Типы пленочных конденсаторов. Пленочные конденсаторы: типы, характеристики и применение в силовой электронике

Какие существуют типы пленочных конденсаторов. Каковы их основные характеристики и преимущества. Где применяются пленочные конденсаторы в силовой электронике. Чем они отличаются от электролитических конденсаторов.

Содержание

Основные типы пленочных конденсаторов

Пленочные конденсаторы подразделяются на несколько основных типов в зависимости от используемого диэлектрика:

  • Полиэстеровые (PET) — наиболее распространенный и универсальный тип
  • Полипропиленовые (PP) — для высокочастотных приложений
  • Поликарбонатные (PC) — с высокой температурной стабильностью
  • Полифениленсульфидные (PPS) — для работы при высоких температурах
  • Полиэтиленнафталатные (PEN) — улучшенная версия полиэстеровых

Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, что определяет области их применения в электронике.

Преимущества пленочных конденсаторов

По сравнению с электролитическими конденсаторами, пленочные обладают рядом важных преимуществ:


  • Более высокая надежность и долговечность
  • Способность выдерживать большие импульсные токи
  • Низкие потери на высоких частотах
  • Отсутствие эффекта полярности
  • Более широкий температурный диапазон
  • Способность к самовосстановлению после пробоя

Эти свойства делают пленочные конденсаторы незаменимыми во многих приложениях силовой электроники.

Применение пленочных конденсаторов в силовой электронике

Основные области применения пленочных конденсаторов в силовой электронике включают:

  • Фильтрация помех в импульсных источниках питания
  • Снабберные цепи в преобразователях
  • Коммутационные цепи в инверторах
  • Звенья постоянного тока в приводах двигателей
  • Емкостные делители напряжения
  • Накопители энергии в импульсных схемах

Благодаря высокой надежности и способности работать при больших импульсных токах, пленочные конденсаторы незаменимы во многих силовых приложениях.

Сравнение с электролитическими конденсаторами

При выборе между пленочными и электролитическими конденсаторами необходимо учитывать следующие факторы:


  • Электролитические имеют большую удельную емкость, но меньшую надежность
  • Пленочные лучше работают на высоких частотах
  • Пленочные выдерживают большие импульсные токи
  • Электролитические дешевле при больших емкостях
  • Пленочные имеют более широкий температурный диапазон

Выбор типа конденсатора зависит от конкретных требований схемы. Часто оптимальным решением является комбинация обоих типов.

Характеристики пленочных конденсаторов

При выборе пленочных конденсаторов для силовых применений важно учитывать следующие характеристики:

  • Номинальное напряжение и допустимые перенапряжения
  • Допустимый ток пульсаций
  • Собственная индуктивность
  • Тангенс угла потерь на рабочей частоте
  • Температурная стабильность емкости
  • Допустимая рабочая температура

Правильный выбор этих параметров обеспечивает надежную и эффективную работу конденсатора в силовой схеме.

Эффект самовосстановления пленочных конденсаторов

Одним из важных преимуществ пленочных конденсаторов является их способность к самовосстановлению после локального пробоя диэлектрика. Этот эффект обеспечивается следующим механизмом:


  1. При пробое в месте дефекта возникает дуговой разряд
  2. Энергия разряда испаряет тонкий слой металлизации вокруг точки пробоя
  3. Образуется изолирующая область, локализующая место пробоя
  4. Конденсатор продолжает работать с незначительным снижением емкости

Благодаря самовосстановлению пленочные конденсаторы способны выдерживать кратковременные перенапряжения без катастрофического отказа.

Конструкция пленочных конденсаторов

Основными элементами конструкции пленочного конденсатора являются:

  • Рулон из двух слоев металлизированной диэлектрической пленки
  • Выводы, припаянные к торцевым поверхностям рулона
  • Защитный корпус (пластиковый или металлический)
  • Заполнитель (эпоксидная смола или инертный газ)

Такая конструкция обеспечивает низкую собственную индуктивность и высокую надежность конденсатора при работе в силовых цепях.

Особенности применения пленочных конденсаторов

При использовании пленочных конденсаторов в силовой электронике следует учитывать ряд особенностей:

  • Необходимость защиты от перенапряжений
  • Контроль температуры корпуса при больших токах
  • Учет старения и снижения емкости со временем
  • Правильный монтаж для минимизации паразитных параметров
  • Выбор типа диэлектрика в зависимости от условий эксплуатации

Соблюдение этих рекомендаций позволяет максимально использовать преимущества пленочных конденсаторов в силовых схемах.



Конденсаторы для ВЧ/СВЧ. Часть 3 Пленочные и электролитические

Часть 1.
Часть 2.
Часть 3.
Часть 4.

Особенности конструкции и применения

Необходимо сказать о том, как свойства органических вообще и пленочных диэлектриков в частности определили конструктивные особенности и сферы применения конденсаторов этого типа. Пожалуй, главным фактором, определившим современный набор конструктивных исполнений органических конденсаторов, является неширокий по сравнению с керамическими конденсаторами температурный диапазон применения органических полимеров. Это резко снизило возможности использования полимеров в чип-конденсаторах. Речь, прежде всего, идет о процессе пайки, в результате которого может происходить температурное разрушение либо деградация конденсаторов. Дополнительные сложности в «жизнь» органических чип-конденсаторов внесло появление требований RoHS по пайке бессвинцовыми припоями. Поскольку температура плавления таких припоев выше, чем свинцовосодержащих, значительная часть известных серий, в частности пленочных конденсаторов, имеет ограничения при пайке. Часто это невозможность использовать технологию двухволновой пайки либо ограничения по времени прохождения волны припоя. Многолетняя статистика рынка, собранная в основном по пленочным конденсаторам, показывает, что 80–90% таких конденсаторов выпускается в выводном исполнении. Пайка выводов не ухудшает свойств собственно конденсатора.

 

Органические конденсаторы для ВЧ/СВЧ

Несмотря на то, что признанным лидером в области высокочастотных приложений принято считать керамические конденсаторы, органические полимеры успешно осваивают этот специфический диапазон. Говоря о применении полимерных конденсаторов на высоких частотах, можно упомянуть об авторской технологии AVX — многослойных органических структурах MLO (Multilayer Organic). Эта технология появилась именно как результат усилий по расширению частотного диапазона применения полимерных устройств. Суть ее заключается в том, что из полимерных материалов и посредством отработанных пленочных технологий создается многослойная подложка, стек слоев которой содержит один или несколько уровней полимера с малыми потерями на высоких частотах. Эти слои «зажаты» между слоями металлизации и разделительными. Слои металлизации используются для формирования стандартных компонентов, посредством трассировки соединяемых в целевые устройства. Стандартный стек слоев подложек первого поколения описан в [1] и представлен на рис. 1.

