Különbségek az elektrolitkondenzátorok és a filmkondenzátorok között

A konDenzátoR -tól -tól -tól -tól -tólok kulcsfontosságú alkatR -tólészek a különféle elektR -tólonikus és elektR -tólomos áR -tólamköR -tólökben, alapvető szeR -tólepet játszanak az eneR -tólgiatárolásban, a feszültség stabilizálásában és a szűrésben. A konDenzátorok különféle típusai között, elektrolitkonDenzátorok és filmkonDenzátorok széles körben használják, De ezek jelentősen különböznek az építés, a teljesítmény és az alkalmazások szempontjából. Ebben a blogban nem csak a legfontosabb különbségeket vizsgáljuk meg, hanem belemerülünk néhány műszaki számításba, hogy jobban megértsük viselkedésüket az áramkörökben.

1. Építőipari és dielektromos anyagok

• Elektrolitkondenzátorok:
  Az elektrolitkondenzátorokat két vezetőképes lemez (általában alumínium vagy tantalum) felhasználásával állítják elő, egy oxidréteg, amely dielektromosként szolgál. A második lemez általában folyékony vagy szilárd elektrolit. Az oxidréteg rendkívül vékony szerkezete miatt nagy kapacitást biztosít egységenként. Ezek a kondenzátorok polarizáltak, és megfelelő polaritást igényelnek az áramkörben.

• Filmkondenzátorok:
  A filmkondenzátorok dielektromos anyagként vékony műanyag fóliákat (például polipropilén, poliészter vagy polikarbonát) használnak. Ezeket a fóliákat két fémezett réteg között tekercselik vagy egymásra rakják, amelyek lemezekként szolgálnak. A filmkondenzátorok nem poláris, így használhatóvá teszik őket mind AC, mind DC áramkörökben.

2. Kapacitási kiszámítás

A kapacitás ( $C$ ) A párhuzamos lemezkondenzátor, amely mind az elektrolitikus, mind a filmkondenzátorokra vonatkozik, a képlet adja meg:

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

Ahol:

• $C$ = Kapacitás (Farads, F)

• $\varepsilon_0$ = A szabad tér engedélyességi képessége ( $8.854 \times 10^{-12}$ F/m)

• $\varepsilon_r$ = A dielektromos anyag relatív engedélyessége

• $A$ = A lemezek területe (m²)

• $d$ = A lemezek közötti távolság (M)

Példaszámítás : Oxid -dielektromos ( $\ varepsilon_r = 8,5$ ), egy tányérterületgel $10^{-4} \, \text{m}^2$ és elválasztása $10^{-6} \, \text{m}$ :

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

Egy filmkondenzátorhoz, amely polipropilént használ ( $\ varepsilon_r = 2,2$ ), ugyanaz a tányér területe és dielektromos vastagsága $10^{-6} \, \text{m}$ :

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

Amint a számítás mutatja, az elektrolitkondenzátorok szignifikánsan magasabb kapacitást biztosítanak ugyanazon lemezterülethez és dielektromos vastagsághoz, mivel az oxid anyag nagyobb relatív megengedhetősége van.

3. Egyenértékű sorozat ellenállás (ESR)

• Elektrolitkondenzátorok :

  Az elektrolitkondenzátorok általában magasabbak Egyenértékű sorozat ellenállás (ESR) összehasonlítva a filmkondenzátorokkal. Az ESR kiszámítható:

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

Ahol :

• $f$ = működési gyakoriság (HZ)

• $C$ = kapacitás (f)

• $Q$ = Minőségi tényező

Az elektrolitkondenzátorok ESR -értékei gyakran 0,1 és több ohm közötti tartományban vannak, belső ellenállásuk és elektrolitveszteségük miatt. Ez a magasabb ESR kevésbé hatékonysá teszi őket a magas frekvenciájú alkalmazásokban, ami fokozott hőeloszláshoz vezet.

• Filmkondenzátorok :

  A filmkondenzátorok általában nagyon alacsony ESR-vel rendelkeznek, gyakran a Milliohm-tartományban, így rendkívül hatékonyak a magas frekvenciájú alkalmazásokhoz, például a szűréshez és a tápegységek váltásához. Az alacsonyabb ESR minimális energiavesztést és hőtermelést eredményez.

ESR -példa :
Egy elektrolit kondenzátorhoz $C = 100 \, \ mu f$ , a frekvencián működik $f = 50 \, \text{Hz}$ És egy minőségi tényező $Q = 20$ :

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

Egy olyan kondenzátorhoz, amely azonos kapacitási és működési gyakorisággal rendelkezik, de magasabb minőségű tényező $Q = 200$ :

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

Ez azt mutatja, hogy a filmkondenzátorok sokkal alacsonyabb ESR-vel rendelkeznek, így ezek alkalmassá teszik a nagy teljesítményű, nagyfrekvenciás alkalmazásokra.

