Forestil dig, at du vælger bulkkondensatoren til en 48 V industriel strømforsyning. Steady-state-skinnen måler 52 V, og belastnings-trinstransienter ringer op til 58 V. En 63 V-kondensator virker tæt nok på, en 75 V-del ser mere sikker ud, og begge er langt under kondensatorens faktiske gennembrudsspænding. Designspørgsmålet er altså ikke, om delen kan overleve ved 58 V. Det kan den næsten helt sikkert. Det virkelige spørgsmål er, hvor meget langsigtet pålidelighed du er villig til at bytte for den tilsyneladende frihøjde.
Nedbrudsspænding i en elektrolytisk kondensator er den spænding, ved hvilken aluminiumoxiddielektrikumet holder op med at opføre sig som en isolator og begynder at lede. Det er en fysisk grænse sat af tykkelsen af oxidlaget, der dyrkes på anodefolien. Hver spændingsmærke, der er trykt på kondensatoren, inklusive nominel spænding, overspænding og transientspænding, eksisterer for at holde dielektrikumet sikkert under denne grænse. Denne artikel forklarer, hvordan denne grænse etableres, hvad der sker, når den overskrides, og hvordan man vælger en spændingsværdi med den rigtige margin.
Hvad er nedbrydningsspænding i en elektrolytisk kondensator?
Elektrolytiske kondensatorer af aluminium lagrer ladning i et tyndt lag aluminiumoxid (Al2O3) dannet elektrokemisk på overfladen af ætset anodefolie. Under formningsprocessen vokser oxidet til en tykkelse, der er proportional med den påførte formningsspænding, med en hastighed på omkring 1,2 til 1,5 nanometer pr. volt. En kondensator med en nominel spænding på 100 V bærer derfor et oxidlag i området 120 til 150 nm, og den tykkelse er hovedfaktoren, der bestemmer dielektrikumets gennembrudsspænding.
Når en fremadrettet jævnspænding påføres, skal oxidlaget holde det elektriske felt mellem anoden og elektrolytten fra. Hvis spændingen stiger langt nok, overstiger feltet oxidets dielektriske styrke. Elektroner begynder at tunnelere gennem mikroskopiske defekter, lækstrømmen stiger kraftigt, og lokaliseret opvarmning følger. I en våd, væske-elektrolyt kondensator, kan varmen nedbryde elektrolytten og generere gas. I en solid polymerkondensator giver den samme overspænding oftere en hård kortslutning.
Fordi oxidtykkelsen er fastsat ved slutningen af fremstillingen, er nedbrydningsspændingen af en færdig kondensator en fysisk egenskab, ikke en værdi, der skifter med temperatur eller krusning. De offentliggjorte vurderinger er valgt med en bevidst margin under sig.
Nominel spænding, overspændingsspænding og nedbrydningsspænding: hvordan de hænger sammen
Den nominelle spænding er den maksimale kontinuerlige jævnspænding, som kondensatoren er designet til at håndtere ved dens nominelle temperatur, mens den opfylder alle specifikationer for levetid, krusninger og lækage. Overspændingen er en ikke-repetitiv overspænding, som kondensatoren kan tåle i en kort periode og defineres individuelt for hver serie. Begge er placeret et godt stykke under den dielektriske nedbrydningsgrænse.
| Parameter | Betydning | Sammenhæng med gennembrudsspænding |
|---|---|---|
| Nominel spænding (DC) | Maksimal kontinuerlig jævnspænding ved nominel temperatur, for hvilken kondensatoren opfylder dens levetid og ripple specifikationer | Typisk 60 til 80 procent af nedbrydningsspændingen |
| Overspænding | Maksimal ikke-repetitiv overspænding, som kondensatoren kan overleve i en kort, defineret varighed | Mellem nominel spænding og gennembrudsspænding |
| Transient spænding | Kortvarig spændingsspids, som kondensatoren kan se under omskiftning, belastningstrin eller systemhændelser | Over nominel spænding, men stadig under gennembrudsspænding |
| Nedbrudsspænding | Spænding, ved hvilken aluminiumoxiddielektrikumet mister sin isolerende egenskab og leder strøm | Selve den fysiske grænse |
For en typisk aluminium elektrolytisk kondensator lander den nominelle spænding mellem 60 og 80 procent af nedbrydningsspændingen. En 63 V-klassificeret del kan for eksempel ikke gå i stykker før omkring 85 til 100 V. Den interne margin er det, der gør det muligt for kondensatoren at overleve overspændingstest, spændingsspidser og korte overspændingshændelser uden øjeblikkelig fejl. Det bør ikke behandles som brugbar vurdering.
Hvad sker der, når nedbrydningsspændingen overskrides?
At arbejde over den nominelle spænding, men under nedbrudsgrænsen, er ikke øjeblikkeligt dødelig, men det er skadeligt. Lækstrømmen stiger, oxidlaget oplever øget feltspænding, og elektrolytten forbruges hurtigere. Gentagne udflugter tæt på nedbrydningspunktet reducerer gradvist kapacitansen og øger ESR, hvilket i en væske-elektrolyt-del udmønter sig i målbart livstab.