Рис. 1. Подложка MLO с шестью слоями металлизации

Синим цветом на рис. 1 обозначены переходные отверстия между слоями. Основной проблемой при создании этого типа подложек был поиск полимерного материала, имеющего малые потери на высоких частотах и при этом высокую диэлектрическую проницаемость для формирования значительной емкости в малых габаритах. В настоящее время в качестве таких материалов для high-Q‑слоев используются политетрафторэтилен (PTFE) и жидкокристаллические полимеры (LCP). Высокочастотные полимерные подложки MLO стали исключительно благодатной средой для размещения в них стандартных компонентов для повсеместно используемых радиотехнологий: беспроводных сетей многих протоколов, широковещательных спутниковых систем, автомобильных радиосистем и т.  п. По технологии MLO выполняются конденсаторы, индуктивности, диплексеры, согласующие четвертьволновые трансформаторы, фильтры, ответвители и другие компоненты, вплоть до радиочастотных микросхем (RFIC). При этом на наружных металлизированных слоях подложек может выполняться стандартная трассировка для SMT-компонентов. Дополнительным бонусом MLO-подложек является их полная совместимость с широко применяемым материалом для печатных плат — FR4. Оба материала имеют одинаковое температурное расширение, и при закреплении MLO-компонентов на печатных платах они не создают дополнительных термических нагрузок на платы. Специалисты фирмы AVX отмечают очень хорошие показатели MLO по диэлектрической абсорбции [2]. По данным [2], этот показатель для MLO составляет 0,0015%, что на порядки лучше абсорбции, например, для керамики NP0 — 0,6%. Это свойство MLO, конечно, весьма востребовано в устройствах выборки/хранения. В качестве практического решения AVX предлагает представленный в [3] MLO-конденсатор формата 0603 (EIA) с диапазоном емкостей 0,1–5,1 пФ, рабочим напряжением 50–250 В.  Изделие имеет допуск по номиналу ±0,02 пФ и может применяться в диапазоне частот до 20 ГГц.

Вообще необходимо отметить, что технология сложных подложек переживает период стремительного развития не только в области пленочных технологий. Для керамики примером тому служат 3D однослойные конденсаторы фирмы IPDiA, речь о которых пойдет ниже. А наиболее полным конструктивным аналогом MLO-подложек от AVX являются сложные керамические подложки CapStrate фирмы Johanson Dielectrics.

 

Типы пленочных конденсаторов и основные материалы для их производства

Конструкция пленочного (как поясняется в сноске в начале обзора) конденсатора схожа с конструкцией многослойного керамического конденсатора или с конструкцией оксидного (электролитического) конденсатора, с тем отличием, что рулон диэлектрика с металлизацией укладывается прямоугольным брикетом. Конструкция пленочного конденсатора компании Wima приведена на рис. 2.

Рис. 2. Конструкция пленочного конденсатора компании Wima

Так же как и в ситуации с MLCC, пленочные конденсаторы имеют большое количество конструктивных исполнений, в основном разделенных на три большие группы c корпусами для поверхностного монтажа (SMD) и выводными корпусами с радиальным (Radial) и аксиальным (Axial) расположением выводов.

На рис. 3 представлены некоторые примеры исполнений по информационным материалам фирмы Kemet и промышленной группы Exxelia.

Рис. 3. Виды корпусов пленочных конденсаторов от Kemet и Exxelia:
а) SMD-исполнение от Kemet с размерами 12,7×11,5×6,5 мм;
б) SMD Kemet в корпусе DIL6 с минимальными размерами 11×12,2×6,05 мм;
в) низкоиндуктивные SMD-конденсаторы с самовосстановлением от Exxelia;
г) SMD высокочастотные SMPS Exxelia;
д) радиальный конденсатор с сериальным резистором от Kemet;
е) радиальный Exxelia, выводы с резьбой или в виде контактного лепестка;
ж) радиальный высоковольтный до 1000 В, Exxelia;
з) точный радиальный от Exxelia, каждая обкладка соединена с двумя выводами;
и) аксиальный от Kemet для SMPS-применений;
к) аксиальный низкоиндуктивный от Exxelia;
л) аксиальный высоковольтный до 2200 В от Exxelia;
м) аксиальный Exxelia, имеется исполнение, при котором один из выводов соединен с корпусом

Пленочные конденсаторы применяются, как правило, в сильноточных импульсных устройствах, в том числе работающих в нагруженных режимах с малыми скважностями. Хотя эта область электронной техники напрямую не связана с заявленной темой статьи, тем не менее краткий экскурс в нее оправдан, поскольку в развитии электронной индустрии виден процесс конвергенции, при котором высокочастотные устройства становятся сильноточными, а импульсная техника работает на все больших частотах.

В качестве диэлектрика в них чаще всего применяются поликарбонат, полиэстер и полипропилен, которые называют «большой тройкой» пленочных конденсаторов. Эти диэлектрики применяет большинство фирм — производителей пленочных конденсаторов. Хотя в последнее время на первое место выходит полифенилен сульфид (PPS), который активно замещает конденсаторы из поликарбоната [4]. Достаточно распространены на рынке и конденсаторы с диэлектриком из пропитанной бумаги.

Класс пленочных конденсаторов условно делится на два основных типа. Те конденсаторы, у которых металлические обкладки выполняются из фольги (например, тонкой фольги хрома), называются фольговыми. В англоязычной литературе принят термин all-film либо foiled. Встречается также термин film/foil. Ко второму типу относятся конденсаторы, чьи обкладки выполняются непосредственным напылением на пленку диэлектрика тонкой пленки металла. Это металлизированные конденсаторы, или metallized. В количественном соотношении металлизированные конденсаторы выпускаются в значительно больших объемах, чем фольговые. При этом фирмы-производители стараются разрабатывать и использовать проприетарные технологии изготовления для продвижения своей продукции. Так, перед напылением металлической пленки компания AVX проводит обработку диэлектрика коронным разрядом для лучшего сцепления полимера и металла. О причинах количественного неравенства между фольговыми и металлизированными конденсаторами будет сказано ниже.

В зависимости от типа полимера, который используется в качестве диэлектрика, пленочные конденсаторы можно разбить на три большие группы:

  • Поликарбонат. Этот материал имеет низкий температурный дрейф (ниже, чем у других материалов), малый коэффициент рассеяния и диэлектрической абсорбции. Конденсаторы на основе поликарбоната применяются в импульсных цепях и прецизионных аналоговых устройствах в тех случаях, когда требуется хорошая температурная стабильность и высокий температурный коэффициент. В отличие от других диэлектриков имеет низкую устойчивость к влажности, что весьма критично в некоторых областях применения. Конденсаторы из поликарбоната имеют высокое тепловое сопротивление (до +125 °C), но плохо подходят для поверхностного монтажа. Большинство производителей рекомендует использовать поликарбонатные пленочные конденсаторы в автомобильных приложениях. Наиболее известные производители конденсаторов этого типа — Kemet PN, Electronic Concepts Inc, American Capacitor Corporation, EFC Wesko.
  • Полиэстер. Этот материал, вероятно, самый популярный в пленочных конденсаторах, во всяком случае для монтажа на плату. Полиэстер — другое название класса аналогичных полимеров на основе полиэтилена терефталата. Европейское название — милар, PET, PETE или PETP. Высокий коэффициент рассеяния, особенно с ростом частоты, позволяет применять конденсаторы на основе полиэстера в цепях постоянного тока, в низкочастотных импульсных цепях с малым током или в источниках питания.
    Конденсаторы на основе полиэстера имеют высокий температурный дрейф, но их совместное подключение с конденсаторами на основе полипропилена позволяет выравнивать температурную кривую. Конденсаторы этого типа имеют номиналы 1 нФ – 10 мкФ и выше (речь идет в основном о конденсаторах до 1000 В). Высокое тепловое сопротивление позволяет применять их для поверхностного монтажа. Наиболее известные производители конденсаторов на основе полиэстера — EFC Wesko, Richey, Southern Electronics Inc.
  • Полипропилен. Конденсаторы на основе полипропилена (РР) являются самым распространенным типом пленочных конденсаторов. Они выпускаются в очень широком диапазоне размеров и рабочих напряжений и применяются во многих электрических цепях. РР имеет низкий коэффициент рассеяния во всем диапазоне рабочих температур и в широком диапазоне частот. Это позволяет применять данный тип конденсаторов в высокочастотных цепях и в цепях с высоким током нагрузки, например в импульсных источниках питания. Некоторые типы конденсаторов имеют рабочее напряжение выше 400 кВ переменного тока. Они предназначены для замены старых моделей электролитических и бумажно-масляных конденсаторов. Конденсаторы данного типа имеют номиналы емкостей 100 пФ – 10 мкФ. Малая утечка и низкий коэффициент диэлектрической абсорбции позволяют применять полипропиленовые конденсаторы в интегрирующих цепях и в цепях выборки и хранения. Влияние влажности незначительное. По температурному дрейфу они немногим превосходят конденсаторы на основе полиэстера, поэтому их эксплуатация ограничена температурой +105 °C и делает невозможным их применение для поверхностного монтажа. Наиболее известные производители конденсаторов на основе полипропилена — Susco, RTI Electronics, TSC Electronics, Suntan.

Интересно практическое количественное сравнение различных типов диэлектриков, данное в материалах фирмы Kemet [4] (табл. 1). Отметим, что в таблице сопротивление изоляции представлено в виде постоянной времени саморазряда конденсатора (секунды) после минутного заряда напряжением 100 или 500 В, в зависимости от типа испытуемого конденсатора.

Таблица 1. Сравнение типов диэлектриков (Kemet)

Материал

диэлектрика

Аббревиатура

Минимальная толщина, мкм

Диэлектрическая константа

(1 кГц, +23 °C)

Нормальная рабочая температура, °C (расширенная)

Температурный коэффициент, ppm/°C

Тангенс угла потерь
(1 кГц, +23 °C), %

Сопротивление изоляции, с

Диэлектрическая абсорбция, %

Полиэстер

PET

0,9

3,3

–55…+100 (+125)

+400 (±200)

0,5

25 000

0,5

Полиэтилен нафталат

PEN

1,4

3

–55…+125 (+150)

+200 (±150)

0,4

25 000

1,2

Поликарбонат

PC

2

2,8

–55…+125

0 (±100) нелинейно

0,15

25 000

0,06

Полифенилен сульфид

PPS

1,2

3

–55…+125 (+175)

0 (–50)…+100 °C

0,06

50 000

0,05

Полипропилен

PP

2,4

2,2

–55…+105 (+125)

–200 почти линейно

0,03

100 000

0,01

Пропитанная бумага

P

8

5,5

–40…+115

+1200 (±200)

0,8

15 000

 

Сильноточные и высоковольтные

Еще одно эксклюзивное свойство пленочных конденсаторов, не присущее другим видам, — так называемое управляемое самовосстановление после пробоя (self-healing). Оно определяется не только и не столько свойствами пленки, сколько уже в целом конструкцией конденсатора. Свойством самовосстановления обладают только металлизированные конденсаторы. Суть его заключается в том, что в случае пробоя диэлектрика (в силу разных причин) ток короткого замыкания локализуется в определенном месте диэлектрика, где возник дефект, уменьшивший сопротивление слоя изоляции. При этом плотность тока такова, что происходит испарение металлизированного слоя в локальной области на двух прилежащих обкладках конденсатора. Испарение металла изолирует проблемную область диэлектрика. Лавинного пробоя не происходит. Работоспособность восстанавливается. Этот процесс иллюстрирует рис. 4 из материалов фирмы Wima.

Рис. 4. Процесс управляемого самовосстановления (Wima)

Как следует из данных производителя, локальные дефекты сопротивления изоляции чаще всего возникают в местах сгиба металлизированной пленки при формировании объема конденсатора вследствие механических напряжений. На рис. 5 представлена микрофотография участка пробоя.

Рис. 5. Участок пробоя (Wima)

Надежная система самовосстановления создает своеобразный синергетический эффект, поскольку позволяет повысить энергетическую эффективность металлизированных конденсаторов за счет увеличения рабочей напряженности электрического поля.

Общепринятая практика рекомендует завершение эксплуатации конденсатора после изменения емкости более чем на 2% (из-за локальных пробоев). При этом понятно, что по достижении такой величины падения емкости конденсатор по-прежнему работоспособен и, следовательно, решение о продлении эксплуатации принимает техперсонал объекта. Такая возможность увеличивает выгоды применения пленочных конденсаторов.

Наличие эффекта самовосстановления в немалой степени способствовало использованию пленочных конденсаторов в сильно-
точной, высоковольтной и импульсной технике. С ним же связано и количественное преобладание на рынке металлизированных конденсаторов по сравнению с фольговыми.

Однако необходимо отметить, что фольговые конденсаторы имеют достаточно устойчивую нишу применения. Это связано с некоторыми параметрами данных конденсаторов, которые лучше, чем у металлизированных. Так, именно из-за применения фольги, значительно более толстой, чем напыляемая пленка, снижается переходное сопротивление в области соединения обкладок с внешним выводом. Благодаря этому фольговые конденсаторы часто предпочтительнее металлизированных в импульсных устройствах. Второй важный плюс фольговых конденсаторов — низкий ток утечки неметаллизированной пленки.

Опять же для сравнения отметим, что фольговые конденсаторы не имеют процесса восстановления после пробоя в том виде, как это только что описано для металлизированных конденсаторов. Это связано с тем, что толщина фольги в фольговом конденсаторе может до 1000 раз превышать толщину металлической пленки в металлизированном конденсаторе. При пробое фольгового конденсатора утилизирующейся в канал пробоя энергии недостаточно для испарения металла, именно из-за его толщины. Происходит сплавление двух обкладок конденсатора.

Тем не менее в фольговых конденсаторах также используются технологии самовосстановления. Примером тому может служить продукция немецкой фирмы Electronicon. Речь идет об их силовых высоковольтных косинусных конденсаторах [5]. Эти изделия выполнены по all-film-технологии и представляют собой набор однотипных спирально намотанных секций, помещенных в общий корпус и имеющих смешанное последовательно-параллельное соединение (рис. 6).

