Значение зависит от приложенного напряжения, температуры, времени измерения и влияния влаги, вызванного условиями герметизации корпуса.

Полимерные электронные колпачки имеют относительно высокие значения тока утечки. Этот ток утечки не может быть уменьшен за счет «исцеления» в смысле образования нового оксида, поскольку в нормальных условиях полимерные электролиты не могут доставлять кислород для процессов образования. Отжиг дефектов в диэлектрическом слое может осуществляться только путем локального перегрева и испарения полимера. Значения тока утечки для конденсаторов с полимерным электролитом составляют от 0,2 C _R U _R до 0,04 C _R U _R , в зависимости от производителя и серии. Таким образом, величина тока утечки для полимерных конденсаторов выше, чем для «мокрых» алюминиевых крышек и MnO ₂ Ta-e.

Эту более высокую утечку текущего недостатка твердых полимерных алюминиевых крышек можно избежать за счет гибридных алюминиевых крышек. Их жидкий электролит обеспечивает кислород, который необходим для реформирования оксидных дефектов, так что гибриды достигают тех же значений, что и влажные алюминиевые крышки.

Диэлектрическое поглощение (пропитывание)

Диэлектрическое поглощение происходит, когда конденсатор, который оставался заряженным в течение долгого времени, разряжается только частично при кратковременном разряде. Хотя идеальный конденсатор достигнет нуля вольт после разряда, реальные конденсаторы вырабатывают небольшое напряжение из-за дипольного разряда с задержкой по времени, явление, которое также называется диэлектрической релаксацией , «пропиткой» или «действием батареи».

Для полимерных танталовых и алюминиевых электролитических конденсаторов данные по диэлектрической абсорбции отсутствуют.

Надежность и срок службы

Надежность (частота отказов)

Кривая ванны с временами «ранних отказов», «случайных отказов» и «отказов из-за износа». Время случайных отказов — это время постоянной интенсивности отказов.

Надежность компонента является свойство , которое указывает на то, насколько надежно этот компонент выполняет свою функцию в интервале времени. Он подвержен стохастическому процессу и может быть описан качественно и количественно, но не поддается непосредственному измерению. Надежность электролитических конденсаторов определяется эмпирически путем определения интенсивности отказов при производстве, сопровождающих испытания на долговечность . Надежность обычно отображается в виде кривой ванны и делится на три области: ранние отказы или отказы младенческой смертности, постоянные случайные отказы и отказы из-за износа. Отказы, суммируемые в интенсивности отказов, включают короткое замыкание, обрыв цепи и отказы из-за ухудшения характеристик (превышение электрических параметров). Для полимерных крышек Ta-e на интенсивность отказов также влияет резистор цепи, который не требуется для полимерных алюминиевых крышек.

Для проверки частоты отказов в диапазоне очень низких уровней требуются миллиарды единиц тестовых часов, которые требуются сегодня для обеспечения производства большого количества компонентов без сбоев. Для этого требуется около миллиона единиц, испытанных в течение длительного периода, что означает большой штат и значительное финансирование. Проверенные коэффициенты отказов часто дополняются отзывами на местах от крупных пользователей (частота отказов на местах), что в основном снижает оценки частоты отказов.

По историческим причинам единицы интенсивности отказов Ta-e-cap и Al-e-caps различаются. Для алюминиевых колпачков прогноз надежности обычно выражается в интенсивности отказов λ с единицей F ailures I n T ime ( FIT ) при стандартных рабочих условиях 40 ° C и 0,5 U _R в течение периода постоянных случайных отказов. Это количество отказов, которое можно ожидать за один миллиард (10 ⁹ ) компонентно-часов работы (например, 1000 компонентов за 1 миллион часов или 1 миллион компонентов за 1000 часов, что составляет 1 ppm / 1000 часов) при стандартных условиях. условия эксплуатации. Эта модель интенсивности отказов неявно предполагает, что отказы случайны. Отдельные компоненты выходят из строя случайно, но с предсказуемой скоростью. Обратная величина подгонки М ЕАН Т IME В etween F ailures (MTBF).

Для заглушек Ta-e интенсивность отказов «F _Ta » указывается в единицах «n% отказов на 1000 часов» при 85 ° C, U = U _R и сопротивлении цепи 0,1 Ом / В. Это процент отказов, который можно ожидать за 1000 часов работы при гораздо более жестких условиях эксплуатации по сравнению с моделью «FIT». Интенсивность отказов «λ» и «F _Ta » зависит от условий эксплуатации, включая температуру, приложенное напряжение и различные факторы окружающей среды, такие как влажность, удары или вибрации, а также от значения емкости конденсатора. Частота отказов зависит от температуры и приложенного напряжения.

Интенсивность отказов твердых Ta-e-cap и «мокрых» Al-e-caps можно пересчитать с коэффициентами ускорения, стандартизованными для промышленных или военных контекстов. Последний широко используется в промышленности и часто используется в промышленных целях. Однако для полимерных заглушек Ta-e и полимерных Al-e-заглушек по состоянию на 2016 г. не публиковалось никаких коэффициентов ускорения. Пример пересчета частоты отказов танталового конденсатора F _Ta в интенсивность отказов λ, поэтому может быть дан только как сравнивая стандартные конденсаторы. Пример:

Скорость отказа Р _Та = 0,1% / 1000 ч при 85 ° C и U = U _R , должны быть пересчитаны в интенсивность отказов Х при 40 ° C и U = 0,5  U _R .

Используются следующие коэффициенты ускорения из MIL-HDBK 217F:

F _U = коэффициент ускорения напряжения, для U = 0,5  U _R составляет F _U = 0,1

F _T = температурный коэффициент ускорения, для T = 40 ° C составляет F _T = 0,1

F _R = коэффициент ускорения для последовательного сопротивления R _V , при том же значении = 1

Следует

λ = F _Ta x F _U x F _T x F _R

λ = (0,001 / 1000 ч) × 0,1 × 0,1 × 1 = 0,00001 / 1000 ч = 1 • 10 ^-9 / ч = 1 FIT

По состоянию на 2015 год опубликованные данные о частоте отказов полимерных танталовых, а также полимерно-алюминиевых конденсаторов находятся в диапазоне от 0,5 до 20 FIT. Эти уровни надежности в пределах расчетного срока службы сопоставимы с другими электронными компонентами и обеспечивают безопасную работу в течение десятилетий при нормальных условиях.

Срок службы, срок службы

Срок службы , срок службы , срок службы нагрузки или срок полезного использования электролитических конденсаторов является специальной характеристикой нетвердых электролитических конденсаторов, чья жидким электролит может испариться в течение времени , ведущее к сбоям изнашивания. Твердотельные танталовые конденсаторы с электролитом MnO ₂ не имеют механизма износа, так что постоянная интенсивность отказов, по крайней мере, вплоть до отказа всех конденсаторов. У них нет срока службы, как у нетвердых алюминиевых крышек.

Однако полимерные танталовые, а также полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы имеют срок службы. Полимерный электролит имеет небольшое ухудшение проводимости из-за механизма термической деградации проводящего полимера. Электропроводность снижается как функция времени, что соответствует структуре типа гранулированного металла, в которой старение происходит из-за усадки зерен проводящего полимера.

Время работы конденсаторов (срок службы, срок службы нагрузки, срок службы) проверяется ускоренным испытанием на выносливость в соответствии с IEC 60384-24 / -25 / -26 с номинальным напряжением при температуре верхней категории. Условия тестирования для прохождения теста:

• нет короткого замыкания или обрыва
• уменьшение емкости менее чем на 20%
• увеличение ESR, импеданса или коэффициента потерь менее чем в 2 раза

Указанные пределы отказов из-за деградации полимерных конденсаторов намного ближе, чем для нетвердых алюминиевых конденсаторов. Это означает, что срок службы полимерных электронных крышек намного более стабильный, чем у влажных алюминиевых электронных крышек.

Срок службы полимерных конденсаторов определяется аналогично нетвердым алюминиево-электролитическим конденсаторам с временем в часах при максимальном напряжении и температуре, например: 2000 ч / 105 ° C. {\ frac {T_ {0} -T_ {A}} {20}}}

• L _x = срок службы, подлежащий оценке
• L _Spec = указанный срок службы (срок службы, срок службы, срок службы)
• T ₀ = температура высшей категории (° C)
• T _A = температура (° C) корпуса электронной крышки или температура окружающей среды рядом с конденсатором

Это правило характеризует изменение скорости термических полимерных реакций в заданных пределах деструкции. В соответствии с этой формулой теоретический ожидаемый срок службы полимерного конденсатора 2000 ч / 105 ° C, который работает при 65 ° C, можно рассчитать (точнее оценить) как примерно 200 000 часов или примерно 20 лет.

Для гибридных полимерных алюминиевых крышек правило 20 градусов не применяется. Ожидаемый срок службы этих полимерных гибридных электронных крышек можно рассчитать с помощью правила 10 градусов . Для вышеуказанных условий срок службы электронных крышек с жидким электролитом может составить 32000 часов или примерно 3,7 года.

Режимы отказа, механизм самовосстановления и правила применения

Полевая кристаллизация

Полимерные конденсаторы, танталовые и алюминиевые, надежны на таком же высоком уровне, как и другие электронные компоненты, с очень низкой частотой отказов. Однако все танталовые электролитические конденсаторы, включая полимерный тантал, имеют уникальный режим отказа, называемый «полевой кристаллизацией».

Кристаллизация в полевых условиях является основной причиной деградации и катастрофических отказов твердотельных танталовых конденсаторов. Более 90% сегодняшних редких отказов Ta-e-caps вызваны коротким замыканием или повышенным током утечки из-за этого режима отказа.

