Конструкция конденсатора: основные типы и принципы работы

Какие существуют основные типы конструкций конденсаторов. Как устроены пакетные, рулонные и другие виды конденсаторов. Какие материалы используются в качестве диэлектрика в разных типах конденсаторов. Каковы особенности и области применения различных конструкций конденсаторов.

Основные типы конструкций конденсаторов

Конденсаторы являются одним из важнейших пассивных электронных компонентов. Существует несколько основных типов конструкций конденсаторов, которые различаются по используемым материалам и способу изготовления:

• Пакетные конденсаторы
• Рулонные конденсаторы
• Керамические конденсаторы
• Электролитические конденсаторы
• Воздушные конденсаторы переменной емкости

Рассмотрим особенности конструкции и принципы работы каждого из этих типов конденсаторов.

Пакетная конструкция конденсаторов

Пакетная конструкция характерна для слюдяных, стеклоэмалевых, стеклокерамических и некоторых типов керамических конденсаторов. Как устроен пакетный конденсатор?

• Пакет образован чередующимися слоями диэлектрика и обкладок
• Обкладки могут быть выполнены из металлической фольги или нанесены в виде пленок металла напылением или вжиганием
• Пакет опрессовывают, герметизируют или покрывают влагозащитной эмалью

Емкость пакетного конденсатора можно рассчитать по формуле:

C = (n — 1) * ε * ε0 * S / d

где n — количество пластин, ε — диэлектрическая проницаемость, S — площадь пластин, d — расстояние между пластинами.

Таким образом, в пакетной конструкции площадь обкладок увеличивается без увеличения габаритов конденсатора, что позволяет получить большую емкость.

Рулонная конструкция конденсаторов

Рулонная конструкция характерна для бумажных, пленочных и электролитических конденсаторов. Как изготавливается рулонный конденсатор?

• Два длинных листа металлической фольги (обкладки) разделяются диэлектриком
• Полученная «сэндвич-структура» сворачивается в плотный рулон
• К обкладкам припаиваются выводы
• Рулон помещается в герметичный корпус

В качестве диэлектрика в рулонных конденсаторах могут использоваться:

• Бумага, пропитанная диэлектриком (в бумажных конденсаторах)
• Полимерные пленки — полистирол, полиэтилентерефталат, майлар и др. (в пленочных конденсаторах)
• Электролит на бумажном или тканевом носителе (в электролитических конденсаторах)

Рулонная конструкция позволяет получить большую емкость при относительно небольших габаритах конденсатора.

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы отличаются использованием керамических материалов в качестве диэлектрика. Какие существуют варианты конструкции керамических конденсаторов?

Дисковая конструкция

В дисковой конструкции:

• Керамический диск служит диэлектриком
• На противоположные стороны диска наносятся металлические обкладки
• К обкладкам припаиваются выводы
• Конструкция покрывается защитной эмалью

Трубчатая конструкция

В трубчатой конструкции:

• Диэлектриком служит керамическая трубка
• Обкладки наносятся на внутреннюю и внешнюю поверхности трубки
• Используются проволочные или ленточные выводы
• Конструкция имеет влагостойкое эмалевое покрытие

Керамические конденсаторы обладают высокой удельной емкостью и могут работать на высоких частотах.

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы имеют уникальную конструкцию, позволяющую достичь очень высокой удельной емкости. Как устроен электролитический конденсатор?

• Анодом служит металлическая фольга (обычно алюминиевая или танталовая)
• На поверхности анода электрохимическим способом формируется тончайший слой оксида, играющий роль диэлектрика
• Катодом служит электролит (жидкий или твердый)
• Конструкция помещается в герметичный корпус

Особенности электролитических конденсаторов:

• Очень высокая удельная емкость
• Полярность (неправильное включение может повредить конденсатор)
• Относительно высокие токи утечки
• Ограниченный срок службы из-за высыхания электролита

Электролитические конденсаторы широко применяются в источниках питания и фильтрах низких частот.

Воздушные конденсаторы переменной емкости

Воздушные конденсаторы переменной емкости имеют особую конструкцию, позволяющую изменять их емкость. Как устроен такой конденсатор?

