Elektrolytiske og polymere hybridkondensatorer har nesten samme design: de består av en katodeside og en anodeside, og begge er laget av aluminiumsfilm. Anodefilmen oksideres for å danne et aluminiumoksidlag, som danner dielektrikumet. De to filmene rulles opp ved hjelp av et isolasjonspapir for å danne det opprullede elementet (P1, P2).
P1
P2. Grunnleggende design av elektrolytiske og polymerkondensatorer
Forskjellen mellom de to kondensatorene er materialet som brukes i fyllingsprosessen, som er der navnet kommer fra: elektrolytiske kondensatorer er fylt med en elektrolytt, mens polymer hybridkondensatorer bruker en polymer elektrolytt eller en kombinasjon av faste og flytende polymerer.
Begge kondensatorene tilbyr mange fordeler, for eksempel liten størrelse, men høy kapasitansverdi, lav pris og egnethet for et bredt spekter av design, for eksempel SMD, THT eller snap-in design.
Polymerhybridkondensatorer har høyere rippelstrømkapasitet enn elektrolytiske kondensatorer, samt lavere indre motstand ved lave temperaturer og mer stabil kapasitans ved høye frekvenser. Ulempen med begge kondensatorteknologiene er deres begrensede levetid. Under drift vil elektrolytten eller den flytende polymeren krympe (P3).
P3. Elektrolytten eller flytende polymer diffunderer under drift, noe som forkorter levetiden til kondensatoren.
Arrhenius-ligningen kan grovt anslå levetiden til kondensatoren.
Den største faktoren som påvirker levetiden til elektrolytiske og polymer-hybridkondensatorer er kjernetemperaturen til kondensatoren, som stiger med omgivelsestemperaturen og nivået på krusningsstrømmen. I tillegg kan mekanisk stress på grunn av høy krusningsstrøm skade oksidlaget, noe som resulterer i en selvhelbredende effekt som forbruker ekstra elektrolytt. Selvhelbredende er evnen til elektrolytiske kondensatorer og polymerhybridkondensatorer til å gjenopprette oksidlaget gjennom en kjemisk reaksjon mellom elektrolytten og aluminium. Elektrolyttkrymping kan også føre til forringelse av elektriske parametere som kapasitans og parametere som ekvivalent seriemotstand (ESR) og tapsfaktor.
Slutt på levetiden er vanligvis stadiet der dataarkparametrene (vanligvis økningen i kapasitanstap og tapsfaktorprosent) ikke oppfylles.
Ved identifisering av kondensatorprodukter som oppfyller de elektriske parameterne under måldriften til sluttproduktet, kan brukeren bruke Arrhenius-ligningen for en innledende evaluering. Som vist i P4 er levetiden som funksjon av diffusjonskoeffisienten stort sett analog med Arrhenius-ligningen. Som en tommelfingerregel kan det derfor uttrykkes som følger: en reduksjon på 10 grader i driftstemperatur dobler levetiden.
P4. Både Arrhenius-ligningen og den empiriske metoden viser at en reduksjon i driftstemperatur på 50 grader F (10 C)
dobler levetiden til kondensatoren, og gir nesten konsistente resultater
Arrhenius-ligningen gir bare en grov veiledning, da den ikke tar hensyn til den betydelige effekten av krusningsstrøm på selvoppvarmingseffekten.
For å få en nøyaktig verdi for levetidsberegningen, anbefales det at brukeren samarbeider med riktig kondensatorleverandør. Denne beregningen krever at kunden oppgir en oppgaveprofil som viser de faktiske driftstimene i det aktuelle temperaturområdet.
P5. Eksempel på oppgaveprofil viser hvilke parametere leverandøren trenger for å nøyaktig beregne levetiden
Hver leverandør bruker en egen beregning for sine egne produkter, som inkluderer temperaturprofiler og krusningsstrømbelastninger. Derfor kan leverandørene bruke oppgaveprofilene oppgitt av kunden for detaljerte levetidsberegninger.
Dette forhindrer også bruk av overspesifiserte og dyrere kondensatorer.
Å øke overflaten på kjøleribben er en god måte å forbedre varmeavledningen og dermed forlenge levetiden til kondensatoren. For eksempel kan aktiv kjøling ved bruk av vifter eller vann sikre bedre varmeavledning. Brukere kan vurdere denne typen kjølekonsept når de skal verifisere komponenter og beregne levetid.
Koblingen av kjøleelementet til kondensatoren spiller også en nøkkelrolle.
Å koble kjøleelementet direkte til komponenten er ofte mer effektivt enn å plassere det på den andre siden av brettet. I tillegg må den perifere enheten til kondensatoren vurderes, siden den utstråler og absorberer varme samtidig gjennom pinnene, spesielt hvis krafthalvledere eller andre varmegenererende komponenter er installert i nærheten. Hvis empiriske data (f.eks. på-tilstand temperatur, strøm, spenning og frekvens) er tilgjengelig, kan denne varmeinngangen inkluderes i levetidsberegningen.
Hvis brukeren bruker termisk ledende pastaer eller pads, er deres termiske motstand den avgjørende faktoren. Jo lavere verdi, desto høyere termisk effektivitet. Hvis kjøleelementet må isoleres elektrisk, bør en isolerende termisk pasta eller en passende loddepute velges.
Dersom brukeren ønsker å utføre egne beregninger eller simuleringer, kan termiske motstandsmodeller fås fra leverandøren fra kjernen av kondensatoren (viklingselementet) til bena og pakken.
Hvis varmeavledningen og den termiske motstanden fra toppdekselet eller PCB til kjøleelementet er fullt forstått, kan ytterligere varmeavledning eller tilførsel utledes. Når den mulige varmespredningen er verifisert, kan leverandøren tillate bruk av høyere rippelstrømmer for kortoppsettet, forutsatt at den maksimale rippelstrømmen spesifisert av leverandøren ikke overskrides, da dette vil påføre kondensatoren en mekanisk belastning.
P6. Termisk ekvivalent kretsdiagram av kondensator
Når du velger et kondensatorprodukt, anbefales det at Arrhenius-ligningen brukes til å bestemme innledende veiledningsverdier. Ved å bruke oppgaveprofilen kan levetiden til kondensatoren valgt for applikasjonen beregnes nøyaktig, som også tar hensyn til graden av selvoppvarming forårsaket av krusningsstrømmen. For å maksimere kondensatorens levetid, bør brukeren undersøke mulige kjølekonsepter og involvere leverandøren eller distributøren i utviklingsfasen.