Polimer és hibrid kondenzátorok megértése

Fixa Polymera MS - MS Polimer Esaslı Likit Membran (Július 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

A beágyazott rendszerek a vezetőképes polimereken alapuló kondenzátorok segítségével megbízhatóságot és teljesítményt nyernek

ROB O 'CONNOR
Termékmenedzser, Capacitor Business Div.
Panasonic Ipari Eszközök
www.panasonic.com/industrial

A kondenzátorok elég egyszerűnek tűnhetnek, de az elmúlt években összetettebbé váltak. Az ok, amiért a választás szabadsága lecsillapodik. A beágyazott rendszerek alkalmazásokhoz használt kondenzátorok univerzuma az elmúlt években nagymértékben bővült, nagyrészt kondenzátor-minták miatt, amelyek kihasználják a vezetőképes polimerek fejlődését.

Ezek a fejlett kondenzátorok néha vezetőképes polimereket használnak az egész elektrolit kialakításához. Vagy a vezetőképes polimerek hibridkondenzátor néven ismert folyadék elektrolittal együtt használhatók (lásd 1. ábra ). Akárhogy is, ezek a polimer alapú kondenzátorok a hagyományos elektrolitikus és kerámia kondenzátoroknál nagyobb teljesítményt nyújtanak, mint:

  • ESR és feszültségosztály
  • Stabilitás
  • Élettartam és megbízhatóság
  • Biztonság
  • Az életciklus költsége

A különböző polimer és hibrid kondenzátorok különféle édes foltokat mutatnak ideális feszültségük, frekvencia jellemzőik és környezeti feltételek szempontjából.

Polimer kondenzátor fajták

  • A rétegezett polimer alumínium kondenzátorok (lásd a 2. ábrát ) vezetőképes polimert használnak elektrolitként és alumínium katóddal rendelkeznek. 2-től 25 V-ig terjedő feszültséget és 2, 2-560 μF-ot kínálnak. Megkülönböztető elektromos jellemzőik rendkívül alacsony ESR. A formázott műgyanta kompakt felületi szerelvényként csomagolva, ezek az eszközök alacsony profilúak.
  • A polimer polimer alumínium kondenzátorok továbbá vezetőképes polimerekre és alumíniumra épülnek, de vannak fémprofil szerkezeteik. A feszültségek és a kapacitív értékek szélesebb tartományát fedik le, mint a többi polimer kondenzátor. A feszültségek 2, 5 és 100 V közötti tartományban vannak, a kapacitások pedig 3, 3 és 2700 μF között mozognak. A rétegezett polimer kondenzátorokhoz hasonlóan a sebstílusnak nagyon alacsony az ESR értéke. Lehet felületre szerelt, bár nem olyan kompakt, mint a réteges kondenzátorok.
  • A polimer tantál kondenzátorok vezető polimer elektrolitot és tantál katódot alkalmaznak. 1, 8 és 35 V közötti térfogatúak, 2, 7 és 680 μF közötti kapacitással és alacsony ESR-értékkel rendelkeznek. A fröccsöntött gyanta tokban csomagolva a tantál polimer kondenzátorok a piacon a legkomplexebbek közé tartoznak.
  • A polimer hibrid alumínium kondenzátorok egy folyékony és vezető polimer kombinációját használják, hogy az elektrolitként egy alumínium katód legyen - mindkét világ legjobbja. A polimer magas vezetőképességet és ennek megfelelően alacsony ESR-t kínál. A folyékony rész ellenáll a nagy feszültségeknek és nagyobb hatékonyságú felületi területének köszönhetően nagyobb kapacitásértékeket biztosít. 25 és 80 V közötti feszültséget és 10 és 330 μF közötti kapacitást kínálnak. A 20-120 mΩ-nál a hibridek ESR-értékei magasabbak, mint más polimer kondenzátorok, de még mindig nagyon alacsonyak.

1. ábra: A hibrid kondenzátor technológia ötvözi az elektrolit és a polimer teljesítményét.

Polimer kondenzátor előnyei

Anyaguk és konstrukciójuk különbségei ellenére a polimer kondenzátorok négy típusa megegyezik a kívánatos elektromos tulajdonságok gyűjteményével:

  • Nagy frekvencia jellemzők: A nagyon alacsony ESR-rel a polimer kondenzátorok alacsony impedanciája a rezonanciapontjuk közelében, ami csökkenti a feszültségeket a tápfeszültségen. Vizsgálataink azt mutatják, hogy a polimer kondenzátorok összehasonlítása a hagyományos alacsony EST-tantál kondenzátorokkal összehasonlítva a csúcs-csúcs feszültségváltozások ötszörös csökkenését jelzi.
  • Stabil kapacitás: Kerámia, kapacitív sodródás válaszul a hőmérsékletre és az egyenfeszültségre. A polimer kondenzátoroknak nincs ilyen problémája és stabilak maradnak. Ez a stabilitás különösen fontos az ipari és gépjárműipari alkalmazásokban, amelyek általában széles üzemi hőmérsékletet tapasztalnak. Olyan eseteket láttunk, ahol az emelkedett hőmérsékletek hatásos kapacitásveszteséget okoztak a kerámia kondenzátorok esetében 90% vagy annál. A hibrid kondenzátorok stabil kondenzátort tartanak a szokásos működési feltételek - magas frekvenciák és alacsony hőmérsékletek mellett -, amelyek csökkentik a hagyományos folyékony elektrolit kondenzátorok kapacitását.
  • Megnövelt biztonság: A hagyományos elektrolitkondenzátorok olyan biztonsági problémákkal szenvedhetnek, amelyek rövidzárlatot és hibát okozhatnak. A probléma akkor merül fel, ha az elektromos túlterhelés vagy mechanikai feszültségek hibát vagy megszakítást okoznak a dielektrikumot képező oxidfilmben. A polimer kondenzátorok öngyógyító képességgel rendelkeznek, amely kiküszöböli ezt a meghibásodási módot. A fűtés megszakítja a vezetőképes polimer molekuláris láncát a hiba közelében, felhúzza annak ellenállását és hatékonyan gátolja az elektródából kilépő áramot. Hibrid kondenzátorok esetén további öngyógyító mechanizmus jön létre, mivel a folyékony elektrolit a hiba közelében folyó áramot okozza az alumínium újraoxidálására. Számos túlfeszültségvizsgálatot végeztünk a polimer és a hibrid kondenzátorok önjavító jellegének bemutatására. Az egyik ilyen teszt összehasonlította SP-Cap polimer kondenzátorainkat egy hagyományos tantál-MnO 2 kondenzátorral. A polimer modell olyan rövid áramlási ellenállást mutat, mint a 7 A, míg a tantál kondenzátor 3 A-nál dohányozni kezdett és 5 A-nál gyulladt. Ez a biztonsági javítás fontos tervezési és költségvonzatokkal jár. A hagyományos tantál kondenzátorokat általában 30-50% -ban használják fel a jelzett feszültségükben, hogy biztonságosan működjenek. Ez a leértékelődés, míg a közös és elfogadott mérnöki gyakorlat a kondenzátorok feljavítását és a megnövekedett költségeket eredményezi. Polimer kondenzátoraink viszont ezzel szemben a teljes névleges feszültség 90% -át garantálják.

2. ábra: A polimer hibrid alumínium kondenzátorok folyadék és folyadék kombinációját használják

vezetőképes polimer, amely elektrolitként és alumíniumként szolgál, mint a katód.

Hibrid cpacitor teljesítmény előnyei

A miniatürizálás és a sok elektromos berendezés magasabb kapcsolási frekvenciája miatt a hibridkondenzátorok egyre több tapadást kezdtek el. A hibridek magas frekvenciákon ismertek stabil elektromos jellemzőikről. Ezek a robosztus kondenzátorok más olyan előnyökkel is bírnak, amelyek különbséget jelentenek az olyan alkalmazásokban, mint a számítógépes szerverek, biztonsági eszközök és hálózati eszközök, valamint az ipari motorok, az autómotor-vezérlők, a biztonsági kamerák és a LED-világítás. Az előnyök közül:

  • A hibridek kompaktak. A csak 6, 3 x 5, 8 mm-es, felületi szerelésű hibridkondenzátorok képesek 35 V-ot kezelni 47 μF kapacitással. A kis méret jelentősen megtakaríthatja a lemezterületet. Egy nemrégiben működő 48 V-os tápegység alkalmazásában a hibrid kondenzátorok az alumínium elektrolit kondenzátorok által igényelt lemezterület 13% -át foglalták el.
  • A hibridek maximalizálják a megbízhatóságot. Szinte minden intézkedésnél a hibridkondenzátorok egyenértékű alumínium elektrolitikus és polimer kondenzátorokkal rendelkeznek. Néhány példa megfogalmazására a hibridkondenzátorok lényegesen jobb ellenállóképességet és nedvességállóságot mutatnak, mint elektrolitikus vagy polimer homogenizálóik. A hibridek is szignifikánsan nagyobb toleranciát mutatnak a nagy hullámosodási áramokra, a beáramló áramokra és az emelkedett hőmérsékletre.

Összefoglalva, a méret és a megbízhatóság nagymértékű költséghatékonyságot jelent a hibrid kondenzátorok használatához - a magasabb előzetes árak ellenére. A magasabb feszültségáram-specifikáció önmagában 20% -os költségcsökkenést eredményezhet a kondenzátor életciklusának növelésével. A 48 V-os tápegység-alkalmazásban a hibridkondenzátorok 50% -kal alacsonyabb költséggel rendelkeztek, mint az ezzel egyenértékű alumínium elektrolit kondenzátorok, a megtakarítások a fedélzeti költségek, a garancia költségek és a nagy hullámos áram ellenállóképességéből adódtak ( lásd a 3. ábrát ).

3. ábra: A hibridkondenzátorok nagy megbízhatóságot mutatnak, ha nagy hullámosodásnak vannak kitéve. A közelmúltban végzett tesztelés során a kondenzátorok elektromos terhelés nélküli és 1300 mA-es feszültségárammal rendelkeztek. A névleges feszültségáram háromszorosára (3600mA) a kondenzátor elektromos jellemzői megváltoztak, de nem történt hiány.

ROB O 'CONNOR, termékmenedzser, Capacitor Business Division, Panasonic Industrial Devices, www.panasonic.com/industrial