• Имеется набор неподвижных пластин (статор)
• Между неподвижными пластинами располагается набор подвижных пластин (ротор)
• При вращении ротора изменяется площадь перекрытия пластин, а значит и емкость
• Диэлектриком служит воздух

Воздушные конденсаторы переменной емкости применяются в основном в радиоприемной аппаратуре для настройки колебательных контуров.

Особенности выбора конденсаторов для различных применений

При выборе типа конденсатора для конкретного применения необходимо учитывать ряд факторов:

• Требуемая емкость
• Рабочее напряжение
• Допустимые габариты
• Рабочая частота
• Стабильность параметров
• Допустимые потери
• Стоимость

Разные типы конденсаторов имеют свои преимущества и недостатки:

• Керамические — высокая стабильность, работа на ВЧ, малые габариты
• Пленочные — низкие потери, высокая надежность
• Электролитические — высокая удельная емкость, низкая стоимость
• Танталовые — высокая надежность, малые габариты

Правильный выбор типа конденсатора позволяет оптимизировать характеристики и стоимость электронного устройства.

Заключение

Конструкция конденсатора во многом определяет его электрические характеристики и области применения. Основные типы конструкций — пакетная, рулонная, керамическая, электролитическая — позволяют создавать конденсаторы с широким диапазоном емкостей, рабочих напряжений и других параметров. Понимание особенностей различных конструкций помогает разработчикам электронной аппаратуры выбирать оптимальные компоненты для своих устройств.

Конструкции конденсаторов

Пакетная конструкция. В настоящее время конденсаторы делают из нескольких пластин в виде слоеного торта, т.е. создают многослойный конденсатор

В этом случае емкость такого конденсатора можно рассчитать:

где n – это количество пластин

Таким образом, площадь обкладок конденсатора увеличивается без увеличения площади, которую занимает конденсатор на подложке.

Пакетная конструкция присуща слюдяным, стеклоэмалевым, стеклокерамическим и некоторым типам керамических конденсаторов.

Пакет образован чередующимися слоями диэлектрика и обкладок, которые могут быть выполнены из металлической фольги или нанесены в виде пленок металла напылением или вжиганием. Пакетную конструкцию опресовывают, герметизируют или покрывают влагозащитной эмалью.

Рулонная конструкция характерна для бумажных пленочных и электролитических конденсаторов сухого типа. В этом случае для бумажных и пленочных конденсаторов одновременно свертывают фольговые обкладки 2, разделенные бумагой или пленкой из полимера . Толщина бумаги берется не более 5 мкм, толщина пленки – 10 – 20 мкм, толщина обкладок из алюминия – 8 мкм. Для металлобумажных и металлопленочных конденсаторов обкладки выполняют нанесением тонкого слоя (сотые доли мкм) на поверхность ленты диэлектрика. В электролитических конденсаторах между двумя обкладками (оксидированной и неоксидированной) прокладывают ленту из бумаги или бязи, пропитанной электролитом, которую сворачивают в рулон одновременно с обкладками. Роль диэлектрика выполняет окисная пленка алюминия (относительная диэлектрическая проницаемость 10) или тантала (относительная диэлектрическая проницаемость 25) толщиной в сотые доли – единицы микрона. Такая толщина диэлектрика обеспечивает электролитическим конденсаторам повышенную удельную емкость. Электролит выполняет роль второй обкладки.

Современные твердотельные конденсаторы вместо оксидной пленки, используемой в качестве разделителя обкладок, имеют диэлектрик из полимера.

Такой вид конденсатора не подвержен раздуванию и утечке заряда. Физические свойства полимера способствуют тому, что такие конденсаторы отличаются большим импульсным током, низким эквивалентным сопротивлением и стабильным температурным коэффициентом даже при низких температурах. Такие конденсаторы неполярны. Неполярные электролитические конденсаторы имеют емкость от 1 до 100 мкФ и рассчитаны на действующее значение напряжения 50 В. Кроме того, они дороже обычных (полярных) электролитических конденсаторов.

При использовании электролитического конденсатора необходимо правильно определить полярность его включения. При неправильном включении ток утечки этого конденсатора может влиять на режим усилительного каскада.

В алюминиевых электролитические конденсаторы в качестве положительного электрода используется алюминий. Диэлектрик представляет собой тонкий слой триоксида алюминия (Al

2O₃). Такие конденсаторы работают корректно только на малых частотах и имеют большую емкость.