Чрезвычайно тонкая оксидная пленка танталового электролитического конденсатора, диэлектрический слой, должна быть сформирована как аморфная структура. Преобразование аморфной структуры в кристаллическую увеличивает проводимость, как сообщается, в 1000 раз, а также увеличивает объем оксида.

После приложения напряжения к ослабленным участкам в оксиде конденсатора образуется локализованный более высокий ток утечки, который приводит к локальному нагреву полимера, в результате чего полимер либо окисляется и становится высокоомным, либо испаряется.

Полевая кристаллизация с последующим пробоем диэлектрика характеризуется внезапным повышением тока утечки в течение нескольких миллисекунд от наноамперной величины до амперной величины в цепях с низким импедансом. Увеличивающийся ток может быть ускорен как «лавинный эффект» и быстро распространяться по металлу / оксиду. Это может привести к разной степени разрушения, начиная от небольших обожженных участков на оксиде до зигзагообразных обгоревших полос, покрывающих большие площади окатыша, или полного окисления металла. Если источник тока неограничен, кристаллизация поля может вызвать короткое замыкание конденсатора . Однако, если источник тока ограничен твердыми крышками MnO ₂ Ta-e, происходит процесс самовосстановления, окисляя MnO ₂ в изолирующий Mn ₂ O _3.

В полимерных крышках Ta-e риск возгорания нет. Однако может произойти полевая кристаллизация. В этом случае полимерный слой избирательно нагревается и выгорает за счет увеличивающегося тока утечки, так что неисправная точка изолирована. Поскольку полимерный материал не обеспечивает кислородом, ток утечки не может увеличиваться. Однако неисправная зона больше не влияет на емкость конденсаторов.

Самовосстановление

Полимерные алюминиевые колпачки обладают тем же механизмом самовосстановления, что и полимерные колпачки Ta-e. После приложения напряжения к ослабленным участкам в оксиде образуется локализованный путь более высокого тока утечки. Это приводит к локальному нагреву полимера; в результате чего полимер либо окисляется и становится очень резистентным, либо испаряется. Кроме того, гибридные полимерные алюминиевые крышки демонстрируют этот механизм самовосстановления. Однако жидкий электролит может течь к поврежденному месту и может доставить кислород для образования нового диэлектрического оксида. Это причина относительно низких значений тока утечки гибридных полимерных конденсаторов.

Правила применения

Много разных типов полимерных электролитических конденсаторов демонстрируют различия в долгосрочном электрическом поведении, присущих им режимах отказа и их механизме самовосстановления. Чтобы гарантировать сохранение операции, производители рекомендуют различные правила применения, ориентированные на поведение типа, см. Следующую таблицу:

Дополнительная информация

Символ конденсатора

Обозначения электролитических конденсаторов

Маркировка полярности

Маркировка полярности полимерных электролитических конденсаторов

Отпечатанные маркировки

На полимерных электролитических конденсаторах с достаточным пространством нанесена кодовая маркировка для обозначения

• название производителя или товарный знак;
• обозначение типа производителя;
• полярность
• номинальная емкость;
• допуск на номинальную емкость
• Номинальное напряжение
• климатическая категория или номинальная температура;
• год и месяц (или неделя) выпуска;

Для очень маленьких конденсаторов маркировка невозможна.

Код маркировки зависит от производителя.

Стандартизация

Стандартизация электронных компонентов и связанных с ними технологий осуществляется в соответствии с правилами, установленными Международной электротехнической комиссией (IEC), некоммерческой неправительственной международной организацией по стандартизации .

Определение характеристик и методика методов испытаний конденсаторов для использования в электронном оборудовании изложены в Общей спецификации :

• IEC / EN 60384-1 — Конденсаторы постоянной емкости для использования в электронном оборудовании

Испытания и требования, которым должны соответствовать полимерные танталовые и полимерно-алюминиевые электролитические конденсаторы для использования в электронном оборудовании для утверждения в качестве стандартизованных типов, изложены в следующих отдельных спецификациях :

• IEC / EN 60384-24 — Фиксированные танталовые электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа с проводящим полимерным твердым электролитом.
• IEC / EN 60384-25 — Фиксированные алюминиевые электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа с проводящим полимерным твердым электролитом.
• IEC / EN 60384-26 — Фиксированные алюминиевые электролитические конденсаторы с проводящим полимерным твердым электролитом.

Технологическая конкуренция

Характеристики ESR и ESL полимерных электролитических конденсаторов сходятся с характеристиками конденсаторов MLCC. Напротив, удельная емкость конденсаторов класса 2-MLCC приближается к емкости конденсаторов танталовых кристаллов. Однако, помимо этой растущей сопоставимости, есть аргументы в пользу или против определенных типов конденсаторов. Многие производители конденсаторов приводят эти решающие аргументы в пользу своих технологий против конкуренции в презентациях и статьях, f. е .:

• Электронные крышки из алюминиевого полимера против MLCC: Panasonic
• MLCC против полимеров и «мокрых» электронных крышек: Murata
• Электронные крышки из алюминиевого полимера против «мокрых» электронных крышек: NCC, NIC
• Электронные крышки Ta-Polymer против стандартных твердых электронных крышек Ta-MnO ₂ : Kemet

Производители и продукция

По состоянию на июль 2016 г.

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка

Идентификация

— Действительно странная маркировка конденсаторов

Это «дополнительный ответ» [tm]

Вы говорите:

, но если я его переверну, кажется, что у него немного больше емкости …

Недорогие танталовые конденсаторы из многослойного сплава от Hamfest стоит использовать, если они удовлетворяют значительную потребность в любительской ситуации, когда отказ (и, возможно, возгорание) допустим.

В противном случае твердотельные танталовые конденсаторы ждут своей катастрофы.
Тщательная разработка и реализация, гарантирующие выполнение требований, позволяют создавать высоконадежные конструкции. Если в ваших реальных ситуациях всегда гарантированно не будет исключений, выходящих за рамки спецификации, то танталовые крышки могут также подойти вам.
Удачи с этим.

Примечания Spehro:

• В техническом паспорте полимер-танталовых крышек Kemet говорится (частично): «KOCAP также демонстрирует доброкачественный режим отказа, который устраняет сбои зажигания, которые могут возникать в стандартных типах MnO2 тантала.».

  Как ни странно, я ничего не могу найти о «отказе зажигания» в других их технических паспортах. именно эти танталовые колпачки

Твердотельные танталовые электролитические конденсаторы традиционно имеют режим отказа, что делает сомнительным их использование в цепях с высокой энергией, которые не могут быть или не были тщательно спроектированы для исключения любой возможности приложенного напряжения, превышающего номинальное напряжение более чем на небольшой процент.

Танталовые колпачки обычно изготавливаются путем спекания гранул тантала вместе с образованием сплошного целого с огромной площадью поверхности на единицу объема и последующего формирования тонкого диэлектрического слоя на внешней поверхности с помощью химического процесса.Здесь термин «тонкий» приобретает новое значение — слой достаточно толстый, чтобы избежать пробоя при номинальном напряжении, и достаточно тонкий, чтобы его можно было пробить напряжениями, не намного превышающими номинальное напряжение. Например, для номинальной емкости 10 В работа, скажем, с подачей напряжения 15 В может быть сравнима с игрой в русскую рулетку. В отличие от алюминиевых влажных электролитических колпачков, которые имеют тенденцию к самовосстановлению при прокалывании оксидного слоя, тантал не заживляет. Небольшое количество энергии может привести к локальному повреждению и удалению проводящего пути.Если цепь, обеспечивающая энергией колпачок, может обеспечить значительную энергию, колпачок может предложить соответственно устойчивое короткое замыкание с низким сопротивлением, и начинается битва. Это может привести к появлению запаха, дыма, пламени, шума и взрыва. Я видел, как все это происходило последовательно при единственном сбое. Сначала был неприятный неприятный запах в течение примерно 30 секунд. Затем громкий визг, затем струя пламени в течение примерно 5 секунд с приятным свистящим звуком, а затем впечатляющий взрыв. Не все неудачи вызывают такое чувственное удовлетворение.

В тех случаях, когда нельзя гарантировать полное отсутствие скачков перенапряжения с высокой энергией, что имело бы место во многих, если не в большинстве цепей питания, использование танталовых твердо-электролитических колпачков было бы хорошим источником обращений в службу технической поддержки (или обращения в тяжелый отдел). Судя по ссылке Спехро, Кемет, возможно, удалил наиболее интересные аспекты таких неудач. Они по-прежнему предупреждают о минимальных перенапряжениях.

Некоторые реальные отказы:

Википедия — танталовые конденсаторы

• Большинство танталовых конденсаторов представляют собой поляризованные устройства с четко обозначенными положительными и отрицательными клеммами.При воздействии обратной полярности (даже на короткое время) конденсатор деполяризуется и диэлектрический оксидный слой разрушается, что может привести к его выходу из строя, даже если позже он будет работать с правильной полярностью. Если отказ представляет собой короткое замыкание (наиболее частое явление), а ток не ограничен безопасным значением, может произойти катастрофический тепловой разгон (см. Ниже).

Kemet — указания по применению танталовых конденсаторов

• Прочтите раздел 15., стр. 79 и отойдите, держа руки в поле зрения.

AVX — правила снижения напряжения для твердотельных танталовых и ниобиевых конденсаторов

• На протяжении многих лет люди спрашивали производителей танталовых конденсаторов о
  общие рекомендации по использованию их продукта, консенсус был «минимальным
  должно применяться снижение номинального напряжения на 50% ». Это практическое правило с тех пор стало
  наиболее распространенное руководство по дизайну для танталовой технологии. Эта статья пересматривает это
  заявление и объясняет, учитывая понимание приложения, почему это не
  обязательно по делу.

