Co to jest prąd upływu kondensatora i jak go zmniejszyć

Kondensator jest najczęściej występującym elementem elektroniki i jest używany w prawie każdej aplikacji elektronicznej. Na rynku dostępnych jest wiele typów kondensatorów służących do różnych celów w dowolnym obwodzie elektronicznym. Są dostępne w wielu różnych wartościach, od 1 kondensatora Pico-Farad do 1 kondensatora Farada i superkondensatora. Kondensatory mają również różne typy wartości znamionowych, takie jak napięcie robocze, temperatura robocza, tolerancja wartości znamionowej i prąd upływu.

Prąd upływowy kondensatora jest kluczowym czynnikiem dla aplikacji, zwłaszcza jeśli jest używany w energoelektronice lub elektronice audio. Różne typy kondensatorów zapewniają różne wartości znamionowe prądu upływu. Oprócz doboru idealnego kondensatora z odpowiednim upływem, obwód powinien mieć również możliwość kontroli prądu upływu. Więc najpierw powinniśmy mieć jasne zrozumienie prądu upływu kondensatora.

Związek z warstwą dielektryczną

Prąd upływowy kondensatora ma bezpośredni związek z dielektrykiem kondensatora. Zobaczmy poniższy obraz -

Powyższy obraz przedstawia wewnętrzną konstrukcję aluminiowego kondensatora elektrolitycznego. Aluminiowy kondensator elektrolityczny ma kilka części, które są zamknięte w kompaktowym, szczelnym opakowaniu. Części to anoda, katoda, elektrolit, izolator warstwy dielektrycznej itp.

Izolator dielektryczny zapewnia izolację płytki przewodzącej wewnątrz kondensatora. Ale ponieważ na tym świecie nie ma nic doskonałego, izolator nie jest idealnym izolatorem i ma tolerancję izolacji. Z tego powodu bardzo mała ilość prądu przepłynie przez izolator. Ten prąd nazywa się prądem upływu.

Izolator i przepływ prądu można zademonstrować za pomocą prostego kondensatora i rezystora.

Rezystor ma bardzo dużą wartość rezystancji, którą można określić jako rezystancję izolatoraa kondensator jest używany do odtworzenia rzeczywistego kondensatora. Ponieważ rezystor ma bardzo wysoką wartość rezystancji, prąd przepływający przez rezystor jest bardzo mały, zwykle w liczbie nanoamperów. Rezystancja izolacji zależy od rodzaju izolatora dielektrycznego, ponieważ różne rodzaje materiałów zmieniają prąd upływu. Niska stała dielektryczna zapewnia bardzo dobrą rezystancję izolacji, co skutkuje bardzo niskim prądem upływu. Na przykład kondensatory polipropylenowe, plastikowe lub teflonowe są przykładem niskiej stałej dielektrycznej. Ale dla tych kondensatorów pojemność jest znacznie mniejsza. Zwiększenie pojemności zwiększa również stałą dielektryczną. Kondensatory elektrolityczne mają zwykle bardzo dużą pojemność, a prąd upływu jest również wysoki.

Zależne czynniki prądu upływu kondensatora

Prąd upływu kondensatora zasadniczo zależy od poniższych czterech czynników:

1. Warstwa dielektryczna
2. Temperatura otoczenia
3. Temperatura przechowywania
4. Zastosowane napięcie

1. Warstwa dielektryczna nie działa prawidłowo

Konstrukcja kondensatora wymaga procesu chemicznego. Materiał dielektryczny stanowi główną separację między płytkami przewodzącymi. Ponieważ dielektryk jest głównym izolatorem, prąd upływowy ma z nim duże zależności. Dlatego też, jeśli dielektryk zostanie odpuszczony w procesie produkcyjnym, bezpośrednio przyczyni się to do wzrostu prądu upływu. Czasami warstwy dielektryczne zawierają zanieczyszczenia, co powoduje osłabienie warstwy. Słabszy dielektryk zmniejsza przepływ prądu, co dodatkowo przyczynia się do powolnego procesu utleniania. Nie tylko to, ale również niewłaściwe naprężenia mechaniczne przyczyniają się również do osłabienia dielektrycznego w kondensatorze.

2. Temperatura otoczenia

Kondensator ma ocenę temperatury roboczej. Temperatura pracy może wynosić od 85 stopni Celsjusza do 125 stopni Celsjusza lub nawet więcej. Ponieważ kondensator jest urządzeniem o budowie chemicznej, temperatura ma bezpośredni związek z procesem chemicznym wewnątrz kondensatora. Prąd upływowy generalnie wzrasta, gdy temperatura otoczenia jest wystarczająco wysoka.