Рис. 6. Схема соединений высоковольтного конденсатора и принцип самовосстановления

Как видно на рис. 6, каждая из параллельно включенных секций защищена плавкой вставкой, представляющей собой медную проволоку диаметром 0,25–0,35 мм. В случае пробоя с последующим коротким замыканием предохранитель отключает неисправную секцию. Конденсатор сохраняет работоспособность с потерей емкости в пределах 1,5–5%. На рис. 6 представлен пример того, как изменится емкость конденсатора в случае перегорания предохранителей в двух секциях изделия. Красной стрелкой показано снижение емкости и реактивной мощности.

Системы внутренней защиты в изделиях компании Electronicon отслеживают состояние конденсатора на протяжении всего жизненного цикла. Известно, что в конце срока службы при большом количестве самовосстанавливающихся пробоев в металлизированных конденсаторах или в результате перегрузок по напряжению или температуре внутри корпуса конденсатора может возникнуть избыточное давление с возможностью катастрофического отказа. Защитой в таких случаях является предохранитель-прерыватель избыточного давления [6], используемый в сериях E62, E63, E65 (рис. 7).

Рис. 7. Предохранитель-прерыватель (Electronicon)

Корпус конденсатора оснащен элементом защиты от повышенного давления. В качестве такового может работать либо гибкая крышка корпуса, либо зигованный желоб на корпусе изделия. Один из выводов конденсатора выполняется внутри корпуса в виде струны с ослабленным участком. При повышении давления и появлении выпуклости на крышке либо растяжении зиговки происходит обрыв проводника в месте тарированного ослабления.

Как мы уже убедились, пленочным конденсаторам в высокой степени свойственны технологии внутренней защиты и поддержания работоспособности.

Вкратце отметим основные исполнения выводных пленочных конденсаторов. В современной практике конденсаторы средней мощности чаще всего изготавливаются по сухой технологии (газонаполненные), а высокой мощности делают маслонаполненными. Для многих приложений используется заполнение корпуса конденсатора полиуретановыми смолами (твердый наполнитель). В качестве жидкого наполнителя наиболее часто применяется рапсовое масло. Применение наполнителей (кроме газа) позволяет повысить пробивное напряжение конденсатора, увеличить работоспособность при низких температурах, улучшить экологические параметры производства, эксплуатации и утилизации конденсаторов.

Необходимо обратить внимание на тот факт, что все перечисленные достоинства пленочных конденсаторов стимулируют замену электролитических конденсаторов пленочными. Процесс этот идет достаточно давно и замедляется только тем, что оксидные конденсаторы пока еще часто выигрывают в ценовом отношении (табл.  2).

Таблица 2. Сравнение основных параметров пленочных и оксидных конденсаторов [7]

Пленочные конденсаторы

Электролитические конденсаторы

Допускается двукратная перегрузка

по напряжению

Максимальная перегрузка в 1,2 раза

Выдерживают броски

обратного напряжения

Нет

Выдерживают быстрый разряд

Нет

Обеспечивают эффективный ток

до ~1 Аrms/мкФ

Примерно в 40 раз меньше

Нет риска выбросов вредных веществ

Используется кислота

Высокая надежность

Средний срок службы меньше

в 10 раз, чем у пленочных

В конце срока службы

максимальное уменьшение емкости 5%.

Можно использовать

и после заявленного срока службы

Снижение емкости до 30%

Длительное хранение не влияет

на характеристики

После длительного хранения
необходимо их восстановление

 

Заключение

В завершение разговора об органических полимерных конденсаторах отметим, что полимерные и основанные на сходных технологиях конденсаторы имеют широчайшую область, точнее, даже области применения. Граница разделения тут в основном проходит по типу корпуса. Чипированные изделия применяются в индустрии ВЧ, в то время как основная область применения выводных конденсаторов — это сильноточная техника. Силовые приводы электротранспорта, генераторы энергии, мощные импульсные устройства, источники питания, промышленные индукционные установки и сварка, мощные лазеры и сильноточная техника военного применения.

Основными производителями полимерных конденсаторов являются AVX и его подразделение TPC (Thomson Passive Component), Spectrum Advanced Specialty Products, Pilkor Electronics Co., Elpac Components, Wima, Eurofarad, Vishay Intertechnology, Seacor, Kemet, Faratronic Co. Ltd., Ixis, Cornell Dubilier, Epcos, TDK, JARO Components Ink., Electronicon Kondensatoren Gmbh., Exxelia, Sprague-Goodman Electronics Inc., Electronic Concepts Inc., American Capacitor Corporation, EFC Wesko, Richey, Southern Electronics Inc., Susco, RTI Electronics, TSC Electronics, Suntan.

Статья опубликована в №6’2020 журнала «Компоненты и технологии»

Литература

  1. Stratigos J. Capabilities of Multi-Layer Organic Packaging // Microwave Jornal. 2007. September.
  2. Menendez E. Dielectric Absorption of Multilayer Organic (MLO) Capacitors. US, AVX. 2014.
  3. RF Passive Components Made Using Multi-Layer Organic Technology.
  4. kemet.com/Lists/ProductCatalog/Attachments/155/F9000_GenInfo_SMD.pdf
  5. Шишкин С., Юшков А. Новое поколение косинусных конденсаторов среднего напряжения компании Electronicon // Силовая электроника. 2007. № 2.
  6. electronicon.com/fileadmin/inhalte/pdfs/produkte/leistungselektronik/allgemein/PEC_application_notes.pdf
  7. Самойлова М. Пленочные конденсаторы AVX/TPC // Компоненты и технологии. 2007. № 5.

Пленочные конденсаторы — применение в энергетике • Все своими руками

В статье пойдет речь о пленочных конденсаторах, это сокращенный технический перевод, но для тех, кто занимается силовой электроникой, эта информация может быть полезной. Ранее была статья-перевод об интересных свойствах SMD конденсаторов. Новую статью на английском языке полностью без сокращений можно прочитать, пройдя по ссылке — Статья в оригинале на английском языке.


РУДИ РАМОС

Инженеры, проектирующие силовую электронику, обнаруживают, что конденсаторы необходимы для нескольких функций, от хранения энергии до фильтров и развязки. Доступны различные типы конденсаторов, которые на первый взгляд могут показаться эквивалентными по своим номинальным характеристикам емкости и напряжения, но не будут одинаково работать.

Неправильный выбор может привести в лучшем случае к дорогостоящему перепроектированию устройства, а в худшем — к ненадежному или небезопасному продукту.

В этой статье описываются различные типы конденсаторов, которые могут быть рассмотрены для использования в схемах силовой электроники. В частности, сравниваются электролитический (Al-электролитик) и пленочный типы, показывающие, как и когда каждый из них играет свою роль. Разнообразие типов пленок и их конструкция описаны более подробно, а также определены предпочтительные типы. Подробно рассматриваются характеристики емкости, номинального тока пульсаций, переходных напряжений и безопасности, а также другие характеристики. Обсуждается феномен “самовосстановления » после напряжения пробоя, объясняющий его физический механизм и значение, которое он придает в типичных схемах. Трудно представить себе современную электронику, которая не включала бы в себя конденсаторы какого-либо типа. Они могут быть маленькими типами поверхностного монтажа в сотовых телефонах, например, но они все еще существуют. В силовой электронике на них возложены функции фильтрации, обработки и передачи энергии, объемы конденсаторов могут быть измерены в кубических дюймах. В этом приложении иногда существует кажущийся выбор между алюминиевым (Al) электролитическим и пленочным типами, но с точки зрения плотности накопленной энергии, Al-электролитика в некоторых отношениях впереди. Al-электролитики имеют относительно плохую репутацию по долговечности и надежности. При соответствующем облегченном режиме — снижении напряжения, пульсирующего тока и температуры они могут прослужить много лет. Их низкая стоимость при заданной мощности- напряжении (CV) является, существенным фактором. Это означает, что они являются предпочтением для больших объемов хранения энергии, таких как внутренняя высоковольтная шина постоянного тока товарных источников питания переменного и постоянного тока.