Характеризуются высокой удельной емкостью. Электролитические конденсаторы обычно имеют большие размеры, но конденсаторы другого типа, одинаковой емкости и напряжением пробоя были бы гораздо больше по размеру. Характеризуются высокими токами утечки, имеют умеренно низкое сопротивление и индуктивность.

В танталовые электролитических конденсаторах металлический электрод выполнен из тантала, а диэлектрический слой образован из пентаоксида тантала (Ta₂O₅).

Свойства:

• высокая устойчивость к внешнему воздействию;

• компактный размер: для небольших (от нескольких сотен микрофарад), размер сопоставим или меньше, чем у алюминиевых конденсаторов с таким же максимальным напряжением пробоя;

• меньший ток утечки по сравнению с алюминиевыми конденсаторами.

Резервуарная конструкция характерна для жидкостных электролитических конденсаторов. В стальном герметизированном корпусе 10 цилиндрической формы расположен объемно-пористый анод 7 конденсатора, помещенный в электролит 6 из серной кислоты (в танталовых резервуарных конденсаторах в качестве электролита используются HCl и LiCl). Для защиты от ее действия внутренние стенки корпуса покрыты серебром. Выводы конденсатора сделаны от цилиндра анода (ленточный плюсовой вывод 1) и от нижнего торца корпуса (проволочный минусовый вывод 9).

Резервуарная конструкция жидкостного электролитического конденсатора

1 – металлизация, 2, 3 – уплотняющая прокладка, 4 – положительный вывод, 5 – прокладка. 6 – электролит, 7 – объемо-пористый анод, 9 – отрицательный вывод, 10 – корпус.

Применение объемно-пористого анода, получаемого спеканием порошка окиси тантала, резко увеличивает эффективную площадь анода, что позволяет получить большие емкости конденсаторов при малых объемах. Использование сильно действующего (активного) электролита снижает сопротивление конденсатора, что улучшает температурные и частотные зависимости его емкости, но ограничивает предел рабочих напряжений.

Трубчатая конструкция присуща многим керамическим конденсаторам. Обкладки конденсаторов 4 и 5 образованы на внутренней и внешней поверхностях трубки 6 методом вжигания серебра в керамику. Толщину стенок трубки берут 0,25 мм и выше. В случае применения гибких проволочных выводов 1 нижнюю обкладку выводят на внешний цилиндр и создают между ней и верхней обкладкой изолирующий «поясок» 2.

Трубчатая конструкций керамических конденсаторов: а — с проволочными выводами, б — с ленточными выводами; 1 — проволочный вывод. 2 — поясок. 3 — эмаль, 4 — внутренняя обкладка. 5 — внешняя обкладка, 6 — керамическая трубка. 7 — внутренний ленточный вывод, 8 — внешний ленточный вывод.

В случае применения гибких проволочных выводов 1 нижнюю обкладку выводят на внешний цилиндр и создают между ней и верхней обкладкой изолирующий «поясок» 2. При использовании жестких ленточных выводов вывод 7 вставляют во внутреннюю полость трубки, а выводом 8 обжимают ее снаружи. Конструкция трубчатых конденсаторов имеет влагостойкое цветное эмалевое покрытие. Цвет эмали определяет группу стабильности емкости конденсатора.

Дисковая конструкция характерна для некоторых типов постоянных и полупеременных керамических конденсаторов. В этом случае на керамическом диске 5 (см. рис.) сверху и снизу образуют обкладки 2 и 4 конденсатора из вожженного серебра в виде полумесяца (при жестком креплении проволочных выводов 1 (3 – припой), проходящих через толщу диска) или круга (при непосредственной припайке проволочных выводов к обкладкам). Конструкцию дискового конденсатора также покрывают цветной эмалью.

Конденсаторы с водяным охлаждением — УКЦ

Кожухотрубные конденсаторы (Конденсаторы с пучком трубок)

Рис. 2

Конструкция конденсаторов с пучком трубок похожа на конструкцию аналогичного типа испарителей. В конденсаторе вода проходит внутри трубок, а хладагент конденсируется вне трубок (то есть, по сравнению с испарителями, имеет место обратная картина).

Схематически конструкция изображена на рисунке 2. Обычно в конденсаторах систем кондиционирования воздуха с охлаждением на водопроводной воде разница температур выходящей и поступающей воды составляет 5°С.. Конденсаторы с пучком трубок устанавливаются на холодильных линиях с диапазоном мощности от 10 до 1200 кВт.

