Imaginați-vă că selectați condensatorul în vrac pentru o sursă de alimentare industrială de 48 V. Sina în stare staționară măsoară 52 V, iar tranzitorii în trepte de sarcină sună până la 58 V. Un condensator de 63 V pare suficient de aproape, o parte de 75 V pare mai sigură și ambele sunt mult sub tensiunea reală de defectare a condensatorului. Întrebarea de proiectare, așadar, nu este dacă piesa poate supraviețui la 58 V. Aproape sigur că poate. Întrebarea adevărată este cât de multă fiabilitate pe termen lung sunteți dispus să tranzacționați pentru acel spațiu aparent.
Tensiunea de defalcare într-un condensator electrolitic este tensiunea la care dielectricul de oxid de aluminiu încetează să se comporte ca un izolator și începe să conducă. Este o limită fizică stabilită de grosimea stratului de oxid crescut pe folia anodului. Fiecare tensiune nominală imprimată pe condensator, inclusiv tensiunea nominală, supratensiunea și tensiunea tranzitorie, există pentru a menține dielectricul în siguranță sub această limită. Acest articol explică cum se stabilește această limită, ce se întâmplă atunci când este depășită și cum să selectezi o tensiune nominală cu marginea dreaptă.
Ce este tensiunea de defalcare într-un condensator electrolitic?
Condensatorii electrolitici din aluminiu stochează sarcina într-un strat subțire de oxid de aluminiu (Al2O3) format electrochimic pe suprafața foliei de anod gravate. În timpul procesului de formare, oxidul crește până la o grosime proporțională cu tensiunea de formare aplicată, la o rată de aproximativ 1,2 până la 1,5 nanometri pe volt. Prin urmare, un condensator cu o tensiune nominală de 100 V poartă un strat de oxid în intervalul 120 până la 150 nm, iar grosimea respectivă este principalul factor care determină tensiunea de rupere a dielectricului.
Atunci când se aplică o tensiune de curent continuu direct, stratul de oxid trebuie să rețină câmpul electric dintre anod și electrolit. Dacă tensiunea crește suficient de mult, câmpul depășește rezistența dielectrică a oxidului. Electronii încep să pătrundă prin defecte microscopice, curentul de scurgere crește brusc și urmează încălzirea localizată. Într-un condensator umed, cu electrolit lichid, căldura poate descompune electrolitul și poate genera gaz. Într-un condensator polimer solid, aceeași supratensiune produce mai des un scurtcircuit dur.
Deoarece grosimea oxidului este fixată la sfârșitul producției, tensiunea de defalcare a unui condensator finit este o proprietate fizică, nu o valoare care se schimbă cu temperatura sau ondulația. Evaluările publicate sunt alese cu o marjă deliberată sub aceasta.
Tensiunea nominală, supratensiunea și tensiunea de defalcare: cum se relaționează
Tensiunea nominală este tensiunea continuă continuă maximă pe care condensatorul este proiectat să o suporte la temperatura sa nominală, respectând în același timp toate specificațiile de viață, ondulație și scurgeri. Tensiunea de supratensiune este o supratensiune nerepetitivă pe care condensatorul o poate tolera pentru o perioadă scurtă și este definită individual pentru fiecare serie. Ambele sunt plasate cu mult sub limita de defalcare dielectrică.