Пленочные конденсаторы имеют свое место в силовой электронике

Типы пленочных конденсаторов, безусловно, имеют некоторые преимущества перед их Al- электролитическими родственниками; они могут иметь гораздо более низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) для той же оценки CV, что дает им, как правило, гораздо лучшие оценки пульсаций тока. Они также относительно более устойчивы к перенапряжению и в некоторых случаях могут «самовосстанавливаться» после определенной степени выхода из строя, повышая надежность и срок службы системы. Когда происходит локализованный пробой, в теле пленочного конденсатора образуется короткое замыкание, но возникает плазменная дуга, которая в точке пробоя испаряет часть обкладки, чтобы устранить КЗ. Однако это работает только в пределах определенных напряжений; катастрофический отказ все еще может произойти из-за осаждения углерода и сопутствующего повреждения диэлектрической изоляции. На практике Al- электролитика может выдерживать обычно только 20% перенапряжения напряжения, в то время как показатель для пленочных типов может быть 100% в течение ограниченного времени. Разница в режиме отказа также значительна; Al-электролитика часто после перенапряжения взрывается, вызывая разброс жидкого электролита и повреждение других компонентов.
Действительно, теоретические показатели отказов для Al-электролитических и пленочных типов могут быть сопоставимы, но в реальных приложениях со случайными напряжениями, например, от индуктивных нагрузок или ударов молнии, надежность системы может быть совершенно разной между двумя технологиями. Деградация из-за влажности является проблемой для пленочных конденсаторов, но это общее с другими компонентами, поэтому должно контролироваться для лучшей надежности.

Когда накопление энергии не является основным параметром, пленочные конденсаторы могут быть высокоэффективным решением. Примером может служить шина постоянного тока с батарейным питанием, которую вы видите в электромобилях, системах альтернативной энергетики и источниках бесперебойного питания. В этих приложениях основной функцией конденсатора является источник и приемник высокочастотного пульсирующего тока, который может быть измерен в сотнях или тысячах ампер, где низкий ESR конденсатора жизненно важен для достижения низких потерь и низкого напряжения пульсаций.
Переход к более высоким напряжениям шины также благоприятствует типам пленочных конденсаторов, та же энергия хранится с меньшими значениями CV при высоком напряжении (из-за «квадрата» в E=CV²/2)таким образом, требуется меньшая емкость. Al-электролитики ограничены своей технологией примерно до 550 В, и хотя они могут быть сложены для более высокого напряжения, им присущ высокий и переменный ток утечки, требующий параллельных балансировочных резисторов с соответствующими затратами и потерями. Мы обсуждали режим короткого замыкания в Al-электролитике; при последовательном отказе один из них будет передавать высокое напряжение на другие с лавиной последовательных повреждений.

В отличие от Al- электролитов, пленочные типы неполярны, они могут спокойно работать при любой полярности приложенного напряжения. Это также значит, что они идеально подходят для применения, где имеется напряжение тока AC, для фильтрации выхода инвертора.

Мы говорили о «пленочных» конденсаторах в целом, но есть много подтипов с различной производительностью и приложениями. В таблице 1 [1] приведены основные характеристики некоторых типов, которые могут быть использованы в силовой электронике.


Таьлица 1 Характеристики пленочного конденсатора.

Среди эксплуатационных характеристик полипропилен является хорошим соперником для силовых применений, благодаря своему широкому диапазону напряжений и емкостей, а также хорошим характеристикам самовосстановления. Важен также особенно низкий показатель коэффициента диссипации (Диссипация энергии (лат. dissipatio — рассеяние) — переход части энергии упорядоченных процессов (кинетической энергии движущегося тела, энергии электрического тока и т. п.) в энергию неупорядоченных процессов, в конечном счёте — в теплоту.)(DF) на всех частотах; DF-это отношение ESR к емкостному реактивному сопротивлению ZC = ½ NFC. Низкая цифра подразумевает более низкие тепловые эффекты по сравнению с другими диэлектриками и является способом сравнения потерь на микрофараду емкости в разных типах конденсаторов. Как правило, DF немного зависит от температуры и частоты, но полипропилен лучше всего работает в сравнении, см. Рисунок 2 для графиков.


Рис. 2 типичное изменение коэффициента рассеяния с температурой и частотой для полипропиленовой пленки (источник: Cornell Dubilier)

Для менее критичных применений в энергетике полиэстер может быть отличным недорогим выбором благодаря своей высокой удельной емкости (CV на объем) и широкому температурному диапазону.


Рис. 3. Методы построения пленочных конденсаторов.

Рассматривая теперь полипропиленовые конденсаторы более подробно, можно выделить две основные конструкции — металлическую фольгу и напыление металла (Рис. 3 ), взятые из справки [2].

В первом случае металлическая фольга толщиной около 5 микрон зажата между слоями диэлектрика и дает высокую пиковую токовую способность, но не самовосстанавливается. В металлизированной пленочной конструкции алюминий, а иногда и цинк или цинковый сплав при температуре около 1200°C осаждаются на полипропиленовую пленку под вакуумом толщиной примерно от 20 до 50 нм. Во время осаждения пленка выдерживается при низкой температуре, обычно от -25°С до -35°С. В этом процессе включается самосцеление. При использовании локализованный пробой вызывает интенсивный нагрев, возможно, до 6000°C, что приводит к образованию плазменной дуги. Это локально испаряет металлизацию, а быстрое расширение плазмы гасит дугу, изолируя дефектную область в пределах примерно 10 мкс и позволяя конденсатору продолжать функционировать. Некоторая емкость теряется, но эффект минимален, и его можно воспринимать как старение компонента, если следить за ним с течением времени.

Металлизация иногда сегментируется на участки на пленке, возможно, миллионы, с узкими «воротами», подающими ток в сегменты и выступающими в качестве предохранителей для больших перегрузок. Обработка пикового тока немного уменьшается за счет сужения общего пути прохождения тока, но дополнительный запас прочности, введенный, следовательно, позволяет конденсатору быть рассчитанным на более высокое напряжение. В некоторых конденсаторах конструкция из фольги и металлизации комбинируется, чтобы обеспечить компромисс между обработкой пикового тока и самовосстановлением. Металлизация также может быть градуирована от края конденсатора так, чтобы более толстый материал по краям давал лучшую обработку тока и более надежное окончание пайкой или сваркой.