Модификацией конденсатора с пучком трубок является модель с трубками U-видной формы, навинченными на одну трубную доску. Если в первом случае трубки легко подвергаются очистке от осадка воды, то во втором механическую чистку производить невозможно и следует прибегнуть к химическим средствам удаления осадка.

Конденсаторы с паяными пластинами из нержавеющей стали

Рис. 3

Конструкция конденсаторов с паяными пластинами из нержавеющей стали также похожа на конструкцию одноименных испарителей. Они изготавливаются с мощностью переработки тепла (THR) от нескольких киловатт до 600 кВт.

При эксплуатации этих агрегатов необходимо обращать особое внимание на проблему загрязнения поверхностей теплообмена со стороны воды ввиду небольшого диаметра каналов прохождения воды. В связи с этим требуется не только устанавливать механические фильтры на входе воды, но, в зависимости от конкретных условий, предусматривать установку систем переработки воды и проводить химическую очистку агрегата.

Конденсаторы типа «труба в трубе»

Как испарители подобной конструкции, конденсаторы типа «труба в трубе» (Рис.3) состоят из двух соосных трубок, свернутых спиралью. В зависимости от конкретной модели, хладагент может проходить по внешней или по внутренней трубе. Хладагент и охлаждающая вода двигаются в противотоке: вода поступает из нижней части и выходит через верхнюю, тогда как хладагент движется в обратном направлении.

Рис. 4

Этот тип конденсаторов используется в диапазоне мощностей от 1 до 180 кВт; обычно они применяются в автономных установках кондиционирования воздуха и охлаждения воды малой мощности, либо в установках с несколькими контурами. Очистка трубки, по которой циркулирует вода, может осуществляться только химическим путем.

Коэффициент загрязнения

Коэффициент загрязнения представляет собой тепловое сопротивление, связанное с наличием отложения осадка воды на внутренних поверхностях трубок, что приводит к понижению значения коэффициента теплообмена. Загрязнение трубок повышает усредненный показатель температуры, необходимой для обеспечения установленной мощности переработки тепла и, соответственно, давления конденсации в системе, а также потребляемой электроэнергии.

На рисунке 4 иллюстрируется влияние коэффициента загрязнения трубок конденсатора на рабочие показатели холодильной группы. В целях минимизации загрязнения рекомендуется обеспечивать скорость движения воды по трубам наибольшего диаметра на уровне более 1 м/с; необходимо периодически чистить трубки как механическим, так и химическим способами.

Циркуляция в системе гидравлики

Рис. 5

Как правило, конструкции конденсаторов позволяют изменять количество циркуляции (прохождений) воды через конденсатор. Этот показатель влияет на температуру конденсации, которая, в свою очередь, оказывает влияние на рабочие показатели установки. При одной циркуляции требуется мощность потока в два раза большая, чем при двух, что влечет за собой увеличение габаритов и цены насоса и рост потребления электроэнергии.

Оптимальный выбор количества циркуляции определяется с учетом местных особенностей работы агрегата. На рисунке 5 показаны кривые рабочих режимов конденсатора с пучком трубок при одном, двух и трех прохождениях воды при температуре на входе 30°С.

При подборе конденсатора необходимо учитывать потери напора. Они связаны с сопротивлением, которое оказывается воде различными препятствиями:

• входным и выходным подсоединениями головок;

  Рис. 6

• при входе и выходе из трубок;
• при прохождении по трубкам;
• перегородками, связанными с установленным количеством циркуляции.

 

Контуры охлаждения с использованием градирни

Для уменьшения потребление воды, большинство водоохлаждаемых конденсаторов соединены с градирнями, предназначенными для снижения температуры охлаждающей жидкости. При помощи градирен организовывается замкнутый контур оборотного водоснабжения. Нагретая в теплообменнике вода поступает в градирню, где охлаждается потоком воздуха и снова направляется в теплообменник (Рис.6).

На линии воды устанавливается регулирующий трехходовой клапан, служащий для отвода воды в резервуар градирни с целью поддержания заданного минимального значения температуры.