| Parametru | Înțeles | Relația cu tensiunea de avarie |
|---|---|---|
| Tensiune nominală (DC) | Tensiune continuă maximă continuă la temperatura nominală pentru care condensatorul își îndeplinește specificațiile privind durata de viață și ondulația | De obicei, 60 până la 80 la sută din tensiunea de avarie |
| Tensiune de supratensiune | Supratensiune maximă nerepetitivă pe care condensatorul poate supraviețui pentru o durată scurtă, definită | Între tensiunea nominală și tensiunea de avarie |
| Tensiune tranzitorie | Pică de tensiune de scurtă durată pe care o poate vedea condensatorul în timpul comutării, pașilor de încărcare sau evenimentelor de sistem | Tensiune peste nominală, dar încă sub tensiunea de avarie |
| Tensiunea de avarie | Tensiune la care dielectricul de oxid de aluminiu își pierde proprietatea de izolație și conduce curentul | Limita fizică în sine |
Pentru un condensator electrolitic tipic din aluminiu, tensiunea nominală aterizează între 60 și 80% din tensiunea de defalcare. O componentă nominală de 63 V, de exemplu, s-ar putea să nu se defecteze până la aproximativ 85 până la 100 V. Această marjă internă este cea care permite condensatorului să supraviețuiască testelor de supratensiune, vârfurilor de tensiune și evenimentelor scurte de supratensiune fără defecțiuni imediate. Nu trebuie tratat ca rating utilizabil.
Ce se întâmplă când tensiunea de avarie este depășită?
Funcționarea peste tensiunea nominală, dar sub limita de defecțiune nu este fatală instantaneu, dar este dăunătoare. Curentul de scurgere crește, stratul de oxid se confruntă cu stres crescut de câmp, iar electrolitul este consumat mai repede. Excursiile repetate în apropierea punctului de defalcare reduc treptat capacitatea și cresc ESR, ceea ce într-o componentă de electrolit lichid se traduce printr-o pierdere de viață măsurabilă.
Trecerea tensiunii de avarie este un eveniment diferit. Cel mai slab punct din oxid poartă un curent în creștere, iar temperatura localizată conduce la defalcare ulterioară. În condensatoarele electrolitice din aluminiu umede, un mic defect se poate autovindeca, deoarece căldura regenerează oxidul la locul deteriorat. Cu o energie mai mare disponibilă, generarea de gaz deschide orificiul de ventilație și condensatorul este distrus. Condensatoarele cu polimer solid nu au aproape nicio capacitate de auto-vindecare în acest mod, iar defecțiunea lor este de obicei un scurtcircuit intern.
Polaritatea inversă trebuie tratată ca o condiție de defecțiune separată. Stratul de oxid cheie există doar pe anod, așa că o tensiune inversă atacă oxidul subțire de pe folia catodului. Chiar și o tensiune inversă scăzută poate distruge rapid acel strat. Condensatorii expuși la polarizare inversă în timpul pornirii sau opririi trebuie să fie specificați ca bipolari sau protejați de proiectarea circuitului.
Cum să selectați o tensiune nominală cu marginea corectă
Punctul de pornire practic este tensiunea în cel mai rău caz pe care o va vedea condensatorul, nu tensiunea nominală a magistralei. Adăugați vârful oricărei ondulații AC sau sunet tranzitoriu la nivelul maxim DC, apoi aplicați un factor de derating. O regulă comună pentru condensatoarele electrolitice din aluminiu este menținerea tensiunii maxime aplicate la sau sub 80% din tensiunea nominală. Pentru medii tranzitorii severe, mulți designeri vizează 65 până la 70 la sută.
Reveniți la exemplul de magistrală de 48 V. Cu un maxim de 52 V la starea de echilibru și un tranzitoriu de 58 V în cel mai rău caz, regula de 80 la sută cere o tensiune nominală de cel puțin 72,5 V. Cele mai apropiate valori nominale standard sunt 75 V și 80 V, astfel încât un condensator de 75 V devine alegerea inginerească, în timp ce o parte de 63 V eliberează tranzitoriul doar cu 8 la sută. Costul alegerii mai sigure este dimensiunea fizică, deoarece o tensiune nominală mai mare implică un oxid mai gros și, pentru aceeași capacitate, o cutie mai mare.
- Măsurați sau simulați tensiunea de vârf în cel mai rău caz la bornele condensatorului, inclusiv toleranța DC, ondulația, pașii de sarcină și depășirea la pornire.
