Condensatoarele hibride electrolitice și polimerice au aproape același design: sunt formate dintr-o parte catodică și o parte anodă și ambele sunt fabricate din folie de aluminiu. Filmul anodului este oxidat pentru a forma un strat de oxid de aluminiu, care formează dielectricul. Cele două folii sunt rulate folosind o hârtie de izolare pentru a forma elementul încolăcit (P1, P2).
P1
P2. Proiectarea de bază a condensatoarelor electrolitice și polimerice
Diferența dintre cele două condensatoare este materialul folosit în procesul de umplere, de unde provine numele: condensatoarele electrolitice sunt umplute cu un electrolit, în timp ce condensatoarele hibride polimerice folosesc un electrolit polimeric sau o combinație de polimeri solizi și lichizi.
Ambii condensatori oferă multe avantaje, cum ar fi dimensiunea mică, dar o capacitate mare, costul scăzut și adecvarea pentru o gamă largă de modele, cum ar fi SMD, THT sau modele snap-in.
Condensatoarele hibride polimerice au o capacitate de curent de ondulare mai mare decât condensatoarele electrolitice, precum și o rezistență internă mai mică la temperaturi scăzute și o capacitate mai stabilă la frecvențe înalte. Dezavantajul ambelor tehnologii de condensator este durata de viață limitată. În timpul funcționării, electrolitul sau polimerul lichid se va micșora (P3).
P3. Electrolitul sau polimerul lichid difuzează în timpul funcționării, ceea ce scurtează durata de viață a condensatorului.
Ecuația Arrhenius poate estima aproximativ durata de viață a condensatorului.
Cel mai mare factor care afectează durata de viață a condensatoarelor hibride electrolitice și polimerice este temperatura centrală a condensatorului, care crește odată cu temperatura ambiantă și cu nivelul curentului de ondulare aplicat. În plus, stresul mecanic datorat curentului mare de ondulare poate deteriora stratul de oxid, rezultând un efect de auto-vindecare care consumă electrolit suplimentar. Auto-vindecarea este capacitatea condensatoarelor electrolitice și a condensatoarelor hibride polimerice de a restabili stratul de oxid printr-o reacție chimică între electrolit și aluminiu. Contracția electroliților poate duce, de asemenea, la deteriorarea parametrilor electrici, cum ar fi capacitatea și parametrii precum rezistența în serie echivalentă (ESR) și factorul de pierdere.
Sfârșitul duratei de viață este de obicei etapa în care parametrii fișei de date (de obicei creșterea pierderii de capacitate și procentul factorului de pierdere) nu sunt îndepliniți.
Atunci când identifică produse condensatoare care îndeplinesc parametrii electrici în timpul funcționării țintă a produsului final, utilizatorul poate folosi ecuația Arrhenius pentru o evaluare inițială. După cum se arată în P4, durata de viață în funcție de coeficientul de difuzie este în mare măsură analogă cu ecuația Arrhenius. Astfel, ca regulă generală, poate fi exprimată după cum urmează: o reducere de 50 de grade F (10 grade) a temperaturii de funcționare dublează durata de viață.
P4. Atât ecuația Arrhenius, cât și metoda empirică arată că o scădere a temperaturii de funcționare de 50 grade F (10 C)
dublează durata de viață a condensatorului, oferind rezultate aproape consistente
Ecuația Arrhenius oferă doar un ghid aproximativ, deoarece nu ia în considerare efectul semnificativ al curentului de ondulare asupra efectului de auto-încălzire.
Pentru a obține o valoare exactă pentru calculul duratei de viață, se recomandă ca utilizatorul să lucreze cu furnizorul de condensatori corespunzător. Acest calcul necesită clientului să furnizeze un profil de activitate care detaliază orele reale de funcționare în intervalul de temperatură relevant.
P5. Exemplu de profil de activitate arată de ce parametri are nevoie furnizorul pentru a calcula cu exactitate durata de viață
Fiecare furnizor folosește un calcul separat pentru propriile produse, care include profilele de temperatură și sarcinile de curent ondulat. Prin urmare, furnizorii pot utiliza profilurile de sarcini furnizate de client pentru calcule detaliate ale duratei de viață.
Acest lucru previne, de asemenea, utilizarea condensatoarelor supraspecificate și mai scumpe.
Creșterea suprafeței radiatorului este o modalitate bună de a îmbunătăți disiparea căldurii și de a prelungi astfel durata de viață a condensatorului. De exemplu, răcirea activă prin utilizarea ventilatoarelor sau a apei poate asigura o mai bună disipare a căldurii. Utilizatorii pot lua în considerare acest tip de concept de răcire atunci când verifică componentele și calculează durata de viață.
Conexiunea elementului de răcire la condensator joacă, de asemenea, un rol cheie.
Conectarea elementului de răcire direct la componentă este adesea mai eficientă decât plasarea lui pe cealaltă parte a plăcii. În plus, trebuie luată în considerare unitatea periferică a condensatorului, deoarece radiază și absoarbe căldură simultan prin pini, mai ales dacă în apropiere sunt instalate semiconductori de putere sau alte componente generatoare de căldură. Dacă sunt disponibile date empirice (de exemplu, temperatură, curent, tensiune și frecvență în starea de pornire), această intrare de căldură poate fi încorporată în calculul duratei de viață.
Daca utilizatorul foloseste paste sau tampoane conductoare termic, rezistenta lor termica este factorul decisiv. Cu cât valoarea este mai mică, cu atât randamentul termic este mai mare. Dacă elementul de răcire trebuie izolat electric, trebuie selectată o pastă termică izolatoare sau un tampon de lipit adecvat.
Dacă utilizatorul dorește să efectueze propriile calcule sau simulări, modelele de rezistență termică pot fi obținute de la furnizor de la miezul condensatorului (elementul de înfășurare) până la picioare și pachet.
Dacă disiparea căldurii și rezistența termică de la capacul superior sau PCB la elementul de răcire sunt pe deplin înțelese, se poate deduce o disipare sau alimentare suplimentară de căldură. Odată verificată posibila disipare a căldurii, furnizorul poate permite utilizarea unor curenți de ondulare mai mari pentru configurația plăcii, cu condiția ca curentul de ondulare maxim specificat de furnizor să nu fie depășit, deoarece aceasta ar impune o sarcină mecanică asupra condensatorului.
P6. Schema circuitului echivalent termic al condensatorului
La selectarea unui produs condensator, se recomandă ca ecuația Arrhenius să fie utilizată pentru a determina valorile de ghidare inițiale. Prin utilizarea profilului sarcinii, durata de viață a condensatorului selectat pentru aplicație poate fi calculată cu precizie, care ia în considerare și gradul de autoîncălzire cauzat de curentul de ondulare. Pentru a maximiza durata de viață a condensatorului, utilizatorul ar trebui să investigheze posibilele concepte de răcire și să implice furnizorul sau distribuitorul în timpul fazei de dezvoltare.