Mikä on kondensaattorin vuotovirta ja miten sitä pienennetään

Kondensaattori on yleisin elektroniikan komponentti ja sitä käytetään melkein kaikissa elektroniikkasovelluksissa. Markkinoilla on monenlaisia ​​kondensaattoreita, jotka palvelevat eri tarkoituksia missä tahansa elektronisessa piirissä. Niitä on saatavana useina eri arvoina yhdestä Pico-Faradista yhteen Farad-kondensaattoriin ja superkondensaattoriin. Kondensaattorilla on myös erityyppisiä luokituksia, kuten käyttöjännite, käyttölämpötila, nimellisarvon toleranssi ja vuotovirta.

Kondensaattorin vuotovirta on ratkaiseva tekijä sovelluksessa, varsinkin jos sitä käytetään tehoelektroniikassa tai audioelektroniikassa. Erilaiset kondensaattorit tarjoavat erilaisia vuotovirta-arvoja. Sen lisäksi, että valitset täydellisen kondensaattorin, jolla on asianmukainen vuoto, piirillä tulisi myös olla mahdollisuus hallita vuotovirtaa. Joten ensin meidän pitäisi olla selkeä käsitys kondensaattorin vuotovirrasta.

Suhde dielektriseen kerrokseen

Kondensaattorin vuotovirralla on suora yhteys kondensaattorin dielektriseen. Katsotaanpa alla oleva kuva -

Yllä oleva kuva on alumiinielektrolyyttikondensaattorin sisäinen rakenne. Alumiinielektrolyyttikondensaattorissa on vain vähän osia, jotka on kapseloitu pieneen, tiukkaan pakkaukseen. Osat ovat anodi, katodi, elektrolyytti, dielektrisen kerroksen eristin jne.

Dielektrinen eristin eristää kondensaattorin sisällä olevan johtavan levyn. Mutta koska tässä maailmassa ei ole mitään täydellistä, eristin ei ole ihanteellinen eristin ja sillä on eristystoleranssi. Tästä johtuen eristyksen läpi virtaa hyvin pieni määrä virtaa. Tätä virtaa kutsutaan vuotovirraksi.

Eristin ja virran virtaus voidaan osoittaa käyttämällä yksinkertaista kondensaattoria ja vastusta.

Vastuksella on erittäin suuri vastuksen arvo, joka voidaan tunnistaa eristimen vastuksenaja kondensaattoria käytetään varmentamaan todellinen kondensaattori. Koska vastuksella on erittäin suuri vastuksen arvo, vastuksen läpi kulkeva virta on hyvin pieni, tyypillisesti useissa nanoampeereissa. Eristysvastus riippuu dielektrisen eristimen tyypistä, kun erityyppiset materiaalit muuttavat vuotovirtaa. Pieni dielektrisyysvakio tarjoaa erittäin hyvän eristysvastuksen, mikä johtaa erittäin pieneen vuotovirtaan. Esimerkiksi polypropyleeni-, muovi- tai teflon-tyyppiset kondensaattorit ovat esimerkki matalasta dielektrisyysvakiosta. Mutta näille kondensaattoreille kapasitanssi on hyvin pieni. Kapasitanssin lisääminen lisää myös dielektrisyysvakiota. Elektrolyyttikondensaattoreilla on tyypillisesti erittäin suuri kapasitanssi, ja vuotovirta on myös korkea.

Kondensaattorin vuotovirran riippuvat tekijät

Kondensaattorin vuotovirta riippuu yleensä alle neljästä tekijästä:

1. Dielektrinen kerros
2. Ympäristön lämpötila
3. Lämpötilan säilyttäminen
4. Käytetty jännite

1. Dielektrinen kerros ei toimi kunnolla

Kondensaattorirakenne vaatii kemiallisen prosessin. Dielektrinen materiaali on johtava levyjen pääero. Koska eristin on pääeriste, vuotovirralla on siitä suuria riippuvuuksia. Siksi, jos dielektristä ainetta karkaistaan ​​valmistusprosessin aikana, se vaikuttaa suoraan vuotovirran lisääntymiseen. Joskus dielektrisissä kerroksissa on epäpuhtauksia, mikä johtaa heikkouteen kerroksessa. Heikompi dielektrisyys vähentää virran virtausta, mikä edelleen vaikuttaa hitaaseen hapetusprosessiin. Tämän lisäksi väärä mekaaninen rasitus lisäävät myös kondensaattorin dielektristä heikkoutta.

2. Ympäristön lämpötila

Kondensaattorilla on luokitus käyttölämpötilasta. Käyttölämpötila voi vaihdella 85 asteesta 125 asteeseen tai jopa enemmän. Koska kondensaattori on kemiallisesti muodostettu laite, lämpötilalla on suora suhde kondensaattorin sisäiseen kemialliseen prosessiin. Vuotovirta kasvaa yleensä, kun ympäristön lämpötila on riittävän korkea.