  С недавним внедрением технологий конденсаторов из ниобия и оксида ниобия,
  обсуждение снижения номинальных характеристик было распространено и на эти семейства конденсаторов.

Vishay — твердотельный танталовый конденсатор FAQ

• . В ЧЕМ РАЗНИЦА МЕЖДУ ФУЗИЙНЫМ (ВИШАЙ СПРАГА 893D) И СТАНДАРТОМ,
  НЕПЛАВЛЕННЫЙ (VISHAY SPRAGUE 293D И 593D) ТАНТАЛОВЫЙ КОНДЕНСАТОР?

  A. Серия 893D была разработана для работы в сильноточных устройствах (> 10 A) и использует «электронный» механизм предохранителя…. Предохранитель 893D не сработает при токе ниже 2 А, потому что I2R ниже энергии, необходимой для срабатывания предохранителя. Между 2 и 3 А предохранитель в конечном итоге сработает, но некоторые конденсатор и печатная плата
  Может произойти «обугливание». Таким образом, конденсаторы 893D идеальны для сильноточных цепей, где «отказ» конденсатора может вызвать сбой системы.

  Конденсаторы

  Тип 893D предотвращают «обугливание» конденсатора или печатной платы и обычно предотвращают любое прерывание цепи, которое может быть связано с отказом конденсатора.«Закороченный» конденсатор на источнике питания может вызвать скачки тока и / или напряжения, которые могут вызвать отключение системы. Время срабатывания предохранителя 893D в большинстве случаев достаточно короткое, чтобы исключить чрезмерное потребление тока или колебания напряжения.

Направляющая для конденсаторов — танталовые конденсаторы

• … Обратной стороной использования танталовых конденсаторов является их неблагоприятный режим отказа, который может привести к тепловому выходу из строя, пожарам и небольшим взрывам, но этого можно избежать с помощью внешних отказоустойчивых устройств, таких как ограничители тока или плавкие предохранители.

Что за кепка-астроф

• Я работал на производителе, у которого возникла необъяснимая неисправность танталового конденсатора. Дело не в том, что конденсаторы просто вышли из строя, а в том, что отказ был катастрофическим и делал печатные платы неисправными. Казалось, что этому нет объяснения. Мы не обнаружили проблем с неправильным использованием этой небольшой специализированной печатной платы микрокомпьютера. Что еще хуже, поставщик обвинил нас.

  Я провел небольшое исследование в Интернете о неисправностях танталовых конденсаторов и обнаружил, что таблетки танталовых конденсаторов содержат незначительные дефекты, которые необходимо устранить во время производства.В этом процессе напряжение постепенно увеличивается через резистор до номинального напряжения плюс защитная полоса. Последовательный резистор предотвращает неконтролируемое тепловое разрушение гранулы. Я также узнал, что пайка печатных плат при высоких температурах во время производства вызывает напряжения, которые могут вызвать микротрещины внутри таблетки. Эти микротрещины, в свою очередь, могут привести к отказу в приложениях с низким импедансом. Микротрещины также снижают номинальное напряжение устройства, поэтому анализ отказов покажет классический отказ от перенапряжения….

Как определить японские электролитические конденсаторы

Мы участвуем в программе Amazon Services LLC Associates, партнерской рекламной программе, разработанной для того, чтобы мы могли получать вознаграждение за счет ссылок на Amazon.com и связанные с ней сайты.

[nextpage title = ”Введение”]

Не все электролитические конденсаторы производятся одинаково. Японские и сплошные колпачки имеют лучшее качество, защищая ваше оборудование от печально известной проблемы утечки конденсаторов, а также увеличивая срок службы вашего оборудования, особенно если оно работает при высоких температурах, как в случае с источниками питания.В этом коротком руководстве мы научим вас определять японские конденсаторы и почему они лучше.

Рисунок 1: Твердотельные и обычные электролитические конденсаторы

Чтобы вы поняли, почему твердотельные и японские конденсаторы лучше, давайте объясним, что такое конденсатор и как производятся электролитические колпачки. Кстати, твердотельные алюминиевые конденсаторы тоже являются электролитическими, но в другой упаковке.

Конденсатор предназначен для хранения электрических зарядов.Количество электрического заряда, которое он может хранить, выражается в единицах, называемых кулонами. Емкость конденсатора — это то, сколько электрического заряда он будет хранить на каждый вольт, приложенный к его выводам, выраженный в единицах, называемых фарадами (Ф). Конденсаторы, используемые в бытовой электронике, измеряются намного ниже 1 фарада, обычно в диапазоне пикофарад (пФ, который равен 0,000,000,000,001 F) для керамических конденсаторов, в диапазоне нанофарад (нФ, который равен 0,000,000,001 F) для полиэфирных конденсаторов и т. Д. микрофарад (мкФ, что равно 0.000,001 Ф) для электролитических конденсаторов.

Конденсаторы производятся с размещением двух металлических фольг параллельно друг другу с материалом, называемым диэлектриком, между ними. В зависимости от диэлектрического материала конденсатор может накапливать больше или меньше электрических зарядов, а используемый материал дает название типа конденсатора. Как видно из предыдущего абзаца, электролитические конденсаторы могут хранить больше электрических зарядов, чем полиэфирные конденсаторы, которые, в свою очередь, могут хранить больше электрических зарядов, чем керамические конденсаторы.Имейте в виду, что конденсатор, который может хранить больше электрических зарядов, ничем не лучше конденсатора, который может хранить меньше электрических зарядов. У каждой емкости свое применение.

Электролитические конденсаторы состоят из двух алюминиевых фольг, расположенных параллельно друг другу, с абсорбирующим материалом, смоченным в электролите (то есть жидким материалом), помещенным между ними — отсюда и название этого типа конденсатора. Затем этот «бутерброд» раскручивается.

Вся проблема электролитических конденсаторов в том, что электролит имеет тенденцию высыхать, разрушая конденсатор (т.е.е., заставляя его терять свою емкость памяти), вызывая неисправность в цепи, в которой он установлен. Например, одно из самых популярных применений электролитических конденсаторов — это фильтрующие цепи, и если конденсатор вышел из строя, фильтрация просто не произойдет, что вызовет неисправность в цепи после стадии фильтрации. Блок питания ПК с плохой ступенью фильтрации будет выдавать напряжения с огромными колебаниями, вызывая неисправность или даже сжигая материнскую плату, жесткий диск и т. Д.

Как вы понимаете, жидкость внутри конденсатора высыхает только в том случае, если конденсатор не герметичен и / или если конденсатор подвергается воздействию высоких температур (определение «высокая температура» для нас — это любая температура, превышающая стандартную. комнатная температура 25 ° C или 77 ° F).

Но это не единственная проблема, которая может возникнуть. Если конденсатор не герметичен, жидкость внутри крышки может вытечь, и это может даже вызвать коррозию печатной платы, на которой установлен конденсатор.

Также электролит внутри конденсатора может испаряться при высокой температуре (или при приложении напряжения выше максимально допустимого), создавая давление на корпус конденсатора, заставляя конденсатор разбухать или даже взрываться.

Все конденсаторы имеют маркировку температуры и напряжения. Температура обычно составляет 85 ° C (185 ° F) или 105 ° C (221 ° F). Эти цифры должны быть намного выше реальных цифр, которые будут использоваться, чем больше, тем лучше. Если эти числа превышены, могут возникнуть указанные выше проблемы.Но, конечно, при нормальном использовании схемы этого не произойдет, если только кто-то по ошибке не поместит в схему конденсатор с неправильными характеристиками.

Две основные проблемы электролитических конденсаторов — это плохая герметизация и плохой электролит. Плохое уплотнение приведет к утечке или испарению электролита. Плохой электролит может привести к множеству вещей, наиболее распространенными из которых являются испарение при температуре ниже температуры, указанной на этикетке конденсатора (что приводит к разбуханию или взрыву крышки), а также к коррозии дешевого уплотнительного материала и утечке.

Японские конденсаторы известны своим высоким качеством (хороший электролит и хорошая герметизация), в то время как китайские конденсаторы имеют плохую репутацию из-за использования дешевого электролита и дешевой герметизации, что может привести к проблемам, которые мы объяснили. Твердотельные конденсаторы также невосприимчивы к вышеуказанным проблемам, поскольку они обеспечивают наилучшее уплотнение.

Идентифицировать твердотельные конденсаторы легко, поскольку они имеют совершенно другой физический аспект (см. Рисунок 1). Но как узнать, является ли данный электролитический конденсатор японским или нет? [Nextpage title = ”Идентификация маркировки”]

Основная проблема заключается в том, что на корпусе конденсаторов нет надписи «Сделано в» или аналогичной фразы.Это очень усложняет весь процесс открытия страны происхождения. Некоторые производители даже не печатают свои имена, только логотипы. Иногда даже не так! На некоторых логотипах есть название производителя (например, Sanyo), но в большинстве случаев его нет (см. Реальный пример на рисунке 2)! Некоторые производители будут печатать только серию конденсаторов, и вам нужно быть достаточно умным, чтобы знать, что напечатанное число является серией, и вам придется искать производителя самостоятельно!

Рисунок 2: Типичная маркировка на электролитическом конденсаторе

Если вы можете расшифровать логотип производителя или узнать, какая компания поставляет конденсаторы определенной серии, вы сможете узнать страну происхождения, зная, где в мире находится этот конкретный производитель.Звучит сложно? Это. Для большинства людей это неразрешимая детективная работа.

