Tenk deg at du velger bulkkondensatoren for en 48 V industriell strømforsyning. Steady-state-skinnen måler 52 V, og belastningstrinn-transienter ringer opp til 58 V. En 63 V-kondensator virker nær nok, en 75 V-del ser tryggere ut, og begge er langt under kondensatorens faktiske sammenbruddsspenning. Designspørsmålet er altså ikke om delen kan overleve ved 58 V. Det kan den nesten helt sikkert. Det virkelige spørsmålet er hvor mye langsiktig pålitelighet du er villig til å bytte for den tilsynelatende takhøyden.
Nedbrytningsspenning i en elektrolytisk kondensator er spenningen som aluminiumoksid-dielektrikken slutter å oppføre seg som en isolator og begynner å lede. Det er en fysisk grense satt av tykkelsen på oksidlaget som dyrkes på anodefolien. Hver spenningsklassifisering som er trykt på kondensatoren, inkludert nominell spenning, overspenning og transientspenning, eksisterer for å holde dielektrikumet trygt under denne grensen. Denne artikkelen forklarer hvordan denne grensen etableres, hva som skjer når den krysses, og hvordan du velger en spenningsklassifisering med riktig margin.
Hva er sammenbruddsspenning i en elektrolytisk kondensator?
Elektrolytiske kondensatorer av aluminium lagrer ladning i et tynt lag av aluminiumoksid (Al2O3) dannet elektrokjemisk på overflaten av etset anodefolie. Under formingsprosessen vokser oksidet til en tykkelse proporsjonal med den påførte formingsspenningen, med en hastighet på omtrent 1,2 til 1,5 nanometer per volt. En kondensator med en merkespenning på 100 V bærer derfor et oksidlag i området 120 til 150 nm, og den tykkelsen er hovedfaktoren som bestemmer dielektrikets gjennomslagsspenning.
Når en fremadrettet likespenning påføres, må oksidlaget holde det elektriske feltet mellom anoden og elektrolytten borte. Hvis spenningen stiger langt nok, overskrider feltet den dielektriske styrken til oksidet. Elektroner begynner å tunnelere gjennom mikroskopiske defekter, lekkasjestrømmen stiger kraftig, og lokalisert oppvarming følger. I en våt, flytende-elektrolyttkondensator kan varmen bryte ned elektrolytten og generere gass. I en solid polymerkondensator gir den samme overspenningen oftere en hard kortslutning.
Fordi oksidtykkelsen er fast ved slutten av produksjonen, er nedbrytningsspenningen til en ferdig kondensator en fysisk egenskap, ikke en verdi som skifter med temperatur eller krusning. De publiserte vurderingene er valgt med en bevisst margin under.
Nominell spenning, overspenningsspenning og sammenbruddsspenning: hvordan de forholder seg
Nominell spenning er den maksimale kontinuerlige likespenningen som kondensatoren er designet for å håndtere ved nominell temperatur samtidig som den oppfyller alle spesifikasjoner for levetid, krusninger og lekkasje. Overspenningen er en ikke-repetitiv overspenning som kondensatoren tåler i en kort periode og defineres individuelt for hver serie. Begge er plassert godt under grensen for dielektrisk sammenbrudd.
| Parameter | Mening | Forholdet til sammenbruddsspenning |
|---|---|---|
| Nominell spenning (DC) | Maksimal kontinuerlig likespenning ved nominell temperatur som kondensatoren oppfyller spesifikasjonene for levetid og krusninger | Typisk 60 til 80 prosent av sammenbruddsspenningen |
| Overspenning | Maksimal ikke-repetitiv overspenning som kondensatoren kan overleve i en kort, definert varighet | Mellom merkespenning og sammenbruddsspenning |
| Transient spenning | Kortvarig spenningstopp som kondensatoren kan se under veksling, belastningstrinn eller systemhendelser | Over nominell spenning, men fortsatt under sammenbruddsspenning |
| Nedbrytningsspenning | Spenning som aluminiumoksiddielektrikumet mister sin isolerende egenskap og leder strøm ved | Selve den fysiske grensen |
For en typisk aluminiumelektrolytisk kondensator lander nominell spenning mellom 60 og 80 prosent av sammenbruddsspenningen. En 63 V-klassifisert del kan for eksempel ikke bryte ned før omtrent 85 til 100 V. Den interne marginen er det som gjør at kondensatoren kan overleve overspenningstesting, spenningstopper og korte overspenningshendelser uten umiddelbar feil. Det skal ikke behandles som brukbar vurdering.
Hva skjer når sammenbruddsspenningen overskrides?
Å operere over nominell spenning, men under sammenbruddsgrensen, er ikke umiddelbart dødelig, men det er skadelig. Lekkasjestrømmen stiger, oksidlaget opplever økt feltspenning, og elektrolytten forbrukes raskere. Gjentatte ekskursjoner nær nedbrytningspunktet reduserer gradvis kapasitansen og øker ESR, som i en væske-elektrolyttdel oversetter til målbart livstap.
Å krysse sammenbruddsspenningen er en annen hendelse. Det svakeste stedet i oksidet fører en økende strøm, og den lokaliserte temperaturen driver ytterligere sammenbrudd. I våte elektrolytiske kondensatorer av aluminium kan en liten defekt helbrede seg selv, fordi varmen regenererer oksid på det skadede stedet. Med høyere energi tilgjengelig åpner gassgenerering trykkventilen og kondensatoren blir ødelagt. Kondensatorer av solid polymer har nesten ingen selvhelbredende evne i denne modusen, og feilen deres er vanligvis en intern kortslutning.