Эффекты частичного разряда

Используемая полипропиленовая пленка имеет диэлектрическую прочность около650В/мкм при толщинах около 2 мкм, поэтому легко получить номинальное напряжение прибора несколько кВ с деталями, доступными при 100кв. Однако есть эффект, который вступает в игру с очень высокими напряжениями – частичный разряд или «PD». Иногда называют «короной», это пробой микропустот в объеме диэлектрического материала или воздушные зазоры между изолирующими слоями.

Пропитка высоковольтных конденсаторов маслом помогает с ПД, вытесняя воздух с его более низким порогом пробоя из интерфейсов изоляции. Заполненные смолой низковольтные конденсаторы также помогают в этом отношении и дополнительно повышают механическую прочность.

PD — это эффект, вызванный напряженностью электрического поля кв/мм, поэтому более толстый диэлектрический материал менее восприимчив, но за счет компонентов большего размера при той же величине CV. Конденсаторы могут быть соединены последовательно так, чтобы по отдельности на них падало более низкое напряжение, ниже начальной точки PD, но могут нуждаться в балансировочных резисторах. Иногда высоковольтные конденсаторы формируются из последовательных элементов в одном корпусе, чтобы избежать PD.

Пленочные конденсаторы в качестве демпферов

Еще одно ценное применение конденсаторов в силовых преобразователях заключается в «подавлении», преднамеренном замедлении коммутационных сигналов (демпфировании)для уменьшения электромагнитных помех и напряжения полупроводников (рис. 4 ). Здесь важным соображением является способность конденсатора выдерживать высокий dV/dt или скорость изменения напряжения, которая может толкать высокие среднеквадратические токи в компонент. Опять же, полипропилен является хорошим выбором, особенно когда металлизация двусторонняя и изготавливается в сочетании с металлической фольгой, чтобы принимать большие токи. Конденсаторы, предназначенные для применения, как правило, также имеют очень низкую индуктивность для низкого сопротивления переменному току, а высокое напряжение выдерживает запас, чтобы справиться с иногда неопределенными пиковыми напряжениями.


Рис. 4 пленочный конденсатор с в сети демпфера
Пленочные конденсаторы в качестве силовых фильтров

Хотя фильтрация часто рассматривается как функция уровня сигнала, в инверторах и моторных приводах, в частности, выходные конденсаторы пропускают высокие импульсные токи, чтобы предотвратить высокие уровни dV/dt на кабелях, вызывающие перенапряжения и EMI (Electro Magnetic Interference, EMI – электромагнитные помехи)
(рис. 5). Поскольку переменный ток передается на нагрузку, конденсаторы должны быть неполяризованными, во всяком случае, исключая использование Al-электролитов. Среда применения часто бывает суровой, и для этого необходимы надежность, пульсация и объемная эффективность полипропиленовых конденсаторов.


Рисунок 5 пленочные конденсаторы в двигателе привода фильтрация EMI
Фильтры EMI

Пленочные конденсаторы широко используются в фильтрах EMI линии электропередачи, не столько для снижения пульсаций тока, сколько из-за их самовосстанавливающегося свойства с переходными процессами напряжения (рис. 6).Полипропиленовые конденсаторы с рейтингом безопасности обычно оцениваются как » X1 » или «X2», когда они поперек линии выдерживают 4 кВ и 2,5 кв соответственно, и могут иметь значение в несколько МКФ, чтобы соответствовать стандартам EMI. Конденсаторы от линии к земле для ослабления синфазных излучений относятся к типам » Y1 » и «Y2», рассчитанным на напряжение 8 кв и 5 кв, но их значение ограничено соображениями тока утечки в линии. В этих приложениях фильтрации электромагнитных помех низкая самоиндуктивность типичных пленочных конденсаторов является преимуществом, поддерживающим высокие саморезонансы.


Рис. 6 Типичный сетевой фильтр с пленочными конденсаторами «X ‘и «Y»

Пленочные конденсаторы в силовой электронике находят множество применений и преуспевают, когда требуются высокие показатели значения пульсаций тока или когда в системах возникают перенапряжения, особенно ценны полипропиленовые типы. При сравнении CV-оценок пленочных и алюминиевых электролитов более глубокий анализ показывает, что, хотя Al-электролитические типы выигрывают из-за простых соображений хранения энергии, практический выбор компонентов должен включать оценку пульсационного тока и соображения надежности, когда пленка часто будет лучшим выбором.

Plenochnye-kondensatory_-harakteristiki-primenenie (526 Загрузок)

Просмотров:1 648


Типы пленочных конденсаторов

|Азбука электроники|Узнайте о технологии с помощью TDK

Конденсаторы, часть 4 «Пленочные конденсаторы [1]»

  • фейсбук
  • твиттер
  • Линкедин

Эта статья переиздана. Прошлые статьи были реорганизованы и переписаны. Он включает информацию о прошлых технологиях и продуктах, которая в настоящее время не обрабатывается TDK.

Тип пленочных конденсаторов

Как следует из названия, в пленочных конденсаторах в качестве диэлектрика используется пластиковая пленка. Техническим родоначальником этого типа конденсаторов является бумажный конденсатор, изобретенный во второй половине XIX века. Он состоял из бумаги, пропитанной маслом или парафином, зажатой между листами алюминиевой фольги и свернутой в круглую форму. Конденсатор, в котором металлическая фольга заменена слоем металла, нанесенным непосредственно на бумагу методом осаждения из паровой фазы, называется конденсатором МП (металлизированная бумага). На основе этой технологии в 19 в. были разработаны пленочные конденсаторы. 30 с. По сравнению с многослойными керамическими чип-конденсаторами пленочные конденсаторы трудно сделать маленькими, но они обладают высоким сопротивлением изоляции и высокой надежностью. Пленочные конденсаторы используются, например, в бытовых электроприборах, электронных схемах автомобилей, промышленном оборудовании и устройствах силовой электроники.
В зависимости от того, как сформирован внутренний электрод, пленочные конденсаторы делятся на две основные категории, а именно типы электродов из фольги и типы электродов для осаждения из паровой фазы (металлизированная пленка). Подкатегории в зависимости от конструкции включают типы с обмоткой, ламинированные типы, индуктивные и неиндуктивные типы и т. д. 

Основные диэлектрики, используемые для пленочных конденсаторов, и их характеристики

Перечисленные ниже пластиковые пленки используются в качестве диэлектриков пленочных конденсаторов. Конденсаторы, использующие ПЭТ в качестве диэлектрика, также называются майларовыми конденсаторами по названию торговой марки ПЭТ-пленки производства DuPont. Так называемые стирольные конденсаторы представляют собой пленочные конденсаторы, в которых в качестве диэлектрика используется полистирол (стироловая смола). Этот тип был в значительной степени заменен типами из полипропилена и сегодня больше не производится в значительных количествах.

Сравнение производительности пленочных конденсаторов по диэлектрику

Характеристики пленочных конденсаторов различаются в зависимости от типа диэлектрика. Поэтому необходимо выбрать правильный тип в соответствии с условиями использования.