Но не волнуйтесь. Наша цель в этом руководстве — предоставить вам таблицу, содержащую наиболее распространенных японских производителей и способы определения их конденсаторов. Конечно, вокруг много японских производителей, но мы перечисляем только те, которые обычно встречаются на аппаратных частях ПК, особенно на источниках питания и материнских платах, которые являются двумя компонентами, в которых люди больше озабочены качеством электролитических конденсаторов.Мы также собираемся опубликовать таблицы с наиболее распространенными тайваньскими и китайскими конденсаторами, чтобы избежать вопросов типа «эй, у меня есть конденсатор с маркировкой XXX, его нет в вашем списке, он японский?».

[nextpage title = «Список японских конденсаторов»]

Ниже мы составили небольшую таблицу, в которой перечислены наиболее распространенные японские производители электролитических конденсаторов, которые вы найдете на материнских платах и ​​источниках питания. Мы также включили их типичную маркировку (поскольку некоторые из них не печатают свои названия на конденсаторах), а также изображения с примерами японских конденсаторов этих брендов.Есть одно важное исключение. Несмотря на то, что Toshin Kogyo — японская компания, они продают тайваньские циторы capa
под торговой маркой OST.

Рис. 3: Типовой конденсатор от Chemi-Con (пустой прямоугольник с логотипом).

Рис. 4. Конденсаторы Panasonic (логотип [M], что означает Matsushita)

Рисунок 5: Конденсаторы от Sanyo

Рисунок 6: Конденсаторы от Rubycon

Рисунок 7: Конденсаторы Toshin Kogyo (маркировка TK), они тайваньские, а не японские

[nextpage title = «Список тайваньских и китайских конденсаторов»]

Если конденсатора нет в списке на предыдущей странице, это, вероятно, означает, что он тайваньский или китайский.Ниже мы составили краткий список производителей электролитических конденсаторов, которые чаще всего встречаются на материнских платах и ​​источниках питания. Этот список далеко не полный, и вы можете помочь нам, перечислив другие бренды конденсаторов, обычно встречающиеся в аппаратных частях ПК, в разделе комментариев к этому руководству, с URL-адресом веб-сайта компании, если это возможно. Мы постараемся обновлять этот список как можно чаще.

Рисунок 8: Логотип Samyoung

Электролитический конденсатор

| Типы | Направляющая конденсатора

Что такое электролитические конденсаторы?

Электролитический конденсатор — это тип конденсатора, в котором используется электролит для достижения большей емкости, чем у конденсаторов других типов.Электролит — это жидкость или гель, содержащий высокую концентрацию ионов. Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, а это означает, что напряжение на положительной клемме всегда должно быть больше, чем напряжение на отрицательной клемме. Преимущество большой емкости электролитических конденсаторов имеет также несколько недостатков. Среди этих недостатков — большие токи утечки, допуски по величине, эквивалентное последовательное сопротивление и ограниченный срок службы. Электролитические конденсаторы могут быть либо с жидким электролитом, либо с твердым полимером.Обычно они изготавливаются из тантала или алюминия, хотя могут использоваться и другие материалы. Суперконденсаторы — это особый подтип электролитических конденсаторов, также называемых двухслойными электролитическими конденсаторами, с емкостью в сотни и тысячи фарад. Эта статья будет основана на алюминиевых электролитических конденсаторах. Они имеют типичную емкость от 1 мкФ до 47 мФ и рабочее напряжение до нескольких сотен вольт постоянного тока. Алюминиевые электролитические конденсаторы используются во многих приложениях, таких как источники питания, материнские платы компьютеров и многие бытовые приборы.Поскольку они поляризованы, их можно использовать только в цепях постоянного тока.

Определение электролитического конденсатора

Электролитический конденсатор — это поляризованный конденсатор, в котором используется электролит для достижения большей емкости, чем у конденсаторов других типов.

Считывание значения емкости

В случае сквозных конденсаторов значение емкости, а также максимальное номинальное напряжение указаны на корпусе. Конденсатор, на котором напечатано «4,7 мкФ 25 В», имеет номинальное значение емкости 4.7 мкФ и максимальное номинальное напряжение 25 В, которое никогда не должно превышаться.

В случае электролитических конденсаторов SMD (поверхностного монтажа) существует два основных типа маркировки. В первой четко указано значение в микрофарадах и рабочее напряжение. Например, при таком подходе конденсатор 4,7 мкФ с рабочим напряжением 25 В будет иметь маркировку «4,7 25V. В другой системе маркировки за буквой следуют три цифры. Буква представляет номинальное напряжение в соответствии с таблицей ниже.Первые два числа представляют значение в пикофарадах, а третье число — количество нулей, добавляемых к первым двум. Например, конденсатор 4,7 мкФ с номинальным напряжением 25 В будет иметь маркировку E476. Это соответствует 47000000 пФ = 47000 нФ = 47 мкФ.

Характеристики

Дрейф емкости

Емкость электролитических конденсаторов с течением времени отклоняется от номинального значения, и они имеют большие допуски, обычно 20%.Это означает, что ожидается, что алюминиевый электролитический конденсатор с номинальной емкостью 47 мкФ будет иметь измеренное значение от 37,6 мкФ до 56,4 мкФ. Танталовые электролитические конденсаторы могут изготавливаться с более жесткими допусками, но их максимальное рабочее напряжение ниже, поэтому они не всегда могут использоваться в качестве прямой замены.

Полярность и безопасность

Из-за конструкции электролитических конденсаторов и характеристик используемого электролита электролитические конденсаторы должны иметь прямое смещение.Это означает, что положительный вывод всегда должен иметь более высокое напряжение, чем отрицательный вывод. Если конденсатор становится смещенным в обратном направлении (если полярность напряжения на выводах меняется на обратную), изолирующий оксид алюминия, который действует как диэлектрик, может быть поврежден и начать действовать как короткое замыкание между двумя выводами конденсатора. Это может вызвать перегрев конденсатора из-за протекающего через него большого тока. Когда конденсатор перегревается, электролит нагревается и протекает или даже испаряется, что приводит к взрыву корпуса.Этот процесс происходит при обратном напряжении около 1 В и выше. Для обеспечения безопасности и предотвращения взрыва корпуса из-за высокого давления, возникающего в условиях перегрева, в корпусе установлен предохранительный клапан. Обычно это делается путем нанесения царапины на верхней поверхности конденсатора, которая открывается контролируемым образом при перегреве конденсатора. Поскольку электролиты могут быть токсичными или едкими, могут потребоваться дополнительные меры безопасности при очистке и замене перегретого электролитического конденсатора.

Существует специальный тип электролитических конденсаторов для переменного тока, которые выдерживают обратную поляризацию. Этот тип называется неполяризованным или NP-типом.

Устройство и свойства электролитических конденсаторов

Алюминиевые электролитические конденсаторы состоят из двух алюминиевых фольг и бумажной прокладки, пропитанной электролитом. Одна из двух алюминиевых фольг покрыта оксидным слоем, и эта фольга действует как анод, а непокрытая фольга действует как катод.Во время нормальной работы анод должен находиться под положительным напряжением по отношению к катоду, поэтому катод чаще всего маркируется знаком минус вдоль корпуса конденсатора. Анод, бумага, пропитанная электролитом, и катод уложены друг на друга. Пакет сворачивается, помещается в цилиндрический корпус и соединяется со схемой с помощью штифтов. Есть две общие геометрии: осевая и радиальная. Осевые конденсаторы имеют по одному выводу на каждом конце цилиндра, в то время как в радиальной геометрии оба вывода расположены на одном конце цилиндра.

Электролитические конденсаторы имеют большую емкость, чем большинство других типов конденсаторов, обычно от 1 мкФ до 47 мФ. Существует особый тип электролитического конденсатора, называемый двухслойным конденсатором или суперконденсатором, емкость которого может достигать тысяч фарад. Емкость алюминиевого электролитического конденсатора определяется несколькими факторами, такими как площадь пластины и толщина электролита. Это означает, что конденсатор большой емкости является громоздким и большим по размеру.

Следует отметить, что электролитические конденсаторы, изготовленные по старой технологии, не имели очень длительного срока хранения, обычно всего несколько месяцев. Если его не использовать, оксидный слой разрушается, и его необходимо восстанавливать в процессе, называемом риформингом конденсатора. Это можно сделать, подключив конденсатор к источнику напряжения через резистор и медленно увеличивая напряжение, пока оксидный слой не будет полностью восстановлен. Современные электролитические конденсаторы имеют срок хранения 2 года и более.Если конденсатор остается неполяризованным в течение длительного времени, его необходимо преобразовать перед использованием.

Применения для электролитических конденсаторов

Существует множество приложений, в которых не требуются жесткие допуски и поляризация переменного тока, но требуются большие значения емкости. Они обычно используются в качестве фильтрующих устройств в различных источниках питания для уменьшения пульсаций напряжения. При использовании в импульсных источниках питания они часто являются критическим компонентом, ограничивающим срок службы источника питания, поэтому в этом приложении используются высококачественные конденсаторы.

Их также можно использовать при сглаживании входа и выхода в качестве фильтра нижних частот, если сигнал является сигналом постоянного тока со слабой составляющей переменного тока. Однако электролитические конденсаторы плохо работают с сигналами большой амплитуды и высокой частоты из-за мощности, рассеиваемой на паразитном внутреннем сопротивлении, называемом эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). В таких приложениях необходимо использовать конденсаторы с низким ESR, чтобы уменьшить потери и избежать перегрева.

Практическим примером является использование электролитических конденсаторов в качестве фильтров в усилителях звука, основная цель которых — уменьшить гудение в сети.Сетевой гул — это электрический шум 50 или 60 Гц, вызванный сетью, который будет слышен при усилении.

Как определить полярность электролитического конденсатора

Обновлено 8 сентября 2019 г.