3. Przechowywanie kondensatora

Przechowywanie kondensatora przez długi czas bez napięcia nie jest dobre dla kondensatora. Temperatura przechowywania jest również ważnym czynnikiem wpływającym na prąd upływu. Podczas przechowywania kondensatorów warstwa tlenku jest atakowana przez materiał elektrolitu. Warstwa tlenku zaczyna rozpuszczać się w materiale elektrolitu. Proces chemiczny jest inny dla różnych rodzajów materiału elektrolitycznego. Elektrolit na bazie wody nie jest stabilny, podczas gdy elektrolit na bazie obojętnego rozpuszczalnika przyczynia się do mniejszego prądu upływu z powodu redukcji warstwy utleniającej.

Jednak ten prąd upływu jest tymczasowy, ponieważ kondensator ma właściwości samonaprawiające się po przyłożeniu do napięcia. Pod wpływem napięcia warstwa utleniania zaczyna się regenerować.

4. Zastosowane napięcie

Każdy kondensator ma napięcie znamionowe. Dlatego używanie kondensatora powyżej napięcia znamionowego jest złą rzeczą. Jeśli napięcie wzrasta, wzrasta również prąd upływowy. Jeśli napięcie na kondensatorze jest wyższe niż napięcie znamionowe, reakcja chemiczna wewnątrz kondensatora tworzy gazy i degraduje elektrolit.

Jeśli kondensator jest przechowywany przez długi czas, na przykład przez lata, konieczne jest przywrócenie kondensatora do stanu roboczego poprzez podanie napięcia znamionowego przez kilka minut. Na tym etapie warstwa utleniania odbudowuje się ponownie i przywraca kondensatorowi stan funkcjonalny.

Jak zmniejszyć prąd upływu kondensatora, aby poprawić żywotność kondensatora

Jak omówiono powyżej, kondensator ma zależności od wielu czynników. Pierwsze pytanie brzmi: jak obliczana jest żywotność kondensatora? Odpowiedzią jest obliczenie czasu do wyczerpania elektrolitu. Elektrolit jest zużywany przez warstwę utleniającą. Prąd upływu jest głównym składnikiem do pomiaru stopnia utrudnienia warstwy utleniającej.

Dlatego redukcja prądu upływu w kondensatorze jest głównym kluczowym elementem składowym dla żywotności kondensatora.

1. Produkcja lub zakład produkcyjny to pierwsze miejsce cyklu życia kondensatorów, w którym kondensatory są starannie produkowane pod kątem niskiego prądu upływu. Należy zachować ostrożność, aby warstwa dielektryczna nie została uszkodzona lub zablokowana.

2. Drugi etap to przechowywanie. Kondensatory należy przechowywać w odpowiedniej temperaturze. Niewłaściwa temperatura wpływa na elektrolit kondensatora, co dodatkowo obniża jakość warstwy utleniającej. Upewnij się, że kondensatory działają w odpowiedniej temperaturze otoczenia, niższej niż maksymalna wartość.

3. W trzecim etapie, kiedy kondensator jest przylutowany do płytki, kluczowym czynnikiem jest temperatura lutowania. Ponieważ w przypadku kondensatorów elektrolitycznych temperatura lutowania może stać się wystarczająco wysoka, wyższa niż temperatura wrzenia kondensatora. Temperatura lutowania wpływa na warstwy dielektryczne na pinach ołowianych i osłabia warstwę utleniania, powodując wysoki prąd upływu. Aby temu zaradzić, do każdego kondensatora dołączona jest karta katalogowa, w której producent podaje bezpieczną temperaturę lutowania i maksymalny czas ekspozycji. Należy uważać na te wartości znamionowe, aby zapewnić bezpieczną pracę odpowiedniego kondensatora. Dotyczy to również kondensatorów do montażu powierzchniowego (SMD), maksymalna temperatura lutowania rozpływowego lub falowego nie powinna przekraczać maksymalnej dopuszczalnej wartości znamionowej.

4. Ponieważ napięcie kondensatora jest ważnym czynnikiem, napięcie kondensatora nie powinno przekraczać napięcia znamionowego.

5. Równoważenie kondensatora w połączeniu szeregowym. Połączenie szeregowe kondensatora jest nieco skomplikowane zadanie, aby zrównoważyć prąd upływu. Wynika to z braku równowagi prądu upływu, dzielącego napięcie i rozdzielanego między kondensatory. Napięcie podziału może być różne dla każdego kondensatora i może istnieć szansa, że ​​napięcie na konkretnym kondensatorze może być wyższe niż napięcie znamionowe i kondensator zacznie działać nieprawidłowo.

Aby przezwyciężyć tę sytuację, do pojedynczego kondensatora dodaje się dwa rezystory o wysokiej wartości, aby zmniejszyć prąd upływu.

Na poniższym obrazku pokazano technikę równoważenia, w której dwa kondensatory połączone szeregowo są równoważone za pomocą rezystorów o wysokiej wartości.

Za pomocą techniki równoważenia można kontrolować różnicę napięcia, na którą ma wpływ prąd upływu.