Mi a kondenzátor szivárgási áram és hogyan csökkenthető

A kondenzátor a leggyakoribb alkatrész az elektronikában, és szinte minden elektronikai alkalmazásban használják. A piacon sokféle kondenzátor áll rendelkezésre különböző célok kiszolgálására bármely elektronikus áramkörben. Sokféle értékben kaphatók, 1 Pico-Farad-tól 1 Farad-kondenzátorig és Supercapacitorig. A kondenzátoroknak különböző típusú minősítései is vannak, mint például az üzemi feszültség, az üzemi hőmérséklet, a névleges érték tűrése és a szivárgási áram.

A kondenzátor szivárgási áramának döntő tényezője van az alkalmazás szempontjából, különösen, ha a Power elektronikában vagy az Audio Electronics-ban használják. A különböző típusú kondenzátorok különböző szivárgási áramértékeket biztosítanak. A tökéletes kondenzátor kiválasztása mellett, megfelelő szivárgással, az áramkörnek képesnek kell lennie a szivárgási áram szabályozására is. Tehát először tisztán kell értenünk a kondenzátor szivárgási áramát.

Kapcsolat a dielektromos réteggel

A kondenzátor szivárgási áramának közvetlen kapcsolata van a kondenzátor dielektrikumával. Lássuk az alábbi képet -

A fenti kép az alumínium elektrolit kondenzátor belső felépítése. Az alumínium elektrolit kondenzátornak kevés alkatrésze van, amelyek kompakt, szoros csomagolásban vannak lezárva. Az alkatrészek: anód, katód, elektrolit, dielektromos rétegszigetelő stb.

A dielektromos szigetelő biztosítja a kondenzátor belsejében lévő vezető lemez szigetelését. De mivel ezen a világon nincs semmi tökéletes, a szigetelő nem ideális szigetelő és szigetelési tűréssel rendelkezik. Ennek köszönhetően nagyon alacsony áram folyik át a szigetelőn. Ezt az áramot nevezzük szivárgási áramnak.

A szigetelőt és az áram áramlását egyszerű kondenzátor és ellenállás segítségével lehet bemutatni.

Az ellenállás nagyon magas ellenállási értékkel rendelkezik, amely szigetelő ellenállásként azonosíthatóés a kondenzátort használják a tényleges kondenzátor replikálására. Mivel az ellenállásnak nagyon nagy az ellenállása, az ellenálláson keresztül áramló áram nagyon alacsony, jellemzően számos nanoamperben. A szigetelés ellenállása a dielektromos szigetelő típusától függ, mivel a különböző típusú anyagok megváltoztatják a szivárgási áramot. Az alacsony dielektromos állandó nagyon jó szigetelési ellenállást biztosít, ami nagyon alacsony szivárgási áramot eredményez. Például a polipropilén, műanyag vagy teflon típusú kondenzátorok az alacsony dielektromos állandó példái. De ezeknél a kondenzátoroknál a kapacitás nagyon alacsony. A kapacitás növelésével a dielektromos állandó is növekszik. Az elektrolit kondenzátorok jellemzően nagyon nagy kapacitásúak, és a szivárgási áram is nagy.

A kondenzátor szivárgási áramának függő tényezői

A kondenzátor szivárgási áramja általában négy tényezőtől függ:

1. Dielektromos réteg
2. Környezeti hőmérséklet
3. Hőmérséklet tárolása
4. Alkalmazott feszültség

1. A dielektromos réteg nem működik megfelelően

A kondenzátor felépítése kémiai folyamatot igényel. A dielektromos anyag a vezető lemezek közötti fő elválasztás. Mivel a dielektrikum a fő szigetelő, a szivárgási áramnak nagyok a függőségei. Ezért, ha a dielektrikumot a gyártási folyamat során megeresztik, az közvetlenül hozzájárul a szivárgási áram növekedéséhez. Néha a dielektromos rétegekben szennyeződések vannak, ami gyengeséget eredményez a rétegben. A gyengébb dielektrikum csökkenti az áram áramlását, ami tovább hozzájárul a lassú oxidációs folyamathoz. Nem csak ez, hanem a nem megfelelő mechanikai igénybevétel is hozzájárul a kondenzátor dielektromos gyengeségéhez.

2. Környezeti hőmérséklet

A kondenzátor névleges értéke a működési hőmérséklet. Az üzemi hőmérséklet 85 Celsius-foktól a 125 Celsius-fokig vagy még ennél is nagyobb lehet. Mivel a kondenzátor kémiailag összetett eszköz, a hőmérséklet közvetlen kapcsolatban áll a kondenzátor belsejében lévő kémiai folyamattal. A szivárgási áram általában akkor nő, ha a környezeti hőmérséklet elég magas.

3. A kondenzátor tárolása

A kondenzátor hosszú ideig tartó feszültség nélküli tárolása nem jó a kondenzátor számára. A tárolási hőmérséklet a szivárgási áram szempontjából is fontos tényező. A kondenzátorok tárolásakor az oxidréteget megtámadja az elektrolit anyag. Az oxidréteg oldódni kezd az elektrolit anyagban. A különböző típusú elektrolit anyagok kémiai folyamata eltérő. A vízbázisú elektrolit nem stabil, míg az inert oldószeralapú elektrolit kevesebb szivárgási áramot eredményez az oxidációs réteg redukciója miatt.

Ez a szivárgási áram azonban ideiglenes, mivel a kondenzátor öngyógyító tulajdonságokkal rendelkezik, ha feszültségre vezetik. A feszültségnek való kitettség során az oxidációs réteg regenerálódni kezd.

4. Alkalmazott feszültség

Minden kondenzátor rendelkezik feszültségértékkel. Ezért a névleges feszültség feletti kondenzátor használata rossz dolog. Ha a feszültség növekszik, a szivárgási áram is növekszik. Ha a kondenzátoron átmenő feszültség magasabb, mint a névleges feszültség, a kondenzátor belsejében zajló kémiai reakció gázokat hoz létre és lebontja az elektrolitot.

Ha a kondenzátort hosszú ideig, például éveken át tárolják, a kondenzátort néhány percig névleges feszültség biztosításával üzemállapotba kell állítani. Ebben a szakaszban az oxidációs réteg újra felépült, és a kondenzátort funkcionális állapotban helyreállította.

A kondenzátor szivárgási áramának csökkentése a kondenzátor élettartamának javítása érdekében

Amint azt fentebb tárgyaltuk, egy kondenzátor sok tényezővel függ. Az első kérdés az, hogy hogyan számoljuk ki a kondenzátor élettartamát? A válasz az elektrolit kimerüléséig eltelt idő kiszámításával történik. Az elektrolitot az oxidációs réteg fogyasztja. A szivárgási áram az elsődleges komponens annak mérésére, hogy mennyire akadályozza az oxidációs réteg.

Ezért a kondenzátor szivárgási áramának csökkentése a kondenzátor élettartamának egyik kulcsfontosságú eleme.

1. A gyártó vagy a gyártó üzem az első hely a kondenzátor életciklusában, ahol a kondenzátorokat gondosan gyártják alacsony szivárgási áram érdekében. Az elővigyázatosságot meg kell tenni, hogy a dielektromos réteg ne sérüljön vagy akadályozzon.

2. A második szakasz a tárolás. A kondenzátorokat megfelelő hőmérsékleten kell tárolni. A nem megfelelő hőmérséklet befolyásolja a kondenzátor elektrolitját, ami tovább rontja az oxidációs réteg minőségét. Ügyeljen arra, hogy a kondenzátorokat megfelelő környezeti hőmérsékleten, a maximális értéknél alacsonyabb hőmérsékleten működtesse.

3. A harmadik szakaszban, amikor a kondenzátort forrasztják a táblára, a forrasztási hőmérséklet kulcsfontosságú tényező. Mivel az elektrolit kondenzátorok esetében a forrasztási hőmérséklet elég magas lehet, meghaladja a kondenzátor forráspontját. A forrasztási hőmérséklet befolyásolja az ólomcsapokon lévő dielektromos rétegeket, és gyengíti az oxidációs réteget, ami nagy szivárgási áramot eredményez. Ennek kiküszöbölése érdekében minden kondenzátorhoz tartozik egy adatlap, ahol a gyártó biztosítja a forrasztási hőmérséklet biztonságos besorolását és a maximális expozíciós időt. Az adott kondenzátor biztonságos üzemeltetése érdekében körültekintően kell eljárni. Ez vonatkozik a Surface Mount Device (SMD) kondenzátorokra is, a visszafolyó forrasztás vagy a hullámforrasztás csúcshőmérséklete nem haladhatja meg a maximálisan megengedett névleges értéket.

4. Mivel a kondenzátor feszültsége fontos tényező, a kondenzátor feszültsége nem haladhatja meg a névleges feszültséget.

5. A kondenzátor kiegyensúlyozása soros kapcsolatban. A kondenzátor soros csatlakozása kissé összetett feladat a szivárgási áram kiegyensúlyozására. Ennek oka a szivárgási áram egyensúlyhiánya, ossza meg a feszültséget és ossza meg a kondenzátorokat. Az osztott feszültség az egyes kondenzátoroknál eltérő lehet, és fennáll annak az esélye, hogy egy adott kondenzátoron a feszültség meghaladja a névleges feszültséget, és a kondenzátor meghibásodni kezd.

Ennek a helyzetnek a kiküszöbölése érdekében az egyedi kondenzátoron két nagy értékű ellenállást adnak a szivárgási áram csökkentése érdekében.

Az alábbi képen a kiegyensúlyozási technika látható, ahol két soros kondenzátort egyensúlyoznak ki nagy értékű ellenállások segítségével.

A kiegyensúlyozási technika alkalmazásával a szivárgási áram által befolyásolt feszültségkülönbség szabályozható.