Автор S. Hussain Ather

Конденсаторы имеют различные конструкции для использования в вычислительных приложениях и фильтрации электрического сигнала в цепях. Несмотря на различия в том, как они построены и для чего они используются, все они работают по одним и тем же электрохимическим принципам.

Когда инженеры создают их, они принимают во внимание такие величины, как значение емкости, номинальное напряжение, обратное напряжение и ток утечки, чтобы убедиться, что они идеальны для своих целей. Если вы хотите сохранить большой заряд в электрической цепи, узнайте больше об электролитических конденсаторах.

Определение полярности конденсатора

Чтобы определить полярность конденсатора, полоса на электролитическом конденсаторе указывает отрицательный полюс. Для конденсаторов с осевыми выводами (в которых выводы выходят из противоположных концов конденсатора) может быть стрелка, указывающая на отрицательный конец, символизирующая поток заряда.

Убедитесь, что вы знаете полярность конденсатора, чтобы его можно было подключить к электрической цепи в нужном направлении. Установка в неправильном направлении может вызвать короткое замыкание или перегрев цепи.

В некоторых случаях положительный конец конденсатора может быть длиннее отрицательного, но вы должны быть осторожны с этим критерием, потому что многие конденсаторы имеют обрезанные выводы. Танталовый конденсатор иногда может иметь знак плюса (+), указывающий на положительный полюс.

Некоторые электролитические конденсаторы могут использоваться в биполярном режиме, что позволяет при необходимости менять полярность. Они делают это, переключаясь между потоками заряда через цепь переменного тока (AC).

Некоторые электролитические конденсаторы предназначены для биполярной работы неполяризованными методами. Эти конденсаторы состоят из двух анодных пластин, соединенных с обратной полярностью. В последовательных частях цикла переменного тока один оксид действует как блокирующий диэлектрик.Он предотвращает разрушение противоположного электролита обратным током.

Характеристики электролитического конденсатора

В электролитическом конденсаторе используется электролит для увеличения емкости или способности накапливать заряд, который он может получить. Они поляризованы, то есть их заряды выстраиваются в линию, позволяющую им сохранять заряд. Электролит в данном случае представляет собой жидкость или гель с большим количеством ионов, благодаря которым он легко заряжается.

Когда электролитические конденсаторы поляризованы, напряжение или потенциал на положительном выводе больше, чем на отрицательном, что позволяет заряду свободно проходить через конденсатор.

Когда конденсатор поляризован, он обычно обозначается минусом (-) или плюсом (+) для обозначения отрицательного и положительного полюсов. Обратите на это особое внимание, потому что, если вы неправильно подключите конденсатор в цепь, это может привести к короткому замыканию, как в случае, когда через конденсатор протекает настолько большой ток, что может его необратимо повредить.

Хотя большая емкость позволяет электролитическим конденсаторам накапливать большее количество заряда, они могут подвергаться токам утечки и могут не соответствовать соответствующим допускам по величине, величина емкости может варьироваться для практических целей.Определенные конструктивные факторы могут также ограничивать срок службы электролитических конденсаторов, если конденсаторы склонны к быстрому износу после многократного использования.

Из-за этой полярности электролитического конденсатора они должны быть смещены в прямом направлении. Это означает, что положительный конец конденсатора должен иметь более высокое напряжение, чем отрицательный, чтобы заряд проходил по цепи от положительного конца к отрицательному.

Подключение конденсатора к цепи в неправильном направлении может привести к повреждению материала оксида алюминия, изолирующего конденсатор, или к короткому замыканию.Это также может вызвать перегрев, в результате которого электролит слишком сильно нагревается или протекает.

Меры предосторожности при измерении емкости

Перед измерением емкости вы должны знать о мерах безопасности при использовании конденсатора. Даже после того, как вы отключите питание от цепи, конденсатор, скорее всего, останется под напряжением. Прежде чем прикоснуться к нему, убедитесь, что все питание схемы отключено, используя мультиметр, чтобы убедиться, что питание отключено, и вы разрядили конденсатор, подключив резистор к его выводам.

Для безопасной разрядки конденсатора подключите 5-ваттный резистор к клеммам конденсатора на пять секунд. Используйте мультиметр, чтобы убедиться, что питание отключено. Постоянно проверяйте конденсатор на предмет утечек, трещин и других признаков износа.

Символ электролитического конденсатора

••• Syed Hussain Ather

Символ электролитического конденсатора является общим обозначением конденсатора. Электролитические конденсаторы изображены на принципиальных схемах, как показано на рисунке выше для европейского и американского стилей.Знаки плюс и минус указывают на положительную и отрицательную клеммы, анод и катод.

Расчет электрической емкости

Поскольку емкость является величиной, присущей электролитическому конденсатору, вы можете рассчитать ее в единицах фарад как C = ε _r ε ₀ A / d для площади перекрытия двух пластин A в м ² , ε _r как безразмерная диэлектрическая проницаемость материала, ε ₀ как электрическая постоянная в фарадах / метр и d как расстояние между пластинами в метрах.

Экспериментальное измерение емкости

Для измерения емкости можно использовать мультиметр. Мультиметр измеряет ток и напряжение и использует эти два значения для расчета емкости. Установите мультиметр в режим измерения емкости (обычно обозначается символом емкости).

После того, как конденсатор был подключен к цепи и получил достаточно времени для зарядки, отключите его от цепи, соблюдая только что описанные меры безопасности.

Подключите выводы конденсатора к клеммам мультиметра. Вы можете использовать относительный режим для измерения емкости измерительных проводов относительно друг друга. Это может быть удобно при низких значениях емкости, которые может быть труднее обнаружить.

Попробуйте использовать различные диапазоны емкости, пока не найдете показание, которое является точным в зависимости от конфигурации электрической цепи.

Приложения при измерении емкости

Инженеры часто используют мультиметры для измерения емкости однофазных двигателей, оборудования и машин небольшого размера для промышленного применения.Однофазные двигатели работают за счет создания переменного потока в обмотке статора двигателя. Это позволяет току менять направление при протекании через обмотку статора в соответствии с законами и принципами электромагнитной индукции.

Электролитические конденсаторы, в частности, лучше подходят для использования с высокой емкостью, например, для цепей питания и материнских плат для компьютеров.

Индуцированный ток в двигателе затем создает собственный магнитный поток, противоположный потоку обмотки статора.Поскольку однофазные двигатели могут быть подвержены перегреву и другим проблемам, необходимо проверить их емкость и работоспособность с помощью мультиметров для измерения емкости.

Неисправности конденсаторов могут ограничить их срок службы. Короткозамкнутые конденсаторы могут даже повредить его части, так что он может больше не работать.

Конструкция электролитического конденсатора

Инженеры создают алюминиевые электролитические конденсаторы, используя алюминиевую фольгу и бумажные прокладки, устройства, которые вызывают колебания напряжения для предотвращения разрушительных вибраций, которые пропитаны электролитической жидкостью.Обычно они покрывают одну из двух алюминиевых фольг оксидным слоем на аноде конденсатора.

Оксид в этой части конденсатора заставляет материал терять электроны в процессе зарядки и накопления заряда. На катоде материал приобретает электроны в процессе восстановления конструкции электролитического конденсатора.

Затем производители продолжают укладывать пропитанную электролитом бумагу с катодом, соединяя их друг с другом в электрическую цепь и свертывая их в цилиндрический корпус, который подключается к цепи.Инженеры обычно выбирают расположение бумаги либо в осевом, либо в радиальном направлении.

Осевые конденсаторы выполнены с одним штифтом на каждом конце цилиндра, а в радиальных конструкциях оба штифта используются на одной стороне цилиндрического корпуса.

Площадь пластины и электролитическая толщина определяют емкость и позволяют электролитическим конденсаторам быть идеальными кандидатами для таких приложений, как усилители звука. Алюминиевые электролитические конденсаторы используются в источниках питания, материнских платах компьютеров и бытовой технике.

Эти характеристики позволяют электролитическим конденсаторам сохранять гораздо больший заряд, чем другие конденсаторы. Двухслойные конденсаторы или суперконденсаторы могут даже достигать емкости в тысячи фарад.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевые электролитические конденсаторы используют твердый алюминиевый материал для создания «клапана», так что положительное напряжение в электролитической жидкости позволяет ему образовывать оксидный слой, который действует как диэлектрик, изолирующий материал, который может быть поляризован до не допускать протекания зарядов.Инженеры создают эти конденсаторы с алюминиевым анодом. Это используется для создания слоев конденсатора и идеально подходит для хранения заряда. Инженеры используют диоксид марганца для создания катода.

Эти типы электролитических конденсаторов могут быть разделены на тонкие плоские и с протравленной фольгой. Типы простой фольги — это те, которые были только что описаны, в то время как в конденсаторах с травленой фольгой на аноде и катодной фольге используется оксид алюминия, который протравлен для увеличения площади поверхности и диэлектрической проницаемости, что является мерой способности материала сохранять заряд.

Это увеличивает емкость, но также снижает способность материала выдерживать высокие постоянные токи (DC), тип тока, который проходит в одном направлении в цепи.

Электролиты в алюминиевых электролитических конденсаторах

Типы электролитов, используемых в алюминиевых конденсаторах, могут различаться: нетвердый, твердый диоксид марганца и твердый полимер. Обычно используются нетвердые или жидкие электролиты, потому что они относительно дешевы и подходят для различных размеров, емкостей и значений напряжения.Однако при использовании в цепях они действительно теряют много энергии. Этиленгликоль и борная кислота составляют жидкие электролиты.