At krydse nedbrydningsspændingen er en anden begivenhed. Det svageste sted i oxidet fører en stigende strøm, og den lokaliserede temperatur driver yderligere nedbrydning. I våde elektrolytiske kondensatorer af aluminium kan en lille defekt selvhelbredende, fordi varmen regenererer oxid på det beskadigede sted. Med højere energi tilgængelig åbner gasproduktion trykudluftningen, og kondensatoren ødelægges. Kondensatorer af solid polymer har næsten ingen selvhelbredende evne i denne tilstand, og deres fejl er typisk en intern kortslutning.
Omvendt polaritet skal behandles som en separat fejltilstand. Nøgleoxidlaget findes kun på anoden, så en omvendt spænding angriber det tynde oxid på katodefolien. Selv en lav omvendt spænding kan ødelægge dette lag hurtigt. Kondensatorer, der udsættes for omvendt bias under opstart eller nedlukning, skal specificeres som bipolære eller beskyttes af kredsløbsdesignet.
Sådan vælger du en spændingsværdi med den rigtige margin
Det praktiske udgangspunkt er den værst tænkelige spænding, som kondensatoren vil se, ikke den nominelle busspænding. Tilføj toppen af enhver AC-rippel eller forbigående ringning til det maksimale DC-niveau, og anvend derefter en deratingfaktor. En almindelig regel for aluminium elektrolytiske kondensatorer er at holde den maksimale påførte spænding på eller under 80 procent af den nominelle spænding. For alvorlige forbigående miljøer målretter mange designere 65 til 70 procent.
Vend tilbage til 48 V-buseksemplet. Med et 52 V steady-state maksimum og en 58 V worst-case transient kræver 80 procent reglen en nominel spænding på mindst 72,5 V. De nærmeste standardklassificeringer er 75 V og 80 V, så en 75 V kondensator bliver det tekniske valg, mens en 63 V del kun fjerner 8 procent transienten. Omkostningerne ved det sikrere valg er fysisk størrelse, fordi en højere spændingsværdi indebærer et tykkere oxid og, for samme kapacitans, en større dåse.
- Mål eller simuler den værst tænkelige spidsspænding ved kondensatorterminalerne, inklusive DC-tolerance, krusning, belastningstrin og opstartsoverskridelse.
- Multiplicer denne top med den deratingfaktor, der bruges i dit pålidelighedsmål, normalt 1,2 eller højere.
- Vælg den nærmeste standardspændingsværdi over resultatet.
- Bekræft, at den valgte dels overspændingsværdi også fjerner din værste transiente top.
Radiale dele til DC-busser på bordniveau
Radiale blykondensatorer er almindelige i DC-busser på bordniveau, og vi har undersøgt hvordan spændingsværdien af radiale elektrolytiske kondensatorer påvirker kredsløbets pålidelighed i en særskilt artikel. I det radiale format, CD11H ultra-højspænding lang levetid radial kondensator serien er designet til vedvarende jævnspænding i mellem- og højspændingspositioner.
CD11H Ultra-højspænding lang levetid radial aluminium elektrolytisk kondensator Suppli Nantong Xingchen Electron Co., Ltd. er Kina Engros CD11H Ultra-High Voltage Long-Life Radial Aluminium Elektrolytisk Kondensator Leverandør... Se produkt → Snap-in dele til kompakte højeffekttrin
Ved højere effektniveauer tager snap-in kondensatorer over. Når et ensretter- eller invertertrin har brug for høj kapacitans i en kompakt, tavlemonteret pakke, kan en del som f.eks. CD297 ultra-højspænding lav-lækage lang levetid snap-in kondensator serie tilbyder en høj nominel spænding, samtidig med at lækstrømmen holdes lav.
CD297 Ultra-høj spænding, lav lækage, lang levetid Snap-In aluminium elektrolytisk C Nantong Xingchen Electron Co., Ltd. er Kina engros CD297 Ultra-højspænding, lav lækage, langtidssnap-in aluminium elektrolytisk hætte ... Se produkt → Hvad det betyder for dit design
Nedbrydningsspænding er et nyttigt koncept til at forstå, hvorfor kondensatorer fejler, men det er ikke en designparameter. Design med den nominelle spænding, respekter overspændingsværdien, og hold en deratingmargin, der matcher dit kredsløbs forbigående sværhedsgrad. En kondensator, der drives ved 60 til 80 procent af dens nominelle spænding, vil opfylde sit livskrav; en, der opereres på kanten af sin rating, må ikke. At vælge en højere spændingsklasse og acceptere den tilhørende kassestørrelse er normalt en lille pris for forudsigelig ydeevne.
For industrielle omformere, der kører ved meget høje skinnespændinger og betydelig bølgestrøm, er skrueterminalkonstruktion ofte det praktiske format. CD136 højspændings-højtemperatur-skrueterminal-kondensatorserien er for eksempel bygget til kontinuerlig drift ved forhøjede omgivelsestemperaturer, hvilket hjælper med at bevare producentens specificerede spændings- og levetidsgrænser.
CD136 højspændings- og højtemperaturbestandig terminal aluminium elektrolytisk Nantong Xingchen Electron Co., Ltd. er Kina engros CD136 højspændings- og højtemperaturbestandig terminal aluminium elektrolytisk C... Se produkt → Før du færdiggør et varenummer, skal du måle eller simulere den værst tænkelige spidsspænding ved kondensatorterminalerne, inklusive krusning, belastningstrin og opstartsoverskridelse. Hvis denne top kommer inden for 20 procent af den nominelle spænding, skal du flytte til næste spændingsklasse. Dit levetidsestimat og dine pålidelighedsanmeldelser vil begge være sundere for det.