Omvendt polaritet må behandles som en separat feiltilstand. Nøkkeloksidlaget eksisterer bare på anoden, så en omvendt spenning angriper det tynne oksidet på katodefolien. Selv en lav reversspenning kan ødelegge det laget raskt. Kondensatorer som utsettes for omvendt skjevhet under oppstart eller avstengning bør spesifiseres som bipolare eller beskyttes av kretsdesignet.
Hvordan velge en spenningsvurdering med riktig margin
Det praktiske utgangspunktet er den verste spenningen kondensatoren vil se, ikke den nominelle bussspenningen. Legg til toppen av enhver AC-rippel eller forbigående ringing til det maksimale DC-nivået, og bruk deretter en reduksjonsfaktor. En vanlig regel for elektrolytiske kondensatorer i aluminium er å holde den maksimale påførte spenningen på eller under 80 prosent av merkespenningen. For alvorlige forbigående miljøer målretter mange designere 65 til 70 prosent.
Gå tilbake til 48 V busseksemplet. Med et 52 V steady-state maksimum og en 58 V worst-case transient, krever 80 prosent regelen en nominell spenning på minst 72,5 V. De nærmeste standard klassifiseringene er 75 V og 80 V, så en 75 V kondensator blir det tekniske valget, mens en 63 V del bare klarer 8 prosent transienten. Kostnaden for det tryggere valget er fysisk størrelse, fordi en høyere spenningsklassifisering innebærer et tykkere oksid og, for samme kapasitans, en større boks.
- Mål eller simuler det verste tilfellet toppspenning ved kondensatorterminalene, inkludert DC-toleranse, rippel, belastningstrinn og oppstartsoverskridelse.
- Multipliser denne toppen med reduksjonsfaktoren som brukes i pålitelighetsmålet ditt, vanligvis 1,2 eller høyere.
- Velg nærmeste standard spenningsklassifisering over resultatet.
- Bekreft at den valgte delens overspenningsklassifisering også fjerner den verste forbigående toppen.
Radielle deler for DC-busser på styrenivå
Radiale blykondensatorer er vanlige i DC-busser på styrenivå, og vi har undersøkt hvordan spenningsvurderingen til radielle elektrolytiske kondensatorer påvirker kretsens pålitelighet i en egen artikkel. I det radielle formatet, CD11H ultra-høyspent lang levetid radial kondensator-serien er designet for vedvarende likespenning i mellom- og høyspenningsposisjoner.
CD11H Ultra-High Voltage Long-Life Radial aluminium elektrolytisk kondensator Suppli Nantong Xingchen Electron Co., Ltd. er Kina Wholesale CD11H Ultra-High Voltage Long-Life Radial Aluminium elektrolytisk kondensatorleverandør... Se produkt → Snap-in deler for kompakte høyeffekttrinn
Ved høyere effektnivåer tar snap-in kondensatorer over. Når en likeretter eller omformertrinn trenger høy kapasitans i en kompakt, tavlemontert pakke, kan en del som f.eks. CD297 ultra-høyspent lavlekkasje og lang levetid snap-in kondensatorserien tilbyr en høy nominell spenning samtidig som lekkasjestrømmen holdes lav.
CD297 Ultra-høy spenning, lav lekkasje, lang levetid Snap-In aluminium elektrolytisk C Nantong Xingchen Electron Co., Ltd. er Kina engros CD297 Ultra-høyspent, lav lekkasje, langvarig snap-in aluminium elektrolytisk hette ... Se produkt → Hva dette betyr for ditt design
Nedbrytningsspenning er et nyttig konsept for å forstå hvorfor kondensatorer svikter, men det er ikke en designparameter. Design med nominell spenning, respekter overspenningsgraden, og hold en reduksjonsmargin som samsvarer med den forbigående alvorlighetsgraden til kretsen din. En kondensator som drives med 60 til 80 prosent av den nominelle spenningen vil oppfylle levetidskravet; en som opereres på kanten av sin rating, kan ikke. Å velge en høyere spenningsklasse, og akseptere den tilhørende kassestørrelsen, er vanligvis en liten pris for forutsigbar ytelse.
For industrielle omformere som kjører med svært høye skinnespenninger og betydelig krusningsstrøm, er skrueterminalkonstruksjon ofte det praktiske formatet. CD136 høyspent høytemperatur skrueterminal kondensatorserien , for eksempel, er bygget for kontinuerlig drift ved høye omgivelsestemperaturer, noe som bidrar til å bevare produsentens spesifiserte spennings- og levetidsgrenser.
CD136 høyspent og høy temperatur motstandsdyktig terminal aluminium elektrolytisk Nantong Xingchen Electron Co., Ltd. er Kina engros CD136 høyspennings- og høytemperaturbestandig terminal aluminium elektrolytisk C... Se produkt → Før du fullfører et delenummer, mål eller simuler den verste spenningen ved kondensatorterminalene, inkludert rippel, belastningstrinn og oppstartsoverskridelse. Hvis toppen kommer innenfor 20 prosent av nominell spenning, gå til neste spenningsklasse. Levetidsestimatet ditt og pålitelighetsvurderingene dine vil begge være sunnere for det.