Другие растворители, такие как диметилформамид и диметилацетамид, также могут быть растворены в воде для использования. Эти типы конденсаторов также могут использовать твердые электролиты, такие как диоксид марганца или твердый полимерный электролит. Диоксид марганца также экономичен и надежен при более высоких значениях температуры и влажности. Они имеют меньший ток утечки постоянного тока и высокую электрическую проводимость.

Электролиты выбраны для решения проблем высоких коэффициентов рассеяния, а также общих потерь энергии электролитических конденсаторов.

Ниобиевые и танталовые конденсаторы

Танталовые конденсаторы в основном используются в устройствах поверхностного монтажа в вычислительных приложениях, а также в военном, медицинском и космическом оборудовании.

Танталовый материал анода позволяет им легко окисляться, как алюминиевый конденсатор, а также позволяет им использовать преимущества повышенной проводимости, когда танталовый порошок прижимается к проводящей проволоке.Затем оксид образуется на поверхности и внутри полостей в материале. Это создает большую площадь поверхности для повышенной способности хранить заряд с большей диэлектрической проницаемостью, чем у алюминия.

Конденсаторы на основе ниобия используют массу материала вокруг проводника, который использует окисление для создания диэлектрика. Эти диэлектрики имеют большую диэлектрическую проницаемость, чем танталовые конденсаторы, но для данного номинального напряжения используется большая толщина диэлектрика. Эти конденсаторы в последнее время используются чаще, потому что танталовые конденсаторы стали более дорогими.

Базовые знания о твердотельных конденсаторах

Каталог

I Введение

Твердотельные конденсаторы называются твердыми алюминиевыми электролитическими конденсаторами.Самая большая разница между ними и обычными конденсаторами (также называемыми жидкими алюминиевыми электролитическими конденсаторами) заключается в том, что используются разные диэлектрические материалы. Жидкий алюминиевый диэлектрический материал конденсатора представляет собой электролит, а твердый диэлектрический материал конденсатора представляет собой проводящий полимерный материал.

В связи с проблемами жидкостных электролитических конденсаторов возникли твердые алюминиевые электролитические конденсаторы. С 1990-х годов в алюминиевых электролитических конденсаторах в качестве катода использовался твердый проводящий полимерный материал вместо электролита, что привело к инновационному развитию.Электропроводность проводящих полимерных материалов обычно на 2–3 порядка выше, чем у электролитов. Алюминиевые электролитические конденсаторы могут значительно снизить ESR и улучшить температурные и частотные характеристики. А из-за хорошей технологической способности полимерных материалов их легко инкапсулировать. Земля способствовала появлению сколов алюминиевых электролитических конденсаторов.

II Типы и характеристики твердотельных конденсаторов

Существует два основных типа имеющихся в продаже твердотельных алюминиевых электролитических конденсаторов: алюминиевые электролитические конденсаторы с органическими полупроводниками (OS-CON) и алюминиевые электролитические конденсаторы с полимерными проводниками (PC-CON).Структура алюминиевого электролитического конденсатора с органическим полупроводником аналогична структуре жидкого алюминиевого электролитического конденсатора, и часто используется вертикальный вставной корпус. Разница в том, что катодный материал твердого алюминиевого полимерного электролитического конденсатора заменяет электролит твердым органическим полупроводниковым экстрактом, который эффективно решает проблемы испарения, утечки и воспламеняемости электролита, улучшая при этом различные электрические свойства. Твердые алюминиево-полимерные чип-конденсаторы представляют собой уникальную структуру, сочетающую в себе характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов и танталовых конденсаторов.

SANYO OS-CON

Внешний вид PC-CON

Как и жидкие алюминиевые электролитические конденсаторы, твердые алюминиевые полимеры чаще всего имеют форму пятен. Пленка полимерного электрода с высокой проводимостью нанесена на оксид алюминия в качестве катода, а углерод и серебро являются катодными экстракционными электродами, что аналогично структуре твердого танталового электролитического конденсатора.

2.1 Высокая стабильность

Твердые алюминиевые электролитические конденсаторы

могут стабильно работать в условиях высоких температур.Твердые алюминиевые электролитические конденсаторы могут напрямую улучшить производительность материнской платы. В то же время он подходит для фильтрации источников питания благодаря стабильному импедансу в широком диапазоне температур. Он может эффективно обеспечивать стабильное и обильное питание, что особенно важно при разгоне. Твердотельные конденсаторы по-прежнему хорошо работают в условиях высоких температур, сохраняя различные электрические характеристики. Его емкость не изменяется более чем на 15% во всем температурном диапазоне, что значительно лучше, чем у жидкостных электролитических конденсаторов.В то же время емкость твердотельного электролитического конденсатора в основном не зависит от его рабочего напряжения, что обеспечивает его стабильную работу в условиях колебаний напряжения.

2.2 Длительный срок службы

Твердые алюминиевые электролитические конденсаторы

имеют чрезвычайно долгий срок службы (срок службы более 50 лет). По сравнению с жидкими алюминиевыми электролитическими конденсаторами его можно считать «долгим сроком службы». Он не будет поврежден, и вам не нужно беспокоиться о высыхании и утечке электролита, влияющих на стабильность материнской платы.Из-за отсутствия проблем с жидким электролитом твердые алюминиевые электролитические конденсаторы делают материнскую плату более стабильной и надежной. Твердые электролиты не испаряются и даже не горят, как жидкие электролиты, в условиях высоких температур. Даже если температура конденсатора превышает допустимые пределы, твердый электролит только расплавляется, что не вызывает разрыва металлического корпуса конденсатора и, следовательно, является безопасным. Рабочая температура напрямую влияет на срок службы электролитического конденсатора, а твердоэлектролитический конденсатор и жидкий электролитический конденсатор имеют относительно долгий срок службы в различных температурных средах.

2.3 Низкое ESR и высокий номинальный ток пульсации

ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) относится к последовательному эквивалентному сопротивлению, которое является очень важным показателем емкости. Чем ниже ESR, тем быстрее происходит зарядка и разрядка конденсатора. Эти характеристики напрямую влияют на характеристики развязки цепи питания микропроцессора. Преимущества низких характеристик ESR твердотельного электролитического конденсатора в высокочастотной цепи более очевидны. Можно сказать, что низкая характеристика ESR на высоких частотах является водоразделом между разницей в производительности между твердоэлектролитическими конденсаторами и жидкостными конденсаторами.Твердые алюминиевые электролитические конденсаторы имеют очень низкое ESR и очень низкое рассеивание энергии. Чрезвычайно низкие характеристики ESR твердотельных конденсаторов в условиях высокой температуры, высокой частоты и высокой мощности могут полностью поглощать напряжение большой амплитуды, генерируемое между линиями электропередач в цепи, чтобы предотвратить его влияние на систему. В настоящее время энергопотребление ЦП очень велико, основная частота намного превысила 1 ГГц, а пиковый ток ЦП достигает 80 А или более, а конденсатор выходного фильтра близок к рабочей критической точке.С другой стороны, ЦП использует множество режимов работы, большинство из которых находятся в процессе преобразования рабочего режима. Когда ЦП переключается из состояния с низким энергопотреблением в состояние полной нагрузки, большое количество энергии, необходимое для мгновенного (обычно менее 5 миллисекунд) переключения ЦП, происходит от емкости в цепи питания ЦП. В это время характеристики высокоскоростной зарядки и разрядки твердотельного конденсатора могут быть мгновенными. Выходной высокий пиковый ток для обеспечения достаточного питания и стабильной работы ЦП.

III Типы конденсаторов

Тип конденсатора сначала должен быть классифицирован в соответствии с типом среды. В зависимости от среды его можно разделить на три категории: неорганические диэлектрические конденсаторы, органические диэлектрические конденсаторы и электролитические конденсаторы.

3.1 Конденсаторы с неорганическими диэлектриками

Сюда входят знакомые керамические конденсаторы и слюдяные конденсаторы, мы часто видим керамические конденсаторы на процессоре. Керамические конденсаторы обладают хорошей общей производительностью и могут применяться в устройствах УВЧ класса ГГц, таких как ЦП / ГП.Конечно, его цена тоже очень дорогая.

Керамический конденсатор

Слюдяные конденсаторы

3.2 Органические диэлектрические конденсаторы

Например, пленочные конденсаторы. Такие конденсаторы часто используются в динамиках, их характеристики более сложные, высокая температура и высокое давление.

Пленочные конденсаторы

3.3 Электролитические конденсаторы

Алюминиевые конденсаторы, которые хорошо известны, на самом деле являются электролитическими конденсаторами.Если конденсатор является наиболее важным и незаменимым компонентом электронных компонентов, то электролитические конденсаторы занимают половину всей конденсаторной промышленности. Годовой объем производства электролитических конденсаторов в Китае составляет 30 миллиардов, а среднегодовой темп роста достигает 30%, что составляет более 1/3 мирового производства электролитических конденсаторов. Классификация электролитических конденсаторов традиционным методом основана на материале анода, таком как алюминий, тантал или ниобий.Однако этот метод оценки характеристик конденсатора по аноду является устаревшим. Ключом к определению характеристик электролитического конденсатора является не анод, а электролит, то есть катод.