- Înmulțiți acel vârf cu factorul de derating utilizat în ținta dvs. de fiabilitate, de obicei 1,2 sau mai mare.
- Selectați cea mai apropiată tensiune nominală standard deasupra rezultatului.
- Confirmați că valoarea nominală a tensiunii de supratensiune a piesei alese elimină și cel mai rău vârf tranzitoriu.
Piese radiale pentru magistralele DC la nivel de placă
Condensatorii radiali de plumb sunt obișnuiți în magistralele DC la nivel de placă și am examinat modul în care tensiunea nominală a condensatoarelor electrolitice radiale afectează fiabilitatea circuitului într-un articol separat. În format radial, seria de condensatoare radiale de ultra-înaltă tensiune CD11H cu durată lungă de viață este proiectat pentru stres continuu continuu în poziții de medie și înaltă tensiune.
CD11H Condensator electrolitic radial din aluminiu cu durată lungă de viață ultra-înaltă Nantong Xingchen Electron Co., Ltd. este furnizorul de condensatoare electrolitice radiale din aluminiu radial cu durată lungă de viață CD11H de ultra-înaltă tensiune... Vizualizare produs → Piese snap-in pentru etape compacte de mare putere
La niveluri mai mari de putere, condensatorii snap-in preiau controlul. Când un redresor sau o etapă invertor necesită o capacitate mare într-un pachet compact, montat pe placă, o piesă precum seria de condensatoare snap-in CD297 de ultra-înaltă tensiune, cu scurgeri reduse, cu durată lungă de viață oferă o tensiune nominală ridicată, menținând în același timp curentul de scurgere scăzut.
CD297 Tensiune ultra-înaltă, scurgeri reduse, aluminiu electrolitic cu închidere lungă de viață C Nantong Xingchen Electron Co., Ltd. este China angro CD297 Tensiune ultra-înaltă, scurgeri reduse, cu durată lungă de viață Snap-In din aluminiu capac electrolitic... Vizualizare produs → Ce înseamnă asta pentru designul tău
Tensiunea de întrerupere este un concept util pentru înțelegerea de ce eșuează condensatoarele, dar nu este un parametru de proiectare. Proiectați cu tensiunea nominală, respectați valoarea nominală a supratensiunii și păstrați o marjă de derating care se potrivește cu severitatea tranzitorie a circuitului dvs. Un condensator care funcționează la 60 până la 80% din tensiunea sa nominală își va îndeplini cererea de viață; unul operat la marginea ratingului său nu poate. Alegerea unei clase de tensiune mai mare și acceptarea dimensiunii carcasei asociate este de obicei un preț mic pentru o performanță previzibilă.
Pentru convertoarele industriale care funcționează la tensiuni foarte mari și la un curent de ondulare semnificativ, construcția terminalelor cu șurub este adesea formatul practic. Seria de condensatoare cu terminale cu șurub și temperatură înaltă de înaltă tensiune CD136 , de exemplu, este construit pentru funcționare continuă la temperaturi ambientale ridicate, ceea ce ajută la păstrarea limitelor de tensiune și de viață specificate de producător.
Terminal CD136 rezistent la înaltă tensiune și la temperaturi înalte electrolitic din aluminiu Nantong Xingchen Electron Co., Ltd. este China cu ridicata CD136 terminale electrolitice din aluminiu de înaltă tensiune și rezistente la temperaturi înalte... Vizualizare produs → Înainte de a finaliza un număr de piesă, măsurați sau simulați tensiunea de vârf în cel mai rău caz la bornele condensatorului, inclusiv ondularea, pașii de încărcare și depășirea la pornire. Dacă acest vârf se încadrează în 20% din tensiunea nominală, treceți la următoarea clasă de tensiune. Estimarea dvs. de viață și recenziile dvs. de fiabilitate vor fi ambele mai sănătoase pentru aceasta.
