Principales parámetros de rendimiento de los condensadores electrolíticos

Los condensadores electrolíticos de aluminio son condensadores polares que utilizan papel de aluminio grabado de alta pureza como ánodo y tejido o tela empapado en electrolito como cátodo. \x0d\\x0d\Ventajas: gran capacidad, resistencia de alto voltaje, precio económico\x0d\\x0d\Desventajas: gran corriente de fuga, gran error, poca estabilidad, la vida útil disminuye rápidamente con el aumento de temperatura\x0d\\x0d\ Condensadores electrolíticos de aluminio utilizados en circuitos digitales se utilizan generalmente para suavizar y filtrar energía. Además de parámetros bien conocidos como capacidad, tensión soportada, error de capacidad, temperatura de funcionamiento y tamaño del paquete, también existen varios parámetros importantes relacionados con la calidad del condensador, incluida la pérdida. Ángulo tangente, corriente de fuga, resistencia en serie equivalente ESR, corriente de ondulación permitida, vida útil, etc. Estos parámetros no están marcados en la cubierta exterior del paquete terminado, sino que solo se reflejan en las especificaciones del producto. Sin embargo, estos parámetros pueden ser la clave para el rendimiento del circuito. \x0d\Capacidad y voltaje de funcionamiento nominal\x0d\\x0d\La capacidad y el voltaje soportado marcados en el cuerpo del capacitor electrolítico de aluminio son muy importantes y son el contenido más básico para seleccionar capacitores. \x0d\\x0d\En la selección real de capacitores, se deben usar capacitores con mayores capacidades en lugares donde la corriente cambia rápidamente. Sin embargo, cuanto mayor sea la capacidad, mejor. En primer lugar, a medida que aumenta la capacidad, el costo y el volumen pueden aumentar. Además, cuanto mayor sea el condensador, mayor será la corriente de carga y mayor será el tiempo de carga. Todas estas son cosas a considerar en la selección de aplicaciones prácticas. \x0d\\x0d\Voltaje de funcionamiento nominal: dentro del rango de temperatura de funcionamiento especificado, el condensador puede funcionar de forma fiable durante mucho tiempo y el voltaje de CC máximo que puede soportar. En los circuitos de CA, cabe señalar que el valor máximo de la tensión de CA aplicada no puede exceder el valor de la tensión de trabajo de CC del condensador. Los voltajes de trabajo de los condensadores fijos de uso común son 6,3 V, 10 V, 16 V, 25 V, 50 V, 63 V, 100 V, 2500 V, 400 V, 500 V, 630 V. El voltaje que realmente soporta el capacitor en el circuito no puede exceder su valor de voltaje soportado. \x0d\\x0d\En el circuito del filtro, el valor de tensión soportada del condensador no debe ser inferior a 1,42 veces el valor efectivo de CA. Otro tema a tener en cuenta es el margen de tensión de funcionamiento, que generalmente está por encima del 15%. Por ejemplo, el voltaje nominal de un capacitor es de 50 V. Aunque el voltaje de sobretensión puede llegar a 63 V, generalmente solo se aplicará un voltaje máximo de 42 V. \x0d\\x0d\ Deje que el voltaje nominal del capacitor tenga más margen, lo que puede reducir la resistencia interna, reducir la corriente de fuga, reducir el ángulo de pérdida y aumentar la vida útil. Aunque se dice que el uso de condensadores electrolíticos de aluminio de 50 V con un voltaje de funcionamiento de 48 V no causará problemas a corto plazo, la vida útil puede reducirse después de un uso prolongado. \x0d\\x0d\Pérdida dieléctrica\x0d\\x0d\La energía consumida por un condensador bajo la acción de un campo eléctrico generalmente se expresa mediante la relación entre la potencia perdida y la potencia reactiva del condensador, es decir, la tangente del ángulo de pérdida (en el circuito equivalente del condensador, la relación entre la resistencia equivalente en serie ESR y la reactancia capacitiva 1/ωC ​​​​se llama Tanδ. El ESR aquí es el valor calculado a 120 Hz. Obviamente, Tanδ se vuelve mayor a medida que la frecuencia de medición aumenta y a medida que la temperatura de medición disminuye y aumenta). Cuanto mayor sea el ángulo de pérdida, mayor será la