Конструкция конденсатора

 

 

Конструкция конденсатора

ВВЕДЕНИЕ

Как мы видели, емкость зависит от площади пластины, расстояния между пластинами и диэлектрической проницаемости, поэтому для данной емкости в заданном пространстве большая площадь пластины, малое расстояние между пластинами и высокая диэлектрическая проницаемость являются основные требования. Существует множество проблем, связанных с конструкцией конденсаторов для практического использования в схемах, и их можно условно разделить на две группы.

Электрические проблемы

Основная электрическая проблема связана с диэлектрической прочностью, но есть также проблемы, связанные с выделением тепла из-за переноса электронов. Это особенно важно на высоких частотах, где происходит постоянное и быстрое изменение полярности пластин.

Механические проблемы

Механические проблемы конструкции конденсатора в значительной степени зависят от трех факторов: требуемой емкости, максимального рабочего напряжения, при котором он должен использоваться, и от того, должен ли он использоваться на постоянном токе и низких частотах или на высоких частотах. частоты.

 

Воздушные конденсаторы переменной емкости предоставлять. Обычно они используются только в схемах настройки, где изменение емкости достигается путем превращения набора подвижных пластин в набор неподвижных пластин или из него. Примеры конденсаторов с переменным воздушным зазором показаны на рис. 5.9.0003

Конденсаторы с обмоткой

Пластины представляют собой две длинные полоски алюминиевой фольги, разделенные двумя полосками вощеной бумаги и свернутые в рулон, как показано на рис. 6. К каждой из металлических полосок и вся сборка затем запечатывается в металлическую трубку, которая затем маркируется и закрывается пластиковой изолирующей втулкой.

                      
Во многих современных конденсаторах в качестве диэлектрика вместо вощеной бумаги используется пластиковая пленка. Широко используемые пластмассы полистирол , полиэтилентерефталат ( ПЭТ ) и майлар . Большинство пластиковых диэлектрических конденсаторов имеют более высокое сопротивление изоляции, чем бумажные конденсаторы, но их работа ограничена частотами ниже примерно 100 МГц из-за диэлектрических потерь.
Рис. 6

Слюдяные конденсаторы

Это высококачественные конденсаторы со слюдой в качестве диэлектрика. Старые типы состоят из слоев металлической фольги, чередующихся со слоями из 9 слоев.слюда 0015 (рис. 7). Чередующиеся металлические фольги соединяются вместе и подключаются к двум клеммам. Затем сборка упаковывается, часто в формованный пластиковый или смоляной корпус. Некоторые конденсаторы с очень высокой стабильностью изготовлены из серебра , нанесенного непосредственно на одну сторону каждой полоски слюды. Они дороги, но могут использоваться на очень высоких частотах (примерно до 1 ГГц). Рис. 7

Керамические конденсаторы

Это высококачественные устройства, выполненные в различных формах, каждый тип конструкции зависит от требуемой емкости. На рис. 8 показана типичная конструкция, которая должна иметь диск из керамического материала (такого как титанат бария ), на противоположных сторонах которого нанесены серебряные электроды. Они широко используются для настройки и синхронизации на частотах примерно до 5 ГГц.

Рис. 8

Электролитические конденсаторы
Рис. 9
В электролитических конденсаторах используется анодирующее действие электролита борной кислоты на алюминиевые электроды, как показано на рис. 9. Чрезвычайно тонкая диэлектрическая пленка, образованная таким образом, позволяет изготавливать конденсаторы чрезвычайно высокой емкости в очень компактной форме. К сожалению, диэлектрическая пленка существует только до тех пор, пока приложенная ЭДС правильно поляризована. Неправильное подключение или подключение к источнику переменного тока разрушит пленку и, следовательно, конденсатор.

Во всех электролитических конденсаторах в качестве диэлектрика используется пленка из оксида металла . Конструкция (рис. 10) аналогична бумажному конденсатору с алюминиевой фольгой для пластин, разделенных бумагой, пропитанной электролитом типа борат аммония . Электролитические конденсаторы изготавливаются с рабочим напряжением от 6В до 500В, хотя точность, как правило, не очень высока.

