Ток утечки конденсаторов: причины возникновения, влияние на работу и методы измерения

Что такое ток утечки конденсатора. Какие факторы влияют на величину тока утечки. Как ток утечки зависит от типа конденсатора. Каковы методы измерения тока утечки конденсаторов. Как минимизировать ток утечки в электронных схемах.

Что такое ток утечки конденсатора и почему он возникает

Ток утечки конденсатора — это небольшой электрический ток, протекающий через диэлектрик конденсатора при приложении к нему напряжения. Идеальный конденсатор не должен пропускать постоянный ток, однако реальные конденсаторы имеют некоторую проводимость диэлектрика, что и приводит к возникновению тока утечки.

Основные причины возникновения тока утечки в конденсаторах:

• Несовершенство диэлектрического материала
• Наличие примесей и дефектов в структуре диэлектрика
• Ионизация диэлектрика под действием электрического поля
• Старение и деградация диэлектрика со временем

Величина тока утечки зависит от многих факторов, включая тип конденсатора, его емкость, рабочее напряжение, температуру и время эксплуатации. Понимание природы и характеристик тока утечки очень важно при проектировании электронных схем.

Факторы, влияющие на величину тока утечки конденсаторов

На величину тока утечки конденсаторов оказывают влияние следующие ключевые факторы:

Тип диэлектрика

Различные диэлектрические материалы имеют разную проводимость, что напрямую влияет на ток утечки. Например:

• Керамические конденсаторы обычно имеют очень низкий ток утечки
• Электролитические конденсаторы характеризуются относительно высоким током утечки
• Пленочные конденсаторы занимают промежуточное положение

Рабочее напряжение

С увеличением приложенного напряжения ток утечки возрастает. Для большинства конденсаторов эта зависимость близка к линейной, но при приближении к пробивному напряжению рост тока утечки становится более резким.

Температура

Повышение температуры приводит к увеличению тока утечки. Это связано с ростом проводимости диэлектрика и усилением ионизационных процессов при нагреве. Для многих типов конденсаторов увеличение температуры на 10°C примерно удваивает ток утечки.

Зависимость тока утечки от типа конденсатора

Различные типы конденсаторов имеют существенно отличающиеся характеристики тока утечки:

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы отличаются очень низким током утечки, который обычно измеряется в наноамперах. Для них характерны следующие особенности:

• Ток утечки практически не зависит от времени
• Слабая зависимость от температуры
• Высокое сопротивление изоляции (до 10^12 Ом)

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы имеют относительно высокий ток утечки, который может достигать микроампер и даже миллиампер. Их особенности:

• Сильная зависимость тока утечки от времени
• Значительное влияние температуры
• Ток утечки увеличивается при длительном хранении без напряжения

Методы измерения тока утечки конденсаторов

Существует несколько основных методов измерения тока утечки конденсаторов:

Метод постоянного напряжения

Это наиболее распространенный метод, при котором:

1. К конденсатору прикладывается постоянное напряжение, равное номинальному
2. После заряда конденсатора измеряется установившееся значение тока
3. Измерение проводится через определенное время (обычно 1-5 минут) после подачи напряжения

Метод саморазряда

При этом методе:

1. Конденсатор заряжается до номинального напряжения
2. Отключается от источника питания
3. Измеряется скорость падения напряжения на конденсаторе
4. По скорости разряда рассчитывается ток утечки

Влияние тока утечки на работу электронных схем

Ток утечки конденсаторов может оказывать существенное влияние на работу электронных устройств:

• Снижение эффективности фильтрации в источниках питания
• Уменьшение времени хранения заряда в схемах памяти
• Искажение сигнала в аналоговых схемах
• Увеличение энергопотребления в батарейных устройствах

Особенно критичен ток утечки в следующих применениях:

• Прецизионные измерительные схемы
• Схемы выборки-хранения
• Интеграторы и фильтры низких частот
• Схемы с большим временем удержания заряда

Способы минимизации влияния тока утечки в электронных схемах

Для уменьшения негативного влияния тока утечки конденсаторов применяются следующие методы:

Выбор типа конденсатора

Для критичных к току утечки применений следует выбирать конденсаторы с минимальным током утечки, например:

• Керамические конденсаторы вместо электролитических
• Пленочные конденсаторы для прецизионных схем
• Специальные low-leakage версии электролитических конденсаторов

Схемотехнические решения

На уровне схемотехники можно применять следующие подходы:

• Использование операционных усилителей с малыми входными токами
• Применение схем компенсации тока утечки
• Периодическая перезарядка конденсаторов в схемах памяти

Оптимизация режимов работы

Правильный выбор режимов работы также помогает минимизировать ток утечки:

• Снижение рабочего напряжения конденсаторов
• Обеспечение оптимального температурного режима
• Ограничение времени хранения без напряжения для электролитических конденсаторов

Применение комплекса этих мер позволяет существенно снизить влияние тока утечки конденсаторов на работу электронных устройств и повысить их точность и надежность.

Утечка конденсатора

Конденсаторы постоянной и переменной емкости имеются практически в любом электронном приборе. Основные величины, характеризующие конденсатор, — это его емкость и рабочее напряжение. Общепринятой международной единицей измерения емкости является фарада Ф. Однако фарада как единица емкости очень велика и для практических целей мало пригодна. Оксидные конденсаторы полярны. Они хорошо работают в цепях постоянного и пульсирующего напряжения.

Поиск данных по Вашему запросу:

Утечка конденсатора

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Измеритель емкости электролитических конденсаторов с тестом на утечку
• Электролитические конденсаторы: особенности применения
• Электрический конденсатор
• Как выбрать конденсатор?
• Как проверить конденсатор?
• Как проверить конденсатор мультиметром
• Ток утечки конденсатора: причины и особенности
• Как проверить конденсатор: проверяем работоспособность конденсатора мультиметром

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как проверить конденсатор мультиметром и измерить его емкость

Измеритель емкости электролитических конденсаторов с тестом на утечку

Конденсаторы постоянной и переменной емкости имеются практически в любом электронном приборе. Основные величины, характеризующие конденсатор, — это его емкость и рабочее напряжение.

Общепринятой международной единицей измерения емкости является фарада Ф. Однако фарада как единица емкости очень велика и для практических целей мало пригодна. Оксидные конденсаторы полярны. Они хорошо работают в цепях постоянного и пульсирующего напряжения.

Вместе с тем выпускаются и неполярные оксидные конденсаторы с алюминиевыми и танталовыми фольговыми электродами. Чем больше емкость и номинальное напряжение, тем меньше допустимая амплитуда переменного тока. К особенностям оксидных конденсаторов относится и то, что в фильтрах выпрямителей их можно -применять лишь на частотах до Гц.

Оксидные конденсаторы имеют сравнительно низкое сопротивление изоляции. Используются они также для шунтирования резисторов в цепях катодов электронных ламп. Проверка исправности конденсаторов.

Если конденсатор большой емкости исправен, то при подключении к нему пробника стрелка прибора сначала резко отклонится вправо, причем отклонение это будет тем больше, чем больше емкость конденсатора, а затем относительно медленно начнет возвращаться влево и установится над одним из делений в начале шкалы.

Проверяя конденсатор этим способом, следует всегда обращать внимание на то, не превышает ли напряжение питания прибора допустимого напряжения конденсатора, иначе в конденсаторе может произойти пробой изоляции уже при проверке. К описанию способа измерения емкости электролитического конденсатора. Если утечка конденсатора мала, то щелчок будет слышен только при первом прикосновении к экранной сетке лампы, а все последующие прикосновения не будут сопровождаться щелчками.

Если же конденсатор имеет значительную утечку, то щелчком будет сопровождаться каждое прикосновение. Этим способом можно проверять конденсаторы емкостью от 50 пФ до 0,1 мкФ.

С помощью омметра или авометра в режиме измерения сопротивлений можно в случае необходимости определить полярность оксидного конденсатора типа К и др. При подключении к конденсатору прибор в. Прибор для проверки конденсаторов. Собрав схему рис.

Если после этого нажать кнопку, то конденсатор начнет разряжаться через вольтметр, причем напряжение на нем будет уменьшаться по экспоненциальному закону. Время, в течение которого напряжение достигнет 0,37 первоначального значения, называется постоянной времени Т. Емкость конденсатора в этом случае рассчитывают по формуле:. Т — постоянная времени, т. Простой прибор для проверки конденсаторов.

Для проверки конденсаторов емкостью от долей микрофарады до десятков микрофарад может быть использован также простой прибор, схема которого приведена на рис. Следует помнить также, что проверять этим способом низковольтные конденсаторы нельзя, так как напряжение, подаваемое на конденсатор, относительно высоко — от 90 до В.

Если конденсатор имеет утечку, лампа погасает медленно. Если конденсатор пробит, лампа светится не погасая. Процедура проверки остается прежней. Раздвигая и сдвигая витки спиральки, можно в небольших пределах регулировать емкость конденсатора.

Замена конденсаторов. Общая емкость двух конденсаторов при последовательном соединении может быть рассчитана по формуле:. Если конденсаторы соединены параллельно, то общая емкость равна сумме их емкостей.

Оксидные электролитические конденсаторы, имеющие полярные выводы, также могут быть включены и параллельно и последовательно. Однако при последовательном их включении всегда следует принимать дополнительные меры для предотвращения пробоя изоляции. Оксидные конденсаторы можно включать также встречно-последовательно рис. Таким образом соединенные конденсаторы могут работать в цепи переменного тока.

Способы включения оксидных конденсаторов:. Любительская Радиоэлектроника. Gainutdinov , — Все права защищены. Владелец данного сайта не несёт никакой ответственности за содержание расположенного здесь материала, а также за результаты использования информации, размещённой на этом сайте.

Электролитические конденсаторы: особенности применения

Ток утечки электролитических конденсаторов устанавливается примерно через 1 5 — 2 мин после включения их под напряжение. В момент включения он может быть значительно больше. Ток утечки электролитического конденсатора сильно зависит от времени с момента приложения напряжения до момента измерения рис. Ток утечки также зависит от приложенного напряжения увеличиваясь с ростом напряжения сначала медленно, а затем быстро рис. Ток утечки электролитических конденсаторов возрастает по мере увеличения температуры и может вызывать сильный разогрев конденсатора. Поскольку ток утечки электролитических конденсаторов сильно зависит от времени, прошедшего с момента наложения напряжения и величины наложенного напряжения, для получения сравнимых результатов следует производить измерения при вполне определенных условиях. По мере повышения температуры ток утечки электролитических конденсаторов резко возрастает и может, в свою очередь, вызвать сильный разогрев конденсатора.

Как проверить конденсатор самостоятельно, с помощью имеющихся Повышенный ток утечки – в связи с потерей диэлектрических.

Электрический конденсатор

Нужны еще сервисы? Архив Каталог тем Добавить статью. Как покупать? Одной из самых частых причин выхода радиоэлектронной аппаратуры из строя или ухудшения ее параметров является изменение свойств электролитических конденсаторов. Иногда при ремонте аппаратуры особенно произведенной в бывшем СССР , изготовленной с применением некоторых типов электролитических конденсаторов например, K Все это приходится делать из-за того, что свойства материалов, входящих в электролитический именно электролитический, так как в составе используется электролит конденсатор, под электрическим, атмосферным, тепловым воздействиями со временем изменяются. Вашему вниманию предлагается схема и пример конструкции измерителя емкости электролитических конденсаторов с тестом их на утечку. Сразу оговорюсь — оригинальная идея схемы не моя, а разработана [1], мною была исправлена одна ошибка, добавлена встроенная калибровка и тест на утечку конденсатора, разработан вариант конструкции и произведено изготовление с настройкой, испытаниями.

Как выбрать конденсатор?

Dongguan Xuansn Electronic Tech Co. Веб-сайт: xuanxcapacitors. Конденсатор 10uf25v низкой утечки настоящий характеристики и применения. Конденсатор с малым током утечки 10uf25v, с точки зрения тока утечки, алюминиевые электролитические конденсаторы предпочтительно имеют короткое время инвентаризации. Поскольку, когда алюминиевый электролитический конденсатор хранится в долговременном свободном от напряжения состоянии без какого-либо применения, ионы хлорида в электролите вызывают наибольшее повреждение диэлектрической пленки оксида алюминия, в результате чего ток утечки будет выше, чем нормальное значение.

Ток утечки конденсаторов зависит от типа конденсатора и составляет несколько микроампер у электролитических конденсаторов и десятки наноампер у металлобумажных; он еще меньше у керамических конденсаторов. Поэтому обычно электролитические конденсаторы в интеграторах не применяются.

Как проверить конденсатор?

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах. Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников, разделенных непроводником диэлектриком , упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше [3]. Конденсатор является пассивным электронным компонентом [4]. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин называемых обкладками , разделённых диэлектриком , толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок см. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами из-за намотки.

Как проверить конденсатор мультиметром

Исправность электролитических конденсаторов проверяют внешним осмотром и измерением сопротивления утечки. После осмотра конденсатора проверяют контактный узел вывода. Выполняют это приложением к контактному лепестку или к проволочным выводам небольшого усилия, направленного по оси вывода. Растяжение узла не должно вызывать появления каких-либо повреждений. Электрические испытания заключаются в наблюдении за зарядом конденсатора ог гальванических элементов, питающих омметр, и измерении сопротивления утечки конденсатора см. Если же конденсатор потерял емкость или имеет значительную утечку, то в первом случае стрелка прибора почти не отклоняется вправо, во втором — отклоняется до нуля или почти до нуля, а затем устанавливается против отметки, расположенной на участке 0 шкалы.

Su’scon — высокое качество Тайваня с высотой 7 мм и низким током утечки, конденсатор емкостного конденсатора RADIAL для 85 ° C производителя и с .

Ток утечки конденсатора: причины и особенности

Утечка конденсатора

Конденсатор является наиболее распространенным компонентом в электронике и используется почти во всех электронных устройствах. Есть много типов конденсаторов, доступных на рынке для различных целей в любой электронной схеме. Они доступны во многих различных значениях емкости от 1 пикофарадного до 1-фарадного конденсатора и суперконденсатора ионистора. Конденсаторы также имеют различные типы характеристик, такие как рабочее напряжение, рабочая температура, допуск на номинальное значение и ток утечки.

Как проверить конденсатор: проверяем работоспособность конденсатора мультиметром

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как проверить электролитический конденсатор мультиметром!!!

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Задача по физике 1 ставка. Провод КСПВ, вопрос к электрикам 1 ставка. Мощность рассеивания транзистора?

Войти через.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. Ток утечки — 2. Источник: ГОСТ Часть 1. ГОСТ Конденсаторы. Термины и определения оригинал документа: Анод конденсатора D.

Нужны еще сервисы? Архив Каталог тем Добавить статью. Как покупать?

Ток — утечка — конденсатор

Cтраница 1

Ток утечки конденсаторов зависит от типа конденсатора и составляет несколько микроампер у электролитических конденсаторов и десятки наноампер у металлобумажных; он еще меньше у керамических конденсаторов. Поэтому обычно электролитические конденсаторы в интеграторах не применяются.  [1]

Ток утечки конденсаторов в миллиамперах не превышает значения, определяемого формулой / КС ( У-Ю-3 т, где С — номинальная емкость в микрофарадах, U — рабочее напряжение в вольтах. У конденсаторов КЭ и ЭГЦ коэффициент т равен 0 2 для емкостей до 5 мкф; 0 1 для емкостей от 8 до 50 мкф и нулю для емкостей больших 50 мкф. Коэффициент / С равен 0 1 при температуре 20 С и 0 3 при температуре 60 С. Коэффициент К равен 0 2 при температуре 20 С и 0 5 при температуре 60 С.  [2]

Электролитический тан-таловый конденсатор с объемно-пористы. м анодом.  [3]

Ток утечки конденсаторов ЭТО на номинальные рабочие напряжения 4 — 15 в при 20 С 0 1 — 2 мка, а на большие рабочие напряжения не превышает 3 мка.  [4]

Как различаются токи утечки конденсаторов и период регенерации для элементов памяти на рис. 9.9 и 9.10 при одной и той же емкости запоминающих конденсаторов.  [5]

С-связи вследствие тока утечки конденсатора связи на вход второго каскада попадает постоянная составляющая напряжения, величина которой пропорциональна току утечки.  [6]

Схема генератора, стабилизированного кварцем.| Схема генератора с избирательной ЯС-цепью.  [7]

При этом увеличиваются токи утечки конденсатора и активное сопротивление обмоток дросселя, добротность контура снижается.  [8]

При этом увеличиваются токи утечки конденсатора и активные сопротивления обмоток, что снижает добротность контура.  [9]

Сопротивление изоляции и ток утечки конденсаторов одного типа и одинакового номинала могут отличаться от указанных в ГОСТ в сторону увеличения на один-два порядка. Это надо учитывать при последовательном соединении нескольких конденсаторов, если прикладываемое к ним напряжение превышает номинальное напряжение каждого из них. Дело в том, что прикладываемое напряжение распределяется между последовательно соединенными конденсаторами пропорционально сопротивлению изоляции каждого из них. Поэтому на конденсаторе, имеющем наиболее высокое сопротивление изоляции, может появиться напряжение, превышающее его номинальное, и он будет пробит, что приведет, в свою очередь, к пробою и остальных конденсаторов.  [10]

Как известно, ток утечки конденсаторов типа ЭФ при длительном их хранении сильно возрастает. Использование для этой цели гальванических батарей крайне нецелесообразно, тел более что восстановление свойств конденсатора при питании от выпрямителя происходит быстрее, особенно при периодическом заряде и разряде.  [11]

Сопротивление изоляции характеризует величину тока утечки конденсатора при заданной величине подводимого напряжения. Сопротивление изоляции выражается в мегомах пли в Мом: мкф.  [12]

Измерение сопротивления изоляции дросселя и тока утечки конденсатора фильтра лроводится в лабораторных условиях персоналом службы главного энергетика.  [13]

Ори использовании конденсаторов типа МПГТ и ПГСМ составляющей тока утечки конденсатора можно пренебречь, поскольку величина саморазряда таких емкостей не превышает 2 за сутки. Специально разработанный для запоминающего устройства усилитель имеет коэффициент передачи около 0 99 и входной ток порядка IO-IIa. Уменьшение входного тока обеспечивается снижением анодного тока и напряжения накала входной лампы, что возможно благодаря сочетанию в усилителе лампы и трехкаскадного полупроводникового усилителя тока. Применение полупроводников обеспечивает достаточно продолжительный срок службы устройства и позволяет согласовать его с низкоомной ( до 10 ом) нагрузкой. Использование согласующего усилителя, включенного по потенциометрической схеме позволяет производить операцию интегрирования с длительным запоминанием результата, что затруднено при использовании обычных GST3T в интегрирующем режиме из-за дрейфа нуля усилителя и большего, чем в разработанном усилителе, входного тока.  [14]

Схема включения запоминающего устройства в режим интегрирования.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Характеристики тока утечки конденсаторов

Конденсаторы, как и другие электронные компоненты, изготавливаются из несовершенных материалов. Несовершенства и дефекты этих материалов существенно влияют на электрические характеристики конденсаторов. Некоторые из параметров, определяемых этими дефектами и несовершенствами, включают импеданс, коэффициент рассеяния, индуктивное реактивное сопротивление, эквивалентное последовательное сопротивление и ток утечки. При проектировании электронной схемы необходимо учитывать характеристики тока утечки конденсаторов.

Ток утечки постоянного тока является одной из ключевых характеристик, которые следует учитывать при выборе конденсатора для вашей конструкции. Другие важные параметры включают рабочее напряжение, номинальную емкость, поляризацию, допуск и рабочую температуру. Основные определения тока утечки и его обратное значение — сопротивление изоляции можно найти в следующей статье здесь.

Ток утечки и его влияние на характеристики конденсаторов

Проводящие пластины конденсатора разделены диэлектрическим материалом. Этот материал не обеспечивает идеальной изоляции и допускает утечку тока через него. Ток утечки постоянного тока относится к этому небольшому току, который протекает через конденсатор при подаче напряжения. Величина этого тока в основном зависит от приложенного напряжения, температуры конденсатора и периода заряда.

Величина тока утечки варьируется от одного типа конденсатора к другому в зависимости от характеристик диэлектрического материала и конструкции. Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют большой ток утечки, а керамические, фольговые и пленочные конденсаторы имеют малый ток утечки. Очень малый ток утечки обычно называют «сопротивлением изоляции».

В электронных схемах конденсаторы используются для самых разных целей, включая развязку, фильтрацию и связь. Для некоторых применений, таких как системы электропитания и системы связи усилителей, требуются конденсаторы с малыми токами утечки. Алюминиевые электролитические конденсаторы и танталовые конденсаторы имеют высокие токи утечки и, как правило, не подходят для таких применений. Пластиковые и керамические конденсаторы имеют меньшие токи утечки и обычно используются для связи и хранения.

Ток утечки в зависимости от сопротивления изоляции

Диэлектрические материалы, используемые в конденсаторах, не являются идеальными изоляторами. Небольшой постоянный ток может протекать или «просачиваться» через диэлектрический материал по разным причинам, характерным для каждого диэлектрика. В результате, когда конденсатор заряжается до определенного напряжения, он медленно теряет свой заряд. Когда он теряет заряд, напряжение между электродами конденсатора падает.

Ток утечки (DCL) и сопротивление изоляции (IR) находятся в простой математической зависимости друг от друга:

R (IR) = V / I (DCL) или I (DCL) = V / R (IR)

Поскольку значения взаимосвязаны, использование терминов ток утечки и сопротивление изоляции будет варьироваться в зависимости от диэлектрический тип. Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют относительно большую утечку, которая поэтому называется током утечки. В качестве альтернативы, пластиковые пленочные или керамические конденсаторы имеют очень малый ток утечки, поэтому эффект измеряется сопротивлением изоляции. См. рис. 1. обзор IR на наиболее распространенных типах конденсаторов с диэлектриком.

Как правило, сопротивление изоляции имеет тенденцию к уменьшению при более высоких значениях емкости. Из практических соображений сопротивление изоляции может быть выражено в мегаомах при низких значениях емкости и в ом-фарадах (соответствует секундам) при более высоких значениях емкости. Выражение Ом-Фарад позволяет использовать одну цифру для описания характеристик изоляции данного семейства компонентов в широком диапазоне значений емкости. Ток утечки также зависит от температуры. С повышением температуры увеличивается и ток утечки.

Рисунок 1. Значения типов конденсаторов по отношению к сопротивлению диэлектрической изоляции (IR)

Токи утечки DCL в электролитических конденсаторах также упоминаются в статье здесь.

Зависимость тока утечки от времени

Поведение при зарядке/разрядке

состояние заряда относительно его конечного значения, последовательное сопротивление и собственная емкость. Произведение сопротивления и емкости называется постоянной времени (I = R x C) цепи. Фактически это время, необходимое для зарядки конденсатора на 63,2% от разницы между начальным значением и конечным значением. Следовательно, зависимость заряда от времени соответствует кривой, показанной на рисунке 2. В течение этого времени зарядный ток следует красной кривой, также показанной на рисунке 2.

Рисунок 1. Кривые зарядки и разрядки конденсатора

Заряд конденсатора в любой момент времени t рассчитывается по следующему уравнению:
Q = C x V x [1 – e-t/RC]

согласно уравнению:
I = V/R x e-t/RC
Где e = 2,7182818, так называемое «натуральное число» или основание натурального логарифма, ln(x).

Токи утечки некоторых конденсаторов зависят от времени. В момент подачи напряжения на конденсатор ток достигает своего пика. Возникновение этого пикового тока зависит от конструкции конденсатора. В случае алюминиевого электролитического конденсатора это формообразующая характеристика конденсатора и внутреннее сопротивление источника напряжения. Когда конденсатор заряжается, его ток утечки со временем падает до почти постоянного значения, называемого рабочим током утечки. Этот небольшой ток утечки зависит как от температуры, так и от приложенного напряжения.

Некоторые конденсаторные технологии, такие как алюминиевые, танталовые и пленочные конденсаторы, обладают свойствами самовосстановления. Процесс самовосстановления может оказывать существенное влияние на токи утечки конденсаторов, в то время как точные механизмы могут зависеть от типа конденсаторной технологии. Зависимость токов утечки от времени также обусловлена ​​типом диэлектрического материала и его структурой. Другие параметры, определяющие значение этого малого тока, включают тип электролита, емкость и формирующее напряжение анода. Ток утечки керамического конденсатора не меняется со временем.

Зависимость тока утечки от температуры

Ток утечки конденсатора зависит от температуры. Уровень зависимости варьируется от одного типа конденсаторов к другому. Для алюминиевого электролитического конденсатора повышение температуры увеличивает скорость химической реакции. Это приводит к увеличению тока утечки.

По сравнению с керамическими конденсаторами танталовые конденсаторы имеют большие токи утечки. Постоянный ток утечки танталового конденсатора увеличивается с повышением температуры. Токи утечки танталовых конденсаторов немного увеличиваются, когда они хранятся в условиях высокой температуры. Это небольшое увеличение тока утечки носит временный характер и устраняется приложением номинального напряжения на несколько минут. Кроме того, ток утечки танталового конденсатора немного увеличивается, когда компонент подвергается воздействию высокой влажности. Формирование напряжения помогает обратить вспять это временное увеличение тока утечки.

Керамические и пленочные конденсаторы имеют малые токи утечки по сравнению с электролитическими конденсаторами. Для многослойных керамических конденсаторов (MLCC) собственные токи утечки увеличиваются экспоненциально с ростом температуры. Сопротивление изоляции пленочного конденсатора определяется свойствами диэлектрического материала. Для этого типа конденсатора повышение температуры вызывает уменьшение сопротивления изоляции и увеличение тока утечки.

Зависимость тока утечки от напряжения

Постоянный ток утечки конденсатора сильно зависит от приложенного напряжения. Для алюминиевых электролитических конденсаторов этот ток увеличивается с ростом рабочего напряжения. Когда рабочее напряжение превышает номинальное напряжение и приближается к формирующему напряжению, ток утечки увеличивается экспоненциально. Когда напряжение, подаваемое на алюминиевый электролитический конденсатор, превышает импульсное напряжение, усиливается тенденция к повышению температуры, деградации электролита, образованию избыточного газа и другим вторичным реакциям. По этой причине эксплуатация алюминиевого электролитического конденсатора выше номинального напряжения недопустима. Постоянный ток утечки алюминиевого электролитического конденсатора резко падает, когда приложенное напряжение падает ниже номинального.

Ток утечки алюминиевого электролитического конденсатора увеличивается, если компонент хранится в течение длительного периода времени. Такие конденсаторы восстанавливаются до первоначальных характеристик путем восстановления. Процесс включает подачу номинального напряжения на конденсатор примерно на полчаса.

Для керамических конденсаторов собственные токи утечки сильно зависят от напряжения. Увеличение напряжения приводит к сверхлинейному увеличению собственного тока утечки. Сопротивление изоляции керамического конденсатора не зависит от напряжения.

Мифы о DCL

Есть несколько распространенных мифов, связанных с током утечки DCL конденсаторов, которые можно услышать и сегодня:

Миф 1: Ток утечки IR/DCL возникает из-за трещин в диэлектрике .

Это была одна из первых воображаемых теорий о том, почему диэлектрики имеют ток утечки без детального понимания физических механизмов внутри изоляторов. Действительно, трещины и «несовершенства» диэлектрической структуры могут быть причиной увеличения тока утечки и катастрофических отказов отдельных «неисправных» компонентов. С другой стороны, это может быть не основной проблемой для основного уровня тока утечки — мы должны понимать механизмы физической проводимости, которые имеют место в диэлектрике конкретной конденсаторной технологии.

Подробное описание механизмов проводимости выходит за рамки данной лекции, но давайте упростим его, что в конденсаторе проводимость через диэлектрик может складываться из трех основных механизмов (все три характерны для электролитических конденсаторов):

• Омическая проводимость
• Механизм Пула Франкеля – его можно представить как электрон или дырки, «прыгающие» через ловушки во внутреннем объеме диэлектрика
• Туннелирование 9Механизм 0008 – это опасная зона, которая должна происходить выше рабочего напряжения. При высокой напряженности электрического поля электроны/дырки ускоряются, чтобы преодолеть все барьеры с риском лавинного эффекта и катастрофического выхода из строя детали, приводящего к короткому замыканию. Таким образом, мы можем предположить, что это основной механизм электрического пробоя. Металлические электроды могут иметь некоторые субоксидные слои, которые являются полупроводниковыми, а также электролит в электролитических конденсаторах может проявлять довольно полупроводниковое поведение — поэтому на самом деле во многих случаях на конденсаторах мы сталкиваемся не с простыми структурами металл-изолятор-металл, а с более сложными Системы металл-изолятор-полупроводник, где барьеры на границе раздела могут играть ведущую роль в общих значениях тока утечки DCL.

  Миф 2: ток утечки IR/DCL является мерой надежности компонента

  Этот распространенный миф на самом деле связан с мифом 1, так как предполагалось, что деталь с более высоким током утечки также имеет большее количество трещин и, следовательно, это представляет более высокий риск надежности.

  Как мы узнали из приведенного выше описания мифа 1, фактический ток утечки «стандартного» конденсатора обусловлен механизмами его диэлектрической проводимости и конструкцией (согласование электрических потенциалов). DCL конденсаторов, произведенных статистически нормально, не является мерой надежности, и много раз подтверждалось, что скрининг хвостового распределения DCL не улучшает основные показатели надежности.

  ОДНАКО, Изменение DCL , так как устойчивость конструкции к внешним нагрузкам может быть мерой надежности. Существует ряд проверенных методов скрининга, которые являются частью спецификаций (MIL, ESA) или применяются производителями внутри компании в качестве ноу-хау, когда применяется определенное (термо) механическое и электрическое напряжение с последующим скринингом DCL для повышения уровня надежности и сортировки. вне подозрительных частей.

  Практический пример: Довольно часто приходилось слышать, что ток утечки на танталовых твердоэлектролитных конденсаторах с электродом из MnO2 возникает из-за трещин в диэлектриках. Когда был разработан проводящий полимерный электрод, он заменил твердый электролит MnO2, но DCL увеличился в 10 раз. Это вызывает естественные вопросы: почему DCL увеличился, когда диэлектрик идентичен, а мы заменили только материал электролита? Значит ли это, что надежность полимерного типа в десять раз хуже? …конечно, это неправда, ответ в том, что мы заменили один полупроводниковый электролит на другой и повлияли на электрические барьеры, которые теперь «более открыты» и пропускают через него больше электронов/дырок. Но это естественный этап строительства конденсатора, не влияющий напрямую на его надежность. Сколько раз я еще слышу сегодня, что трещины являются основной причиной токов утечки в конденсаторах… Это цитируется в литературе и до сих пор копируется и вставляется многими авторами без какого-либо более глубокого понимания.

  Понимание тока утечки конденсатора

  Анализ тока утечки конденсаторов в цепи интеллектуальных устройств и выбор альтернативных компонентов для уменьшения утечки могут позволить интеллектуальным устройствам прослужить дольше.

  Распространение Интернета вещей привело к росту спроса на интеллектуальные устройства, такие как датчики или исполнительные механизмы, которые имеют автономный источник питания или могут работать в течение длительного времени, до нескольких лет, от источника энергии размером с монету. Искусство сверхмаломощного проектирования быстро стало чрезвычайно сложным, начиная от системы сбора энергии или управления батареями и заканчивая антенной, отключая любые подсистемы, когда они не нужны, и получая максимум от каждого джоуля.

  Несмотря на энергосберегающую схему и дизайн программного обеспечения, утечка конденсатора может помешать вашей борьбе за то, чтобы доступных миллиампер-часов хватило на достаточно долгое время. Несколько конденсаторов обычно необходимы для стабилизации питания от системы сбора энергии или преобразователя постоянного тока, и при зарядке они ведут себя как дырявые ведра, которые постоянно позволяют небольшому количеству заряда рассеиваться, тратя впустую драгоценную энергию.

  Несмотря на то, что ток утечки составляет всего несколько микроампер, он может быть сравним с величиной, которую вы могли бы предпринять, чтобы отвлечь, скажем, от микроконтроллера с помощью сложного использования режимов энергосбережения. Имеет смысл проанализировать ток утечки конденсаторов в цепи и рассмотреть возможность выбора альтернативных компонентов для его уменьшения.

  Возможности для экономии
  На рис. 1 показана сеть накопительных конденсаторов, рекомендованная для эталонной конструкции ИК-датчика, опубликованная TI, состоящая из пяти конденсаторов. Десятилетняя работа без обслуживания является общей целью для этого типа продуктов, но плохо подобранные конденсаторы могут потреблять больше тока, чем плоская круглая батарея может обеспечить в течение 10 лет.

  Рис. 1. Энергия батареи может теряться из-за фильтрующих и стабилизирующих конденсаторов.

  Аналогичным образом, в системе сбора энергии для управления приложением требуется большая емкость, которая рассчитывается на основе среднего энергопотребления. Небольшая часть энергии, собираемой механизмом сбора, таким как солнечный элемент или модуль Пельтье, сохраняется в конденсаторах и теряется по мере их разрядки с течением времени.

  Выбор технологии

  Выбор правильной технологии, номинального напряжения и значения емкости может существенно повлиять на количество энергии, теряемой из-за утечки. Давайте взглянем на керамические конденсаторы (MLCC), которые широко используются для фильтрации помех источника питания и обеспечения резервной энергии, чтобы компенсировать перебои в подаче питания или обеспечить правильное отключение. Поскольку ток утечки невелик, эффект измеряется сопротивлением изоляции устройства: более высокое сопротивление изоляции означает меньшую утечку.

  MLCC состоит из нескольких параллельных пластин, разделенных керамическим диэлектриком. Как правило, желательно максимально возможное значение емкости при наименьшем возможном размере корпуса. Производители конденсаторов разработали тонкие диэлектрические слои, мелкие частицы и технологии прецизионного ламинирования, чтобы увеличить емкость в пределах ограничений размера стандартных размеров корпуса SMD. С другой стороны, для достижения более высокого номинального напряжения необходимы более толстые диэлектрические слои: увеличение номинального напряжения увеличивает сопротивление изоляции и, следовательно, уменьшает утечку, хотя емкость также снижается, если размер корпуса остается прежним.

  Мы можем видеть, как толщина диэлектрика, приложенное напряжение и подвижность электронов влияют на ток утечки. Электрическое поле внутри конденсатора воздействует на заряженные частицы силой:

  F = E*q = U/d * q

  Эта сила управляет потоком электронов внутри устройства, что составляет ток утечки. Для данного приложенного напряжения ясно, что сила F и, следовательно, ток утечки будут увеличиваться по мере уменьшения толщины диэлектрика d.

  Еще один способ связать емкость с размером корпуса с помощью уравнения:

  Мы можем видеть, что если мы хотим сохранить ту же емкость при уменьшении площади (например, от 0812 до 0402), то мы можем либо уменьшить толщину диэлектрика, либо увеличить количество слоев. Наиболее вероятным подходом является использование комбинации обоих. В целом, мы видим, что уменьшение размера конденсатора по своей сути увеличивает утечку.

  Мы также должны учитывать изменение утечки в зависимости от температуры. Поскольку подвижность заряженных частиц увеличивается с температурой, то же самое происходит и с утечкой. На практике утечка MLCC увеличивается более чем в семь раз при температуре от комнатной до 45°C.

  Расчет тока утечки
  Расчет тока утечки позволяет оценить его влияние на время работы батареи. Обратите внимание, что сразу после подачи напряжения ток, первоначально протекающий в конденсаторе, включает зарядный ток и токи диэлектрической абсорбции, а также ток утечки. По мере того, как зарядный ток и токи поглощения затухают, протекающий ток сходится к току утечки.

  В техническом паспорте керамического конденсатора указано гарантированное минимальное сопротивление изоляции или предел сопротивления изоляции в Ом-Фарадах (Ом-Ф) в зависимости от размера корпуса и значения емкости. Чтобы рассчитать сопротивление изоляции для данного конденсатора, просто найдите указанное значение Ом-Фарад для устройства и разделите его на значение емкости. Затем ток утечки при рабочем напряжении можно рассчитать, применив закон Ома:

  Рассмотрим этот пример при использовании 10 коммерческих X7R MLCC емкостью 47 мкФ для фильтрации шины питания при рабочем напряжении 5 В. Техническое описание гарантирует сопротивление изоляции 500 МОм.мкФ для этого устройства:

  Затем можно рассчитать утечку постоянного тока для массива из 10 конденсаторов:

  Танталовые конденсаторы
  Танталовые конденсаторы характеризуются высоким объемным КПД, низким уровнем шума, и стабильность во времени, что делает их отличным выбором для устройств IoT с ограниченным энергопотреблением, которые должны работать без обслуживания в течение длительного срока службы.

  Для этих типов конденсаторов оценка постоянного тока утечки несколько проще, чем для керамических конденсаторов. В техническом описании ток утечки постоянного тока выражается напрямую как доля значения емкости и напряжения. Для стандартной серии конденсаторов MnO2 KEMET T491 это выражение:

  DCL = 0,01 x C x V

  Следовательно, для емкости 470 мкФ при приложенном напряжении 5 В, сравнимом с предыдущим примером, утечка постоянного тока составляет:

  DCL = 0,01 x C x V = 0,01 x 470 x 5 = 23,5 мкА

  Для серии KEMET T489, разработанной специально для обеспечения малых утечек, используется выражение:

  DCL = 0,0075 x C x V = 0,0075 x 470 x 5 = 17,6 мкА устройств T489 может значительно снизить ток утечки.

  В танталовых конденсаторах ток утечки сильно зависит от отношения номинального приложенного напряжения к номинальному напряжению из-за связи между номинальным напряжением и толщиной диэлектрика. График на рисунке 2 показывает, как ток утечки значительно снижается, когда приложенное напряжение намного ниже номинального напряжения.

  Рисунок 2. Типичное изменение утечки постоянного тока в зависимости от отношения приложенного напряжения к номинальному напряжению.

  Использование конденсатора с номинальным напряжением, в 10 раз превышающим приложенное напряжение, может снизить утечку постоянного тока в 50 раз. Разработчики могут воспользоваться этим в цепях, где требуется очень низкий ток утечки, за счет увеличения в размере устройства.

  Обратите внимание, что утечка также зависит от температуры, поэтому это также следует учитывать при расчете влияния на энергетический баланс системы.

  Утечка постоянного тока конденсатора является важным аспектом проектирования

  Явление утечки постоянного тока конденсатора важно учитывать при проектировании сверхмаломощных систем или устройств, которые должны работать в течение длительного времени без подзарядки или замены батареи. Примеры включают датчики PIR или системы сбора энергии, которым требуется большая емкость для поддержания стабильной подачи энергии в систему.