pérdida del condensador. Los condensadores con ángulos de pérdida grandes no son adecuados para trabajar a altas frecuencias. El factor de disipación (DF) existe en todos los condensadores y, a veces, el valor de DF se expresa como el ángulo de pérdida tanδ. Cuanto menor sea este parámetro, mejor. Sin embargo, este parámetro de los condensadores electrolíticos de aluminio es relativamente alto. \x0d\\x0d\Si el valor DF es alto o bajo, para capacitores de la misma marca y serie, está relacionado con la temperatura, capacidad, voltaje y frecuencia cuando la capacidad es la misma, el valor DF con voltaje soportado más alto; es el inferior. Además, cuanto mayor es la temperatura, mayor es el valor DF y cuanto mayor es la frecuencia, mayor es el valor DF. \x0d\\x0d\Dimensiones externas\x0d\\x0d\Las dimensiones externas están relacionadas con el peso y el tipo de pasador. El de un solo extremo es del tipo de cable radial, el de tornillo es del tipo de tornillo de bloqueo y también hay condensadores electrolíticos de chip de aluminio. En cuanto al peso, si comparas dos condensadores con la misma capacidad y voltaje pero de diferentes marcas, el peso definitivamente será diferente y las dimensiones externas están más relacionadas con la planificación de la carcasa; En términos generales, para capacitores con el mismo diámetro y capacidad, un capacitor con una altura menor se puede reemplazar por un capacitor con una altura mayor. Sin embargo, cuando un capacitor con una longitud alta se reemplaza por un capacitor con una altura baja, surge el problema. Se debe considerar la existencia de interferencias mecánicas. \x0d\\x0d\Un condensador producirá varias impedancias y reactancias inductivas debido a su estructura. La resistencia en serie equivalente ESR y la inductancia en serie equivalente ESL son un par de parámetros importantes; esta es la base de la reactancia capacitiva.

Un condensador con una resistencia en serie equivalente (ESR) pequeña absorbe muy bien la corriente máxima (ondulación) durante la conmutación rápida en comparación con un condensador externo más grande. Es más rentable utilizar condensadores con gran ESR en paralelo. Sin embargo, esto requiere un compromiso entre el área de PCB, el número de componentes y el costo. \x0d\Corriente de ondulación y voltaje de ondulación\x0d\\x0d\En algunos materiales, se denominan corriente de ondulación y voltaje de ondulación, pero en realidad son corriente de ondulación y voltaje de ondulación. El significado es el valor de corriente/voltaje de ondulación que el condensador puede soportar. El voltaje de ondulación es igual al producto de la corriente de ondulación y la ESR. \x0d\\x0d\Cuando la corriente de rizado aumenta, el voltaje de rizado aumentará exponencialmente incluso si la ESR permanece sin cambios. En otras palabras, cuando el voltaje de rizado aumenta, la corriente de rizado también aumenta, razón por la cual se requiere que el capacitor tenga un valor de ESR más bajo. Después de que se superpone la corriente de ondulación, la resistencia en serie equivalente (ESR) dentro del capacitor genera calor, lo que afecta la vida útil del capacitor. Generalmente, la corriente de rizado es proporcional a la frecuencia, por lo que la corriente de rizado es relativamente baja a bajas frecuencias. \x0d\\x0d\La corriente de rizado nominal es un valor definido bajo la condición de temperatura máxima de funcionamiento. En aplicaciones reales, la tolerancia a la ondulación de un condensador también está relacionada con la temperatura ambiente de su uso y el grado de temperatura del propio condensador. Las hojas de datos generalmente proporcionan una corriente de ondulación máxima que cada capacitor de grado de temperatura puede soportar en condiciones de temperatura específicas. Incluso proporciona un cuadro detallado para ayudar a los usuarios a encontrar rápidamente la cantidad de ondulación del capacitor permitida para lograr una determinada vida útil esperada en determinadas condiciones de temperatura ambiente. \x0d\Corriente de fuga\x0d\\x0d\El dieléctrico del condensador tiene un gran obstáculo para la corriente continua. Sin embargo, dado que el dieléctrico de la película de óxido de aluminio está sumergido en un electrolito, cuando se aplica un voltaje, se generará una pequeña corriente llamada corriente de fuga cuando la película de óxido se vuelva a formar y reparar. Normalmente, la corriente de fuga aumenta con la temperatura y el voltaje. Su fórmula de cálculo es aproximadamente: I=K×CV. La unidad de corriente de fuga I es μA y K es una constante. En términos generales, cuanto mayor sea la capacitancia del condensador, mayor será la corriente de fuga. De la fórmula se puede saber que cuanto mayor es el voltaje nominal, mayor es la corriente de fuga. Por lo tanto, reducir el voltaje de funcionamiento también puede reducir la corriente de fuga. \x0d\\x0d\Lifespan\x0d\\x0d\En primer lugar, debe quedar claro que los condensadores electrolíticos de aluminio definitivamente se romperán, es solo cuestión de tiempo. Hay muchas razones que afectan la vida útil del condensador, como sobretensión, tensión inversa, alta temperatura, carga y descarga rápida, etc. En uso normal, el mayor impacto es la temperatura, porque cuanto mayor es la temperatura, más rápida es la pérdida por evaporación. del electrolito. Cabe señalar que la temperatura aquí no se refiere a la temperatura ambiente o de la superficie, sino a la temperatura de trabajo del papel de aluminio. Los fabricantes suelen etiquetar la vida útil del condensador y la temperatura de prueba en el propio condensador. \x0d\\x0d\ Dado que la vida útil del capacitor se reduce a la mitad por cada aumento de 10 °C en la temperatura de funcionamiento del capacitor, no piense que un capacitor electrolítico de aluminio con una vida útil de 2000 horas es mejor que uno con una vida útil de 1000 horas. Preste atención a la temperatura de prueba para confirmar la vida útil. Cada fabricante tiene fórmulas para calcular la temperatura y la vida útil. Al diseñar condensadores, debe consultar los datos reales para los cálculos. Lo que hay que entender es que para mejorar la vida útil de los condensadores electrolíticos de aluminio, el primer paso es reducir la temperatura de funcionamiento y mantenerla alejada de fuentes de calor en la PCB. El segundo paso es considerar el uso de condensadores con un máximo alto. temperatura de funcionamiento. Por supuesto, el precio será mayor. \x0d\\x0d\Impedancia: \x0d\\x0d\A una frecuencia específica, la resistencia que bloquea el paso de la corriente alterna es la llamada impedancia. Está estrechamente relacionado con el valor de capacitancia y el valor de inductancia en el circuito equivalente del capacitor, y también está relacionado con ESR. La reactancia capacitiva del condensador disminuye gradualmente a medida que aumenta la frecuencia en el rango de baja frecuencia, y la reactancia cae al valor ESR cuando la frecuencia continúa aumentando y alcanza el rango de frecuencia media. Cuando la frecuencia alcanza el rango de alta frecuencia, la reactancia inductiva se vuelve dominante, por lo que la impedancia aumenta con el aumento de la frecuencia. \x0d\\x0d\El condensador electrolítico del filtro de salida en la fuente de alimentación conmutada tiene una frecuencia de voltaje de onda de sierra de hasta decenas de kHz o incluso decenas de MHz. En este momento, la capacitancia no es su indicador principal. De la calidad de los condensadores electrolíticos de aluminio de alta frecuencia, el estándar es la característica de "frecuencia de impedancia", que requiere una impedancia equivalente más baja dentro de la frecuencia de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada y, al mismo tiempo, tiene un buen efecto de filtrado en el. Señales de pico de alta frecuencia generadas cuando el dispositivo semiconductor está funcionando. \x0d\\x0d\Summary\x0d\\x0d\En la superficie, cuanto menor sea el DF, la corriente de fuga y la ESR, mayor será la corriente de ondulación, mejor será el rendimiento del condensador electrolítico de aluminio, pero el costo de mejorar el rendimiento es la mejora de tamaño y precio.