Конструкция пленочных конденсаторов

● Пленочные конденсаторы с фольгированным электродом

Конденсаторы пленочные обмоточные с внутренними электродами изготавливаются из металлической фольги (алюминиевой, оловянной, медной и др. ), зажатой между слоями полиэтиленовой пленки и свернутой в рулон. Они бывают индуктивными и неиндуктивными. Индуктивные типы имеют подводящие провода, прикрепленные к внутренним электродам перед намоткой, в то время как неиндуктивные типы имеют подводящие провода или концевые электроды, подключенные к торцам. По сравнению с индуктивными пленочные конденсаторы без индуктивности имеют меньшую индуктивную составляющую и обладают лучшими высокочастотными характеристиками.

● Тип электрода для осаждения паров (тип металлизированной пленки)

Вместо использования фольги в качестве электрода в пленочном конденсаторе этого типа используется слой металла (алюминий, цинк и т. д.), нанесенный на саму пластиковую пленку для формирования внутреннего электрода. Поскольку осаждаемая пленка очень тонкая, конденсатор может быть меньше, чем у электрода из фольги.
Конденсаторы с осаждением из паровой фазы относятся к неиндуктивному типу, в которых электрод соединен с торцом. По способу изготовления различают намотанные и ламинированные типы.

Процесс производства пленочных конденсаторов

Основные сведения о пленочных конденсаторах

Пленочный конденсатор также называют конденсатором из пластиковой пленки. В качестве диэлектрика используется пластиковая пленка. В зависимости от среды существует много типов конденсаторов, таких как конденсаторы с электролитом, бумажные конденсаторы, пленочные конденсаторы, керамические конденсаторы, слюдяные конденсаторы и воздушные конденсаторы. Пленочные конденсаторы широко используются для перекрестной связи аналоговых сигналов, обхода помех источника питания (обратная перекрестная связь) и в других местах.

Каталог

 

I Основная структура

Внутренняя структура пленочных конденсаторов в основном следующая: металлическая фольга (или фольга, полученная металлизацией пластика) используется в качестве электродной пластины, а пластик используется в качестве диэлектрика. . Получают путем намотки или штабелирования. Различное расположение фольги и пленки приводит к разнообразию методов строительства. На рисунке ниже представлена ​​типичная принципиальная схема тонкопленочных конденсаторов.

 

типовая принципиальная схема тонкопленочных конденсаторов

Пленочный конденсатор представляет собой конденсатор с металлической фольгой в качестве электрода и пластиковой пленкой, такой как полиэтилен , полипропилен, полистирол или поликарбонат , которая накладывается внахлест с обоих концов и закручены в цилиндрическую структуру. И в зависимости от типа пластиковой пленки их также называют полиэтиленовыми конденсаторами (также известными как конденсаторы Mylar), полипропиленовыми конденсаторами (также известными как конденсаторы PP), конденсаторами из полистирола (также известными как конденсаторы PS) и поликарбонатными конденсаторами.

II Основные характеристики

пленочный конденсатор

Пленочный конденсатор обладает многими превосходными характеристиками. Его основные эквиваленты следующие: неполярность , высокое сопротивление изоляции , отличные частотные характеристики ( широкая частотная характеристика ) и низкие диэлектрические потери . Благодаря перечисленным преимуществам пленочные конденсаторы получили широкое распространение в аналоговых схемах. Конденсаторы с хорошими частотными характеристиками и чрезвычайно низкими диэлектрическими потерями, особенно в той части, где подключается сигнал, должны использоваться для обеспечения передачи сигнала без слишком больших искажений. Среди всех пластиковых пленочных конденсаторов наиболее замечательными характеристиками обладают полипропиленовые (ПП) и полистирольные (ПС) конденсаторы.

Его структура такая же, как у бумажного диэлектрического конденсатора, а среда — полиэстер или полистирол. Полиэфирные пленочные конденсаторы имеют высокую диэлектрическую проницаемость, небольшие размеры, большую емкость и хорошую стабильность. Они подходят в качестве шунтирующих конденсаторов. Полистирольные пленочные конденсаторы обладают малыми диэлектрическими потерями и высоким сопротивлением изоляции, но имеют большие температурные коэффициенты и могут применяться в высокочастотных цепях.

Среди всех пластиковых пленочных конденсаторов наиболее замечательными характеристиками обладают полипропиленовые (ПП) и полистирольные (ПС) конденсаторы. Конечно, цены на эти два конденсатора относительно высоки. Однако в последние годы для улучшения качества звука аудиооборудования используемые материалы деталей становятся все более и более совершенными, и цена не является самым важным фактором. В последние годы частота и количество конденсаторов PP и PS, используемых в аудиоаппаратуре, также увеличились. Читатели часто могут видеть оборудование марки XYZ, заявляя, сколько конденсаторов типа PP или конденсаторов PS-качества марки XYZ используется в качестве подтверждения качества звука, причина здесь.

Сводка характеристик: Диапазон емкости пленочного конденсатора составляет 3 пФ-0,1 мкФ, рабочее напряжение постоянного тока составляет 63-500 В, подходит для высоких и низких частот, а сопротивление утечки превышает 10000 Ом.

III Металлопленочные конденсаторы

металлизированные пленочные конденсаторы

 электроды и пластиковые пленки вместе. Но есть и другой метод изготовления пленочных конденсаторов, называемый металлизированной пленкой. Метод его производства заключается в вакуумном напылении тонкого слоя металла на пластиковую пленку в качестве электрода. Таким образом, можно отказаться от толщины электродной фольги и уменьшить объем на единицу емкости конденсатора. Поэтому из тонкопленочного конденсатора проще сделать конденсатор малой ёмкости и большой ёмкости. Например, обычный конденсатор MKP — это название металлизированного полипропиленового пленочного конденсатора, а MKT — это название металлизированного полиэфирного конденсатора.

Пленки, используемые для металлизированных пленочных конденсаторов, включают полиэтилен, полипропилен, поликарбонат и т. д. Помимо намотанных, существуют также ламинированные типы. Конденсаторы этого типа из металлизированной пленки обладают так называемым самовосстановлением, то есть при коротком замыкании небольшой части электрода из-за слабого электрического качества, из-за электростатической энергии или тока короткого замыкания, переносимого конденсатора в то время была вызвана большая площадь плавления и испарения для восстановления изоляции, и конденсатор снова был восстановлен в роли конденсатора.

Характеристики металлизированных пленочных конденсаторов

Металлизированные пленочные конденсаторы предназначены для нанесения металлической пленки на поверхность полиэфирной пленки вместо металлической фольги в качестве электрода. Поскольку толщина слоя металлизированной пленки намного меньше толщины металлической фольги, объем после намотки также намного меньше объема конденсатора из металлической фольги. Самым большим преимуществом металлизированных пленочных конденсаторов является самовосстановление . Так называемое свойство самовосстановления заключается в том, что если тонкопленочная среда имеет дефекты в определенной точке и под действием перенапряжения происходит короткое замыкание пробоя, то слой металлизации места пробоя может мгновенно расплавиться и испариться под действием перенапряжения. дуги с образованием небольшой зоны, свободной от металла. Двухполюсные части конденсатора повторно изолированы друг от друга и могут продолжать работать, что значительно повышает надежность конденсатора. Исходя из анализа принципа, для металлизированных пленочных конденсаторов не должно быть режима отказа короткого замыкания, а конденсаторы с металлической фольгой будут иметь много явлений отказа короткого замыкания. Хотя металлизированные пленочные конденсаторы обладают перечисленными выше огромными преимуществами по сравнению с конденсаторами из металлической фольги, они также имеют следующие два недостатка:

Во-первых, стабильность емкости не так хороша, как у фольгированных конденсаторов. Это связано с тем, что металлизированные конденсаторы склонны к потере емкости и самовосстановлению в условиях длительной работы, что может привести к снижению емкости. Следовательно, при использовании в колебательном контуре, требующем высокой стабильности емкости, лучше использовать конденсаторы из металлической фольги.