 

Рис. 10

 

 

 

Источник: https://moodle.cambria.ac.uk/pluginfile. php/54150/mod_resource/content/0/E_E_Principles/Capacitor_construction.doc

Веб-сайт для посещения: https:// moodle.cambria.ac.uk

Автор текста: указан в исходном документе вышеуказанного текста

Если вы являетесь автором вышеуказанного текста и не согласны делиться своими знаниями для обучения, исследований, стипендия (для добросовестного использования, как указано в законе об авторском праве США), пожалуйста, отправьте нам электронное письмо, и мы быстро удалим ваш текст. Добросовестное использование — это ограничение и исключение исключительного права, предоставленного авторским правом автору творческого произведения. В законе США об авторском праве добросовестное использование — это доктрина, которая разрешает ограниченное использование материалов, защищенных авторским правом, без получения разрешения от правообладателей. Примеры добросовестного использования включают комментарии, поисковые системы, критику, новостные репортажи, исследования, обучение, библиотечное архивирование и стипендию. Он предусматривает законное нелицензионное цитирование или включение материалов, защищенных авторским правом, в работу другого автора в соответствии с четырехфакторным тестом баланса. (источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Fair_use)

Информация о медицине и здоровье, содержащаяся на сайте, носит общий характер и цель, которая является чисто информативной и по этой причине ни в коем случае не может заменить совет врача или квалифицированного лица на законных основаниях профессия.

 

Конструкция конденсатора

 

Тексты являются собственностью их соответствующих авторов, и мы благодарим их за предоставленную нам возможность бесплатно делиться ими со студентами, преподавателями и пользователями Интернета, их тексты будут использоваться только в иллюстративных целях. только в образовательных и научных целях.

Вся информация на нашем сайте предоставлена ​​в некоммерческих образовательных целях

Основы выбора конденсаторов в автомобильных конструкциях

Что вы узнаете:

• Четыре основных типа конденсаторов.
• Ключевые параметры, необходимые для выбора подходящего конденсатора для автомобильных конструкций.
• Преимущества и недостатки электролитических и электростатических конденсаторов.

 

Выбор надежного конденсатора для современной автомобильной электроники требует понимания как рабочих характеристик различных технологий, так и условий эксплуатации. Среда приложения может значительно повлиять на фактическую производительность схемы по сравнению с техническими характеристиками и, следовательно, будет иметь решающее значение при выборе наиболее производительного и наиболее экономичного решения.

Рисунок 1 показывает типичные диапазоны емкости и напряжения популярных конденсаторных диэлектриков. Часто выбор конденсаторов может пересекаться.

Несмотря на то, что емкость и напряжение обычно являются основными параметрами при выборе устройства, многие другие параметры также влияют на выбор. На рис. 2 показаны типичные значения диэлектрической проницаемости (K) и диэлектрической прочности для четырех основных типов конденсаторов.

Ключевые параметры Помимо емкости и напряжения

Сочетание низкого значения K и низкой диэлектрической прочности на пробой (например, в случае полипленочных конденсаторов) приводит к низкому объемному КПД. Тем не менее, относительно большой физический размер этих устройств может быть приемлемым, поскольку они обеспечивают чрезвычайно низкие потери и стабильные электрические характеристики при низкой стоимости.

При рассмотрении конденсаторов во время работы эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) представляет собой действительную часть импеданса и представляет собой потери конденсатора в эквивалентной цепи. Эти значения зависят от температуры, частоты и типа диэлектрика.

Сопротивление изоляции (IR) определяет величину постоянного тока утечки, который пропускает конденсатор при заданном приложенном напряжении; этот ток утечки обычно намного ниже для электростатических (пленочных и керамических) конденсаторов. Такая утечка зависит от температуры и величины приложенного напряжения, а индуктивность зависит от типа электрода.

Соотношение конденсаторов

На рис. 3 показаны важные соотношения конденсаторов: емкостное реактивное сопротивление, коэффициент рассеяния, индуктивное реактивное сопротивление и импеданс. Резистор очень высокого номинала используется для моделирования IR. Им пренебрегают для простоты получения общего импеданса (Z).

Полное сопротивление важно для определения того, как конденсатор влияет на входящие сигналы. Во время циклов зарядки/разрядки низкое значение ESR имеет решающее значение для достижения высокой эффективности, низких тепловых потерь и надежности. Емкостное реактивное сопротивление (XC) и индуктивное реактивное сопротивление (XL) указывают емкость накопления энергии и индуктивное поле, создаваемое конденсатором.