4. Fodrász áram és hőstabilitás

• Elektrolitkondenzátorok :
  Az elektrolitkondenzátorokról ismert, hogy korlátozott hullámzóáram -kezelési képességgel rendelkeznek. A fodrozódási áram hőt generál az ESR miatt, és a túlzott fodrozódás az elektrolit elpárolgását okozhatja, ami kondenzátor meghibásodását eredményezheti. A Ripple jelenlegi besorolása fontos paraméter, különösen az tápegységek és a motoros meghajtó áramkörökben.

  A fodrozódási áram a képlet felhasználásával becsülhető meg:

$$P_{\text{veszteség}} = én_{\text{fodrozódás}}^2 \times ESR$$

Ahol:

• $P_{\text{veszteség}}$ = Teljesítményvesztés (Watts)

• $I_{\text{ripple}}$ = fodrozódási áram (amper)

Ha a 0,1 ohm ESR -vel rendelkező 100 μF elektrolitkondenzátorban lévő fodrozódási áram 1 A:

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

• Filmkondenzátorok:

  A filmkondenzátorok, alacsony ESR -vel, a minimális hőtermeléssel rendelkező magasabb hullámzóáramokat képesek kezelni. Ez ideálissá teszi őket AC alkalmazásokhoz, például a Snubber áramkörökhez és a motoros futó kondenzátorokhoz, ahol nagy áram ingadozások fordulnak elő.

5. Feszültségértékelés és bontás

• Elektrolitkondenzátorok:
  Az elektrolitkondenzátorok általában alacsonyabb feszültség -besorolást mutatnak, általában 6,3 V -tól 450 V -ig terjednek. A túlfeszültség dielektromos bontáshoz és esetleges kudarchoz vezethet. Felépítésük miatt hajlamosabbak a rövidzárlatokra, ha az oxidréteg megsérül.

• Filmkondenzátorok:
  A filmkondenzátorok, különösen a polipropilén -dielektromos, sokkal nagyobb feszültségeket képes kezelni, gyakran meghaladják az 1000 V -ot. Ez alkalmassá teszi őket nagyfeszültségű alkalmazásokhoz, például DC-link áramkörökhöz, ahol a feszültség stabilitása kritikus.

6. A várható élettartam és a megbízhatóság

• Elektrolitkondenzátorok:
  Az elektrolitkondenzátor várható élettartamát a hőmérséklet, a fodrozódási áram és az üzemi feszültség befolyásolja. Az általános hüvelykujjszabály az, hogy a hőmérséklet minden 10 ° C -os növekedése miatt a várható élettartam felére csökken. Ők is vannak kitéve kondenzátor öregedés , amint az elektrolit idővel kiszárad.

• Filmkondenzátorok:
  A filmkondenzátorok nagyon megbízhatóak hosszú működési élettel, gyakran meghaladják a 100 000 órát névleges körülmények között. Ellenállnak az öregedéssel és a környezeti tényezőkkel szemben, így ideálisak hosszú távú, nagy megbízhatósági alkalmazásokhoz.

7. Alkalmazások

• Elektrolitkondenzátorok:

  • Tápegység szűrés

  • Audio áramkörök (jel simítás)

  • Autóindító áramkörök

  • Energiatárolás alacsony feszültségű áramkörökben

• Filmkondenzátorok:

  • Nagyfeszültségű AC/DC áramkörök

  • Snubber áramkörök a túlfeszültségvédelem érdekében

  • Motoros futó kondenzátorok

  • EMI/RFI elnyomás

Így, Melyik kondenzátort választja?

Az elektrolitikus és a filmkondenzátorok közötti választás az alkalmazás sajátos igényeitől függ. Az elektrolitkondenzátorok nagy kapacitást kínálnak kompakt méretben, és költséghatékonyak az alacsony feszültségű alkalmazásokhoz. A magasabb ESR, a rövidebb élettartam és a hőmérséklet érzékenysége azonban kevésbé ideálissá teszi őket a magas frekvenciájú és a nagy megbízhatósági alkalmazásokhoz.

A filmkondenzátorok, kiváló megbízhatóságukkal, alacsony ESR-vel és nagyfeszültségű kezelhetőségükkel, a nagy teljesítményt és tartósságot igénylő alkalmazásokban részesítik előnyben, például AC motoros áramkörök, energiainverterek és ipari vezérlők.

A legfontosabb különbségek megértésével és a szükséges műszaki számítások elvégzésével megalapozottabb döntéseket hozhat az áramkör tervezéséhez.