3. Kondensaattorin säilytys

Kondensaattorin säilyttäminen pitkään ilman jännitettä ei ole hyvä kondensaattorille. Säilytyslämpötila on myös tärkeä tekijä vuotovirta. Kun kondensaattorit varastoidaan, elektrolyyttimateriaali hyökkää oksidikerrokseen. Oksidikerros alkaa liukenemaan elektrolyyttimateriaaliin. Kemiallinen prosessi on erilainen erityyppisille elektrolyyttimateriaaleille. Vesipohjainen elektrolyytti ei ole stabiili, kun taas inertti liuotinpohjainen elektrolyytti aiheuttaa vähemmän vuotovirtaa hapetuskerroksen pelkistyksen vuoksi.

Tämä vuotovirta on kuitenkin väliaikaista, koska kondensaattorilla on itsensä parantavia ominaisuuksia, kun sitä käytetään jännitteeseen. Jännitteelle altistumisen aikana hapettumiskerros alkaa uusiutua.

4. Käytetty jännite

Jokaisella kondensaattorilla on nimellisjännite. Siksi kondensaattorin käyttö nimellisjännitteen yläpuolella on huono asia. Jos jännite kasvaa, myös vuotovirta kasvaa. Jos kondensaattorin poikki oleva jännite on suurempi kuin nimellisjännite, kondensaattorin sisällä oleva kemiallinen reaktio luo kaasuja ja hajottaa elektrolyytin.

Jos kondensaattoria säilytetään pitkään, kuten vuosia, kondensaattori on palautettava toimintatilaan antamalla nimellisjännite muutaman minuutin ajan. Tämän vaiheen aikana hapettumiskerros muodostui jälleen ja palauttaa kondensaattorin toiminnallisessa vaiheessa.

Kuinka vähentää kondensaattorin vuotovirtaa parantamaan kondensaattorin käyttöikää

Kuten edellä on mainittu, kondensaattorilla on riippuvuuksia monista tekijöistä. Ensimmäinen kysymys on, kuinka kondensaattorin käyttöikä lasketaan? Vastaus on laskemalla aika elektrolyytin loppumiseen. Hapetuskerros kuluttaa elektrolyytin. Vuotovirta on ensisijainen komponentti mitattaessa kuinka paljon hapetuskerros estyy.

Siksi vuotovirran vähentäminen kondensaattorissa on tärkeä avainkomponentti kondensaattorin käyttöikää varten.

1. Valmistus tai tuotantolaitos on ensimmäinen paikka kondensaattorin elinkaaressa, jossa kondensaattoreita valmistetaan huolellisesti matalalle vuotovirralle. On noudatettava varotoimia, jotta dielektrinen kerros ei vahingoitu tai esty.

2. Toinen vaihe on varastointi. Kondensaattorit on säilytettävä oikeassa lämpötilassa. Virheellinen lämpötila vaikuttaa kondensaattorin elektrolyyttiin, mikä heikentää hapetuskerroksen laatua entisestään. Varmista, että kondensaattoreita käytetään oikeassa ympäristön lämpötilassa, alle enimmäisarvon.

3. Kolmannessa vaiheessa, kun kondensaattori juotetaan levylle, juotoslämpötila on keskeinen tekijä. Koska elektrolyyttikondensaattoreiden juotoslämpötilasta voi tulla riittävän korkea, enemmän kuin kondensaattorin kiehumispiste. Juotoslämpötila vaikuttaa lyijytappien poikki oleviin dielektrisiin kerroksiin ja heikentää hapetuskerrosta, mikä johtaa korkeaan vuotovirtaan. Tämän korjaamiseksi jokaisella kondensaattorilla on tietolomake, jossa valmistaja antaa turvallisen juotoslämpötilan ja maksimaalisen valotusajan. Niiden luokitusten suhteen on oltava varovainen kondensaattorin turvallisen toiminnan kannalta. Tämä pätee myös SMD (Surface Mount Device) -kondensaattoreihin, reflow- tai aaltojuotoksen huippulämpötila ei saisi ylittää suurinta sallittua nimellisarvoa.

4. Koska kondensaattorin jännite on tärkeä tekijä, kondensaattorin jännitteen ei tulisi ylittää nimellisjännitettä.

5. Kondensaattorin tasapainottaminen sarjayhteydessä. Kondensaattori sarjakytkentä on vähän monimutkainen työ tasapainottaa vuotovirta. Tämä johtuu vuotovirran epätasapainosta jaa jännite ja jaa kondensaattoreiden välillä. Jaettu jännite voi olla erilainen jokaiselle kondensaattorille, ja voi olla mahdollista, että tietyn kondensaattorin jännite voi olla suurempi kuin nimellisjännite ja kondensaattori alkaa toimia väärin.

Tämän tilanteen voittamiseksi yksittäisen kondensaattorin yli lisätään kaksi arvokasta vastusta vuotovirran vähentämiseksi.

Alla olevassa kuvassa on esitetty tasapainotustekniikka, jossa kaksi sarjaan kuuluvaa kondensaattoria tasapainotetaan suuriarvoisilla vastuksilla.

Tasapainotustekniikkaa käyttämällä voidaan säätää vuotovirran vaikuttamaa jännite-eroa.