Другим существенным недостатком является плохая способность выдерживать большие токи. Это связано с тем, что металлизированная пленка намного тоньше металлической фольги, и ее способность проводить большие токи слаба. Чтобы улучшить металлизированные пленочные конденсаторы, основными методами улучшения конденсаторных изделий являются: использование двусторонней металлизированной пленки в качестве электрода; Увеличить толщину металлизированного покрытия; Усовершенствованный процесс сварки металла на торце для снижения контактного сопротивления.

IV Меры предосторожности при использовании пленочных конденсаторов

1. Рабочее напряжение

Выбор пленочного конденсатора зависит от максимального приложенного напряжения и зависит от таких факторов, как форма волны приложенного напряжения, форма волны тока, частота, температура окружающей среды (конденсатор температура поверхности) и емкость. Перед использованием проверьте, соответствуют ли кривая напряжения, кривая тока и частота на обоих концах конденсатора (в высокочастотных случаях допустимое напряжение зависит от типа конденсатора, подробности см. в руководстве) в пределах номинального значения. ценить.

2. Рабочий ток

Импульсный (или переменный) ток через конденсатор равен произведению емкости C на скорость нарастания напряжения, т. е. I = C × дВ/дт. Из-за потери конденсатора, когда вы используете его при высокой частоте или высоком импульсе, импульсный (или переменный) ток через конденсатор вызовет нагрев конденсатора, что приведет к тепловому пробою (дым, огонь). Поэтому условия безопасного использования конденсаторов ограничиваются не только номинальным напряжением, но и номинальным током.

Считается, что номинальный ток состоит из импульсного тока (пикового тока, который ограничен индексом dV/dt) и постоянного тока (выраженного в размахе или действующем значении), который определяется режимом пробоя.

Для конденсаторов, используемых в условиях высокой частоты или высоких импульсов, мы рекомендуем полипропиленовые пленочные конденсаторы или ламинированные конденсаторы CL23B. Полипропиленовые пленочные высоковольтные конденсаторы серии CBB81/A/B выдают номинальный пиковый ток при коэффициенте заполнения (DUTY) 15%. Конденсаторы коррекции CBB21/A/B серии S рассчитаны на пиковый ток. В нормальных условиях не допускается превышение номинального пикового тока.

Когда фактическая форма волны рабочего тока отличается от заданной формы волны, обычно используются полиэфирные пленочные конденсаторы, когда их собственное повышение температуры составляет 10°C или менее, а полипропиленовые мембраны имеют собственное повышение температуры 5°C или менее. Температура поверхности конденсатора не должна превышать расчетную верхнюю предельную температуру.

3.  Соотношение преобразования эффективных значений различных сигналов

  

отношение различных сигналов  

4. Конденсатор для подавления электромагнитных помех источника питания

4.1 При использовании конденсаторов в перекрестных цепях источника питания для устранения помех может возникнуть не только нормальное напряжение, но и аномальное импульсное напряжение (например, грозовое), которое конденсатор может задымиться или загореться. Поэтому стандарты безопасности конденсаторов с перекрестными линиями имеют строгие правила в разных странах. Не допускается использование конденсаторов постоянного тока в качестве конденсаторов-перемычек.

4.2 Конденсаторы класса X для подавления электромагнитных помех источника питания

Подходит для случаев, когда отказ конденсатора не приведет к поражению электрическим током, и используется для подавления дифференциальных помех. Конденсаторы класса X делятся на три категории X1, X2, X3 (см. таблицу ниже).

 

Конденсаторы класса X  

4.3 Конденсаторы класса Y для подавления электромагнитных помех источника питания

Подходит для случаев, когда отказ конденсатора может привести к поражению электрическим током. Он используется для подавления синфазных помех и может быть заземлен. Конденсаторы класса Y делятся на четыре категории, такие как Y1, Y2, Y3, Y4 (см. таблицу ниже).

 

 

Конденсатор класса Y

5. Заряд и разряд конденсатора

повышения напряжения, даже низкого — Зарядка и разрядка напряжения могут привести к большому мгновенному току заряда и разряда, что может привести к повреждению конденсатора, например, к короткому замыканию или обрыву цепи. При зарядке и разрядке последовательно подключайте токоограничивающий резистор от 20 Ом/В до 1000 Ом/В, чтобы ограничить ток заряда и разряда в указанном диапазоне.

Если несколько тонкопленочных конденсаторов соединены параллельно для испытания на выдерживаемое напряжение или испытания на срок службы, подключите токоограничивающий резистор от 20 Ом/В до 1000 Ом/В или выше для каждого последовательно включенного конденсатора.

6. Огнестойкий

Несмотря на то, что во внешней упаковке пленочного конденсатора используется огнестойкий материал, огнестойкая эпоксидная смола или пластиковая оболочка, постоянная высокая температура или пламя снаружи все же могут деформировать сердечник конденсатора. и привести к растрескиванию внешней упаковки, что приведет к плавлению или возгоранию сердечника конденсатора.

7. Повышение температуры поверхности (△ T)

7.1 Когда конденсатор используется в переменном и импульсном режимах, ток, протекающий через конденсатор, заставляет его нагреваться. Слишком высокая температура может привести к короткому замыканию или даже перегоранию конденсатора. Поэтому ток, протекающий через конденсатор, не может превышать максимальное значение, указанное в каталоге продукции, и особенно необходимо следить за повышением температуры конденсатора при его нагрузке.

7.2 Метод измерения повышения температуры поверхности конденсатора показан на рисунке ниже. Тестируемый конденсатор должен быть подключен к рабочему переменному току, импульсному напряжению и рабочей частоте.

 

 

испытание конденсатора

8. Шум два противоположных электрода. Чем сильнее искажение формы сигнала напряжения и частоты через конденсатор, тем сильнее гудение. Но этот жужжащий звук не повредит конденсатор.

9. Требования к среде хранения

1. Из-за наличия в атмосфере гидрохлорида, гидросульфида, серной кислоты и т. д. продукт хранится в атмосфере, и необходимо учитывать, что паяемость свинца -out терминал будет ухудшаться.

2. Продукт не должен подвергаться воздействию высокой температуры и высокой влажности и должен храниться в следующих условиях: (при условии не вскрытия оригинальной упаковки)

Температура: не выше 35°C

Влажность: относительная влажность не более 80 %

Срок хранения (с даты, указанной на упаковке продукта или корпусе продукта):

Для сыпучих продуктов не более 24 месяцев.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *