Erot elektrolyyttisten kondensaattorien ja kalvokondensaattorien välillä

Kond -d -d -d -d -densaattor - - - - - - - -it ovat ratkaisevia komponentteja erilaisissa elektronisissa ja sähköpiirissä, ja niiden merkitys on energian varastoinnissa, jännitteen stabiloinnissa ja suodatuksessa. Erityyppisistä kondensaattorista, elektrolyyttiset kondensaattorit ja elokuvan kondensaattorit käytetään laajasti, mutta ne eroavat merkittävästi rakenteen, suorituskyvyn ja sovellusten suhteen. Tässä blogissa tutkimme paitsi keskeisiä eroja, myös sukellamme joihinkin teknisiin laskelmiin ymmärtääksemme heidän käyttäytymisensä paremmin piireissä.

1. R - - - -akennus- ja dielektriset materiaalit

• Elektrolyyttiset kondensaattorit-
  Elektrolyyttiset kondensaattorit rakennetaan käyttämällä kahta johtavaa levyä (yleensä alumiini tai tantaali), oksidikerroksen ollessa dielektrisenä. Toinen levy on tyypillisesti neste- tai kiinteä elektrolyytti. Oksidikerros tarjoaa korkean kapasitanssin tilavuusyksikköä kohti erittäin ohuesta rakenteestaan ​​johtuen. Nämä kondensaattorit ovat polarisoituneet, mikä vaatii oikean napaisuuden piirissä.

• Elokuvan kondensaattorit-
  Kalvokondensaattorit hyödyntävät ohuita muovikalvoja (kuten polypropeenia, polyesteriä tai polykarbonaattia) dielektrisenä materiaalina. Nämä kalvot haavoitetaan tai pinotaan kahden metalloituneen kerroksen väliin, jotka toimivat levyinä. Kalvokondensaattorit eivät ole polaarisia, mikä tekee niistä käyttökelpoisia sekä EräsC- että DC-piireissä.

2. Kapasitanssilaskelma

Kapasitanssi ( $C$ ) rinnakkaislevyn kondensaattorin, joka koskee sekä elektrolyyttisiä että kalvokondensaattoreita, annetaan kaava-

$$C = \frac{\ varepsilon_0 \ varepsilon_r Eräs}{d}$$

Jossa-

• $C$ = kapasitanssi (Farads, F)

• $\varepsilon_0$ = vapaan tilan sallitus ( $8.854 \times 10^{-12}$ F/m)

• $\varepsilon_r$ = dielektrisen materiaalin suhteellinen sallivuus

• $A$ = Levyjen pinta -ala (m²)

• $d$ = Levyjen välinen etäisyys (m)

Esimerkkilaskelma - Elektrolyyttisen kondensaattorin oksididielektrisellä ( $\ varepsilon_r = 8,5$ ), levyalueella $10^{-4} \, \text{m}^2$ ja erottelu $10^{-6} \, \text{m}$ -

$$C = \frac{8.854 \times 10^{-12} \times 8.5 \times 10^{-4}}{10^{-6}} = 7.53 \times 10^{-9} \, \text{F} = 7.53 \, \text{nf}$$

Kalvokondensaattorille, joka käyttää polypropeenia ( $\ varepsilon_r = 2,2$ ), sama levyalue ja dielektrinen paksuus $10^{-6} \, \text{m}$ -

$$C = \frac{8.854 \times 10^{-12} \times 2.2 \times 10^{-4}}{10^{-6}} = 1.95 \times 10^{-9} \, \text{F} = 1.95 \, \text{nF}$$

Kuten laskelma osoittaa, elektrolyyttiset kondensaattorit tarjoavat huomattavasti suuremman kapasitanssin samalle levyalueelle ja dielektriselle paksuudelle johtuen oksidimateriaalin korkeammasta suhteellisesta sallivuudesta.

3. Vastaava sarjankestävyys (ESR)

• Elektrolyyttiset kondensaattorit -

  Elektrolyyttiset kondensaattorit ovat yleensä korkeammat Vastaava sarjankestävyys (ESR) Verrattuna kalvon kondensaattoreita. ESR voidaan laskea seuraavasti-

$$ESR = \frac{1}{2 \pi f C Q}$$

Jossa :

• $f$ = toimintataajuus (Hz)

• $C$ = kapasitanssi (f)

• $Q$ = laatukerroin

Elektrolyyttisissä kondensaattoreilla on usein ESR -arvot välillä 0,1 useisiin ohmiin niiden sisäisen vastus- ja elektrolyytihäviöiden vuoksi. Tämä korkeampi ESR tekee niistä vähemmän tehokkaita korkeataajuisissa sovelluksissa, mikä johtaa lisääntyneeseen lämmön hajoamiseen.

• Elokuvan kondensaattorit :

  Kalvokondensaattoreilla on tyypillisesti erittäin alhainen ESR, usein Milliohm-alueella, mikä tekee niistä erittäin tehokkaita korkeataajuisiin sovelluksiin, kuten suodatus- ja kytkentävirtalähteisiin. Alempi ESR johtaa minimaaliseen tehonhäviöön ja lämmöntuotantoon.