Согласно классификации катодных материалов, электролитические конденсаторы можно разделить на электролиты, диоксид марганца, органические полупроводники TCNQ, твердые полимерные проводники и т.п. Справа находится простая неполная таблица классификации емкости, в которой перечислены некоторые из наиболее распространенных типов конденсаторов на платах устройств.Эта интуитивно понятная древовидная таблица обеспечивает интуитивное понимание классификации и наименования конденсаторов. . Обычно используемые конденсаторы — это электролитические конденсаторы, твердотельные конденсаторы и танталовые конденсаторы. По мнению многих пользователей, использование твердотельных конденсаторов в материнских платах, видеокартах, промышленных платах управления и других продуктах определяет, относится ли плата к более высокому классу. За последние два года твердотельные конденсаторы быстро получили развитие в отечественных технологиях, и оригинальный SANYO стал уникальным шоу.В наши дни за мир соперничают многие отечественные и зарубежные бренды. Твердотельные конденсаторы уже ушли в жертву. Многие распространенные электронные и цифровые продукты используют эти продукты в больших количествах. Твердотельные конденсаторы аналогичны обычным алюминиевым электролитическим конденсаторам, некоторые из них являются заменяемыми, и есть твердотельный конденсатор, лист, для замены обычного танталового конденсатора.

Твердополимерные электролитические конденсаторы

IV Преимущества и недостатки твердотельных конденсаторов

4.1 Преимущества

Диэлектрик жидких электролитических конденсаторов — жидкий электролит. Частицы жидкости очень активны при высоких температурах и создают давление внутри конденсатора. Его температура кипения не очень высока, поэтому может возникнуть мигание. Когда твердые частицы имеют высокую температуру, независимо от того, являются ли частицы парящими или активными, они ниже, чем у жидкого электролита, а его температура кипения достигает 350 градусов Цельсия, поэтому взорваться практически невозможно.Теоретически твердотельные конденсаторы практически невозможно взорвать. Твердотельный конденсатор имеет лучшие характеристики, чем традиционный электролитический конденсатор, по эквивалентному последовательному импедансу. Согласно испытаниям, твердотельный конденсатор имеет очень маленькое эквивалентное последовательное сопротивление при работе на высоких частотах, частота проводимости отличная, а электрическое сопротивление снижено. Более низкая тепловая мощность обеспечивает наиболее очевидную производительность в диапазоне от 100 кГц до 10 МГц.

A Разорванный конденсатор

Обычные электролитические конденсаторы более чувствительны к температуре и влажности окружающей среды и немного менее стабильны с точки зрения устойчивости к высоким и низким температурам.Даже при температуре от 55 до 105 градусов Цельсия полное сопротивление твердотельного конденсатора (эквивалентное последовательное сопротивление) может составлять от 0,004 до 0,005 Ом. Что касается значения емкости, емкость жидкости ниже 20 градусов Цельсия, что будет ниже указанного значения емкости. Чем ниже температура, тем меньше будет значение емкости. Емкость упадет примерно на 13% при минус 20 градусах Цельсия. При минус 55 градусах емкость снижается до 37%. Конечно, это не влияет на обычного пользователя, но для игроков, которые используют жидкий азот в качестве максимального разгона, твердотельные конденсаторы могут гарантировать, что на емкость не повлияет падение температуры, что приведет к отличному компромиссу в стабильности разгона.Поскольку твердотельные конденсаторы имеют значение емкости менее 5% при температуре минус 55 градусов, у них есть много преимуществ, но они не применяются всегда. Низкочастотная характеристика твердотельных конденсаторов не так хороша, как у электролитических конденсаторов. Если они используются для частей, включающих звуковые эффекты, наилучшее качество звука не будет получено.

4.2 Недостатки

Будь то твердотельный конденсатор или электролитический конденсатор, их основная функция — отфильтровывать беспорядок, пока емкость достигает определенного значения, пока конденсатор Качество его компонентов также может гарантировать стабильная работа материнской платы.На этом этапе электролитический конденсатор тоже может это сделать. Когда твердотельный конденсатор имеет температуру 105 градусов Цельсия, он имеет такой же срок службы, как и электролитический конденсатор, в течение 2000 часов. После понижения температуры их срок службы увеличится, но срок службы твердотельного конденсатора увеличится еще больше. В нормальных условиях рабочая температура конденсатора составляет 70 градусов или ниже. В настоящее время срок службы твердотельного конденсатора может достигнуть 23 лет, что почти в 6 раз больше срока службы электролитического конденсатора.Но будет ли ваша материнская плата использоваться по прошествии 23 лет. И даже если конденсатор имеет такой долгий срок службы, другие компоненты могут не прослужить 23 года! По сравнению с электролитическими конденсаторами емкость электролитических конденсаторов при том же объеме и напряжении намного больше, чем у твердотельных конденсаторов. В настоящее время в большинстве блоков питания ЦП материнской платы компьютера используются твердотельные конденсаторы. Несмотря на то, что проблемы взрыва удалось избежать, избыточная мощность очень мала из-за ограничения объема.Кроме того, из-за проблемы с емкостью необходимо увеличить частоту переключателя питания процессора. Твердотельные конденсаторы и электролитические конденсаторы имеют проблемы с ухудшением емкости во время использования. Печатные платы с твердотельными конденсаторами имеют небольшие колебания емкости, что вызывает колебания в блоке питания, вызывая сбои в работе ЦП.

Следовательно, теоретически срок службы твердотельного конденсатора очень высок, но срок службы платы, использующей твердотельный конденсатор, не обязательно высок. Техническое обслуживание компьютерной платы твердотельного конденсатора: поскольку источник питания ЦП часто подключается параллельно нескольким конденсаторам, твердотельный конденсатор не подвержен деформации, взрыву или утечке жидкости.По сути, невозможно судить, какой из них неисправен. Поэтому при обслуживании часто берите один из них (хороший или плохой), меняйте конденсатор большой емкости (много раз вы можете использовать электролитические конденсаторы), этот метод обычно может быстро решить проблему. Теоретически срок службы твердотельных конденсаторов очень высок, но в процессе их использования все еще есть много ошибок. Я много раз сталкивался с проблемами отказа конденсатора в процессе обслуживания. В настоящее время многие производители представили материнские платы с возможностью разгона в качестве коммерческого аргумента.Metropolis использует твердотельные конденсаторы. Термин «твердотельные конденсаторы более мощные» можно только назвать едва ли правильным. Не конденсаторы определяют разгон. Дизайн линейки, разработка BIOS, качество процессора и меры по рассеиванию тепла могут определять успех или неудачу разгона.

Что такое BIOS и для чего он нужен?

Таким образом, нельзя сказать, что «замените обычный электролитический конденсатор на материнской плате твердотельным конденсатором, чтобы улучшить разгонные характеристики материнской платы».«Это утверждение совершенно неверно! Если вы действительно хотите сказать о влиянии твердотельных конденсаторов на разгон, это потому, что они имеют более высокое сопротивление давлению и температуре, что дает определенную гарантию стабильности системы после разгона.

Вам также может понравиться :

Десять принципов проектирования схем преобразования постоянного тока в постоянный

В чем заключаются существенные различия между ПЛК и микроконтроллерами?

Выбор устройства защиты от остаточного тока в зарядной батарее

Советы и рекомендации по компоновке печатной платы: компоненты и провода

Полярность и маркировка, различия и применение

Высокопроизводительный танталовый конденсатор предлагает разработчикам надежное и стабильное решение с высокой емкостью.За почти 60 лет использования танталовые конденсаторы используются для разработки различных приложений для таких отраслей, как военная и коммерческая авионика, промышленная автоматизация и системы управления, критическая и имплантируемая медицинская электроника, смартфоны, ноутбуки, настольные компьютеры и портативные компьютеры. Bell Laboratories в начале 1950-х изобрела твердотельные танталовые конденсаторы в качестве высокотехнологичного и очень надежного низковольтного вспомогательного конденсатора. В этой статье обсуждается обзор танталового конденсатора.

Что такое танталовый конденсатор?

Электролитический танталовый конденсатор содержит металлический тантал, действующий как анод, заключенный в анодный оксидный слой оксида, используемый в качестве диэлектрика, который дополнительно окружен жидким или твердым электролитом в качестве катода. Поскольку диоксид марганца (MnO2) обладает свойствами самовосстановления для обеспечения долговременной надежности, он используется в качестве катода.

Танталовый конденсатор

Танталовые конденсаторы чрезвычайно стабильны, меньше и легче, а также имеют более низкое максимальное рабочее напряжение и емкость.Эти конденсаторы пропускают меньше тока и имеют меньшую индуктивность, поэтому они не подходят для высокочастотных цепей связи.

Полярность и маркировка

Полярность и маркировка танталового конденсатора обсуждаются ниже.

• Танталовые конденсаторы — это конденсаторы с естественной поляризацией с положительным и отрицательным выводами, которые подходят для источников постоянного тока. Полярность и маркировка на конденсаторах позволяют легко идентифицировать анод и катод.
• Две полосы и положительный знак помогают определить значение емкости и максимального рабочего напряжения.
• Однако самое верхнее значение слева показывает значение емкости в микрофарадах (мкФ). Например, значение на приведенном ниже рисунке составляет 2,2 мкФ.
• Напряжение ниже значения емкости — это максимальное рабочее напряжение конденсатора, то есть 25 В.
• Под длинной полосой виден положительный знак (+). Комбинация длинной полосы и знака «+» указывает на то, что на этой стороне имеется положительный вывод / анод, а на другой стороне — отрицательный вывод / катод.
• Обратное напряжение или неправильное подключение могут повредить конденсатор.
• Танталовый электролитический
• Отказ танталового конденсатора

При обратном смещении твердотельных танталовых конденсаторов поверхностного монтажа поясняется, что танталовые конденсаторы предназначены для работы только в условиях смещения прямого напряжения и выходят из строя при приложении обратного напряжения, включая быстрое включение от цепи с низким сопротивлением или возникновение всплеска тока во время ее работы.

Режим отказа конденсатора

В документе, опубликованном ASM International, четко указано, что режим отказа танталового конденсатора делится на три основные категории

Высокая утечка / короткое замыкание

Применение обратного напряжения может вызвать высокие токи утечки, которые обычно возникают во время поиска и устранения неисправностей, неисправности и / или стендовые испытания.Танталовые конденсаторы с кристаллизацией вызывают короткое замыкание, поскольку горячие точки, образующиеся во время кристаллизации, нагревают катод.

Высокое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)

На ESR конденсатора сильно влияют механические / термомеханические характеристики, если он подвергается монтажу на плате, перестановке, оплавлению и сроку службы. Такой тип напряжения часто нарушается во внешних и / или внутренних соединениях, что приводит к высокому СОЭ.

Low Capacitance / Open

Поскольку емкость танталового конденсатора не изменяется при нормальных рабочих условиях, выход из строя случается редко.Более низкая емкость танталового конденсатора в любом применении может указывать на короткое замыкание конденсатора, в то время как разомкнутый отказ может быть результатом скомпрометированного повреждения положительного вывода и соединения проводов.

Танталовый конденсатор с распространенными причинами

Размеры и использование для поверхностного монтажа

Танталовый конденсатор обладает такими основными характеристиками, как исключительная стабильность, надежность и слабая утечка тока. Эти особенности позволяют применять конденсаторы в —

Танталовый конденсатор подбора размеров

• Схема выборки и хранения для достижения большой продолжительности удержания
• Развязка шины питания, обеспечивающая более высокую эффективность при более низком ESR
• Чрезвычайно эффективные системы упаковки
• Связанные с приложениями для военной и аэрокосмической промышленности
• Медицинские устройства для жизнеобеспечения
• Космическое оборудование для более высокой надежности

Материнские платы для фильтрации источников питания и многие другие, в целом, наибольшее количество танталовых конденсаторов производится серийно в качестве конденсаторов с танталовой микросхемой. форма SMD (устройство для поверхностного монтажа).Он разработан с контактными поверхностями с обеих сторон корпуса. В соответствии со стандартами EIA-5335-BAAC танталовые чип-конденсаторы разрабатываются и производятся в различных стилях.

15

9017 EIA

9017 -12

Различия между танталовым и керамическим конденсаторами

Тантал и керамический конденсатор обсуждаются ниже.

В области электроники танталовые и керамические конденсаторы широко используются для разработки различных подходящих приложений. Давайте посмотрим ниже различия между ними.

Преимущества и недостатки

Список преимуществ и недостатков твердотельного танталового конденсатора включает следующие

Преимущества: длительный срок службы, стойкость к высоким температурам, отличные характеристики, высокая точность, эффективность фильтрации частотные гармоники.

Недостатки: наличие очень тонкого оксидного слоя, который не является прочным, не может выдерживать напряжение выше пределов, низкий номинальный ток пульсаций.

Применение танталовых конденсаторов

Танталовые конденсаторы обладают различными преимуществами и, следовательно, используются в различных приложениях, особенно в современной электронике, для повышения стабильности, устойчивости к диапазону температур и частот, долговременной надежности и рекордно высокого объемного КПД.

Танталовый конденсатор — важный компонент кардиоимплантатов, который автоматически определяет нерегулярное сердцебиение и за несколько секунд дает электрический разряд.Этот конденсатор находит свое применение в самых требовательных отраслях промышленности, таких как медицина, телекоммуникации, авиакосмическая промышленность, военная промышленность, автомобилестроение и компьютеры.

Часто задаваемые вопросы

1). Назовите некоторые области применения влажных танталовых конденсаторов?

Он используется в таких отраслях, как телекоммуникации, авионика, космос, медицина, телекоммуникации и потребительские приложения.

2). Что такое импульсное напряжение с точки зрения танталового конденсатора?

Пульсирующее напряжение — это максимальное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору в течение более короткого периода в цепях с минимальным последовательным сопротивлением.

3). Что такое обратное напряжение? Что происходит с танталовым конденсатором при приложении обратного напряжения?

Обратное напряжение — это когда напряжение анодного электрода является отрицательным относительно напряжения катода. При обратном напряжении ток обратной утечки течет в небольших микротрещинах или дефектах через диэлектрический слой к аноду конденсатора.

4). Какие различные диэлектрики используются для изготовления танталового конденсатора?

• Электролит диоксида марганца
• Пятиокись тантала, Ta2O5
• Пятиокись ниобия, Nb2O5

5).Объясните маркировку полярности танталового конденсатора

Полярность и маркировка на конденсаторах позволяют легко идентифицировать анод и катод.

• Две полосы и положительный знак помогают определить значение емкости и максимального рабочего напряжения.
• Однако самое верхнее значение слева показывает значение емкости в микрофарадах (мкФ). Например, значение на приведенном ниже рисунке составляет 2,2 мкФ.
• Напряжение ниже значения емкости — это максимальное рабочее напряжение конденсатора, т.е.е., 25В.
• Под длинной полосой виден положительный знак (+). Комбинация длинной полосы и знака «+» указывает на то, что на этом участке имеется положительный вывод / анод, а на другой стороне — отрицательный вывод / катод.
• Обратное напряжение или неправильное подключение могут повредить конденсатор.

6). Определить импеданс

Импеданс — это полное сопротивление в Ом любой сети на определенной частоте, включая угловые части как действительной, так и мнимой.

7).Назовите одно различие между танталом и керамическим конденсатором.

В танталовом конденсаторе нестабильность емкости не проявляется в отношении приложенного напряжения, тогда как керамический конденсатор демонстрирует изменения емкости в отношении приложенного напряжения.

Тем не менее, танталовые конденсаторы пользуются доверием разработчиков как надежные компоненты. Его расширенные функции, такие как меньший вес, малая утечка тока и высокая емкость на единицу объема, позволяют использовать емкость в самых разных приложениях.Танталовый конденсатор следует подключать соответствующим образом, чтобы избежать повреждений.

Высокая утечка / короткое замыкание, ESR и низкая емкость / обрыв — три основные причины отказа конденсатора. Производители и проектировщики должны обеспечить защиту от повреждений и долгосрочную надежность. Обладая выдающимися характеристиками, танталовые конденсаторы можно использовать практически во всех отраслях промышленности для разработки подходящего приложения.

Электролитические конденсаторы — условные обозначения конденсаторов

При проектировании посадочных мест для электролитических конденсаторов важно разместить четкие указательные метки, чтобы показать ориентацию компонентов.Поскольку этот тип конденсаторов поляризован (они должны быть размещены в определенной ориентации), они должны иметь на печатной плате метки, помогающие определить, как их следует размещать. Четкость маркировки компонентов является ключом к тому, чтобы изготовление вашей конструкции проходило гладко, и синий дым не выходил из ваших конденсаторов. Тем более, что электролитические конденсаторы сделаны из тантала, поскольку они имеют тенденцию к катастрофическим последствиям, когда они включаются в обратном направлении.

Электролитический конденсатор

Электролитические конденсаторы

— один из самых популярных типов конденсаторов, используемых в конструкции платы.Они дешевы и обеспечивают хороший баланс физического размера и емкости. Есть четыре физических вида электролитических конденсаторов; Банка SMT, корпус SMT, PTH радиальный и PTH осевой. Каждый стиль отмечен немного по-своему. Обычно они отмечены полосой на катодной стороне конденсатора, обозначающей отрицательный вывод, но есть некоторые исключения. Это отличается от типичного схематического символа, который имеет маркировку «плюс» или «анод»!

Схематическое обозначение

Типичный поляризованный конденсатор будет выглядеть, как показано на схеме ниже.Положительная или анодная сторона конденсатора отмечена знаком «+». Поскольку электролитические конденсаторы поляризованы, я использую на схемах символ (показанный ниже).

Схематический символ поляризованных конденсаторов, изображенных на Eagle.

Электролитический конденсатор типа банки SMT

Эти конденсаторы отмечены на верхней части банки черной меткой. Однако цвет марки иногда зависит от производителя. Пластиковая основа конденсатора также имеет фаску с положительной или анодной стороны.

SMT Can Electrolytic Capactor: Маркировка указывает отрицательную сторону или катодную сторону.

Площадь основания типичного электролитического конденсатора SMT.

Электролитический конденсатор корпуса SMT

Конденсаторы этого типа обычно имеют внутри тантал или ниобий, но есть несколько электролитических полимеров. Стиль корпуса означает, что он имеет форму резистора 0805 или керамического конденсатора. В отличие от других корпусов для конденсаторов, они обычно имеют положительную или анодную маркировку.

Электролиты типа корпуса

SMT обычно имеют анодную / положительную маркировку. Осторожно!

Место для электролитических конденсаторов в корпусе SMT.

Радиальный электролитический конденсатор PTH

Радиальные крышки имеют как анод, так и катод, выходящие на одну сторону конденсатора. В 99% случаев они отмечены контрастной полосой на катоде или отрицательной стороне конденсатора.

Маркировка радиально поляризованных электролитических конденсаторов PTH.

Посадочное место для радиальных электролитических конденсаторов PTH.

Осевой электролитический конденсатор PTH

Конденсаторы осевого типа

используются не очень часто, но интересны тем, как они маркированы. Отрицательная или катодная полоса проходит по их стороне аналогично радиальному стилю, но на маркировке есть стрелка, указывающая, какая сторона отрицательная или катодная.

Электролитический осевой тип PTH. Катодная полоса направлена ​​на катод.

Площадь основания для электролитического конденсатора осевого типа PTH.

В следующий раз на файлах посадочных мест…

Самая важная вещь, которую следует помнить, — это свериться с таблицей данных деталей и увидеть, как полярность обозначена на детали.Копирование внешнего вида детали на ваших платах шелкографией гарантирует гораздо больший успех при сборке платы. Я надеюсь, что это улучшит ваши следы на доске и упростит создание ваших продуктов и прототипов.