Обратите внимание, что при равенстве XC и XL достигается резонансная частота устройства. Это важно при выборе развязывающего конденсатора для удаления шума компонентов переменного тока из сигнала постоянного тока. Для эффективного удаления компонентов сигнала переменного тока из шины питания постоянного тока следует выбрать конденсатор с резонансной частотой, близкой к частоте нежелательных шумов переменного тока, для обеспечения минимального импеданса и максимальной развязки с землей.

Соображения для автомобилей

Автомобильные приложения регулярно делятся на такие категории, как управление мощностью (ЭБУ и трансмиссия) и безопасность и комфорт (например, подушки безопасности и климат-контроль), которые могут быть важны при рассмотрении критических характеристик, надежности и точности. Еще одним важным отличием является расположение в автомобиле и соответствующие условия эксплуатации.

При использовании под капотом возможны солевые брызги, вода, контакт топлива/масла или погружение, рабочая температура 125°C или даже выше, уровень вибрации 15 g, до 200 Гц. Эти условия существенно отличаются от условий в салоне. Фактически, другая технология с высокой емкостью (электрический двухслойный конденсатор или EDLC) ограничена использованием в салоне в таких приложениях, как резервное питание eLatch, из-за ограничений рабочей температуры (85 ° C).

Типы конденсаторов

Обычно электролитические конденсаторы (танталовые, алюминиевые и EDLC) обладают высокой емкостью, но являются поляризованными. С другой стороны, электростатические конденсаторы (полипленочные и керамические) неполяризованы и обычно имеют очень низкие ESR и импеданс.

Тантал Устройства имеют рекомендуемое снижение напряжения на 50 % для твердых танталовых и 80 % для полимерных и мокрых осевых блоков для сохранения надежности. Для достижения очень низких уровней ESR, которые часто требуются для деталей с высокой емкостью, требуется тестирование/скрининг перенапряжения. Типичная частота отказов составляет от 5 FIT (отказов на миллиард часов) до 15 FIT со снижением номинального напряжения, а их электрические характеристики очень стабильны во времени и температуре.

Высокая емкость является ключевой особенностью алюминиевых конденсаторов . Тем не менее, температура оказывает значительное влияние на производительность устройства, и доступны различные семейства продуктов для работы при 85, 105, 125 и 150°C. Нет необходимости в экранировании по току, так как устройства имеют ресурс до износа до 10 000 часов при полной номинальной температуре и пульсирующем токе. Это время жизни можно увеличить, уменьшив любой параметр.

Керамические конденсаторы не требуют снижения номинальных значений напряжения в целях надежности, но необходимо учитывать коэффициент емкости по напряжению. Это связано с тем, что они могут потерять до 40 % своей емкости при работе с номинальным напряжением или вблизи него. Типичная частота отказов составляет менее 1 FIT, а некоторые диапазоны могут легко работать при 150°C. Вид отказа — короткий или параметрический сдвиг.

Наконец, полипленочные устройства обычно рассчитаны на температуру 105°C, хотя детали из полифениленсульфида (PPS) могут нагреваться до 125°C (полиэстер или PET) или даже 150°C (полиэтиленнафталат, или PEN). Снижение номинального напряжения не требуется, и типичная частота отказов составляет около 5 FIT, но предложения для поверхностного монтажа ограничены.

Важность этих характеристик варьируется в зависимости от применения и желаемого физического размера, стоимости и технологичности. Тем не менее, они позволяют выбирать общие технологии при рассмотрении фактической функции схемы.

Фильтрация мощности требует высокой емкости, низкого ESR и более высоких температурных характеристик, что делает тантал, алюминий и некоторые виды керамики наиболее применимыми. Объемное накопление энергии требует высокой емкости и низкого ESR для быстрых разрядов и импульсных применений.

Опять же, чаще всего используются тантал и алюминий, а также некоторые полиэтиленовые пленки. Для схем настройки и синхронизации требуется очень стабильная емкость в зависимости от температуры и частоты, и они должны быть воспроизводимыми в условиях теплового цикла. Здесь керамика класса I (C0G/NP0 и высокая добротность) и полипленки обычно являются лучшими решениями.

Функции развязки/байпаса требуют очень низкого ESR и хорошего импеданса (Z). Здесь наиболее применимы керамика, полипленки и некоторые специально разработанные танталовые полимерные устройства. Фильтрация электромагнитных/радиочастотных помех для классов безопасности X/Y требует высокого напряжения и импульсных характеристик, и в этих случаях используются исключительно пленка и керамика.