ESR -esimerkki :
Elektrolyyttisen kondensaattorin kanssa $C = 100 \, \ mu f$ , toimii $f = 50 \, \text{Hz}$ ja laatukerroin $Q = 20$ :

$$ESR = \frac{1}{2 \pi \times 50 \times 100 \times 10^{-6} \times 20} = 0.159 \, \Omega$$

Elokuvakondensaattorille, jolla on sama kapasitanssi ja toimintataajuus, mutta korkeampi laatukerroin $Q = 200$ :

$$ESR = \frac{1}{2 \pi \times 50 \times 100 \times 10^{-6} \times 200} = 0.0159 \, \Omega$$

Tämä osoittaa, että elokuvan kondensaattoreilla on paljon alhaisempi ESR, mikä tekee niistä sopivimpia korkean suorituskyvyn, korkean taajuuden sovelluksiin.

4. Ripple -virran ja lämmönvakaus

• Elektrolyyttiset kondensaattorit :
  Elektrolyyttisten kondensaattoreiden tiedetään olevan rajoitettu aaltovirran käsittelyominaisuudet. Ripple -virta tuottaa ESR: stä johtuvaa lämpöä, ja liiallinen aaltoilu voi aiheuttaa elektrolyytin haihtumisen, mikä johtaa kondensaattorin vikaantumiseen. Ripple -virran luokitus on tärkeä parametri, etenkin virtalähteissä ja moottorin käyttöpiirissä.

  Ripple -virta voidaan arvioida kaavan avulla:

$$P_{\text{menetys}} = Minä_{\text{kietous}}^2 \times ESR$$

Jossa:

• $P_{\text{menetys}}$ = Tehon menetys (watts)

• $I_{\text{ripple}}$ = Ripple -virta (ampeerit)

Jos aaltovirta 100 uf: n elektrolyyttisessä kondensaattorissa, jonka ESR on 0,1 ohmia, on 1 A:

$$P_{\text{loss}} = 1^2 \times 0.1 = 0.1 \, \text{W}$$

• Elokuvan kondensaattorit:

  Kalvokondensaattorit, joilla on alhainen ESR, pystyvät käsittelemään korkeampia aaltovirtauksia, joilla on vähän lämmöntuotantoa. Tämä tekee niistä ihanteellisia vaihtovirtasovelluksiin, kuten snubber -piireihin ja moottorin juoksukondensaattoreita, joissa tapahtuu suuria virranvaihteluita.

5. Jännitteen luokitus ja erittely

• Elektrolyyttiset kondensaattorit:
  Elektrolyyttisissä kondensaattoreilla on yleensä alhaisemmat jänniteluokitukset, tyypillisesti välillä 6,3 V - 450 V. Ylijännite voi johtaa dielektriseen hajoamiseen ja mahdolliseen vikaan. Heidän rakenteensa tekee niistä alttiimpia oikosulkuille, jos oksidikerros on vaurioitunut.

• Elokuvan kondensaattorit:
  Kalvokondensaattorit, etenkin polypropeenidielektriset, pystyvät käsittelemään paljon suurempia jännitteitä, ylittäen usein 1 000 V. Tämä tekee niistä sopivia korkeajännitteisiin sovelluksiin, kuten DC-Link-piireihin, joissa jännitteen stabiilisuus on kriittistä.

6. elinajanodote ja luotettavuus

• Elektrolyyttiset kondensaattorit:
  Lämpötila, aaltovirta ja käyttöjännite vaikuttaa elektrolyyttisen kondensaattorin elinajanodotteeseen. Yleinen nyrkkisääntö on, että jokaisen 10 ° C: n lämpötilan nousu elinajanodote on puolittunut. Ne ovat myös alttiina kondensaattorin ikääntyminen , kun elektrolyytti kuivuu ajan myötä.

• Elokuvan kondensaattorit:
  Kalvokondensaattorit ovat erittäin luotettavia pitkän käyttöiän kanssa, ja ne ylittävät usein 100 000 tuntia nimellisolosuhteissa. Ne ovat vastustuskykyisiä ikääntymiselle ja ympäristötekijöille, mikä tekee niistä ihanteellisia pitkäaikaisia, korkean luotettavuuden sovelluksia.

7. sovellukset

• Elektrolyyttiset kondensaattorit:

  • Virtalähteen suodatus

  • Äänipiirit (signaalin tasoitus)

  • Moottorin käynnistyspiirit

  • Energian varastointi pienijännitteisissä piireissä

• Elokuvan kondensaattorit:

  • Korkeajännitteiset AC/DC-piirit

  • SNUBBER -PIIRESSIIVIEN SUORITUS

  • Moottorin juoksukondensaattorit

  • EMI/RFI -tukahduttaminen

Niin, Mikä kondensaattori valita?

Elektrolyyttisten ja kalvokondensaattorien valinta riippuu sovelluksen erityistarpeista. Elektrolyyttiset kondensaattorit tarjoavat korkean kapasitanssin kompaktina koossa ja ovat kustannustehokkaita pienijännitteisiin. Niiden korkeampi ESR, lyhyempi elinajanodote ja lämpötila-herkkyys tekevät niistä kuitenkin vähemmän ihanteellisia korkeataajuisiin ja korkean luotettavuuden sovelluksiin.

Kalvokondensaattorit, joilla on erinomainen luotettavuus, matala ESR ja korkeajännitekäsittely, ovat suositeltavia sovelluksissa, jotka vaativat korkeaa suorituskykyä ja kestävyyttä, kuten vaihtovirtamoottoripiirit, tehohousut ja teollisuusohjaukset.

Ymmärtämällä keskeiset erot ja suorittamalla tarvittavat tekniset laskelmat, voit tehdä tietoisempia päätöksiä piirisuunnittelustasi.