Какво представлява кондензаторният ток на изтичане и как да го намалим

Кондензаторът е най-често срещаният компонент в електрониката и се използва в почти всяко приложение на електрониката. На пазара има много видове кондензатори за обслужване на различни цели във всяка електронна схема. Те се предлагат в много различни стойности от 1 Pico-Farad до 1 Farad кондензатор и Supercapacitor. Кондензаторът също има различни типове рейтинги, като работно напрежение, работна температура, толеранс на номиналната стойност и ток на утечка.

Токът на изтичане на кондензатор е решаващ фактор за приложението, особено ако се използва в силовата електроника или аудио електрониката. Различните видове кондензатори осигуряват различна номинална стойност на тока на утечка. Освен да избере перфектния кондензатор с подходящо изтичане, веригата трябва да има и способността да контролира тока на утечка. Така че първо трябва да имаме ясно разбиране за кондензаторния ток на изтичане.

Връзка с диелектричния слой

Токът на изтичане на кондензатор има пряка връзка с диелектрика на кондензатора. Нека видим изображението по-долу -

Горното изображение е вътрешна конструкция на алуминиевия електролитен кондензатор. Алуминиевият електролитен кондензатор има няколко части, които са капсулирани в компактна плътна опаковка. Частите са анод, катод, електролит, изолатор на диелектричен слой и др.

Диелектричният изолатор осигурява изолация на проводимата плоча вътре в кондензатора. Но тъй като няма нищо перфектно на този свят, изолаторът не е идеален изолатор и има толеранс на изолацията. Поради това през изолатора ще протече много ниско количество ток. Този ток се нарича ток на утечка.

Изолаторът и потокът на ток могат да бъдат демонстрирани с помощта на обикновен кондензатор и резистор.

Резисторът има много висока стойност на съпротивлението, което може да се определи като съпротивление на изолатораи кондензаторът се използва за възпроизвеждане на действителния кондензатор. Тъй като резисторът има много висока стойност на съпротивлението, токът, протичащ през резистора, е много нисък, обикновено в редица наноампери. Изолационното съпротивление зависи от вида на диелектричния изолатор, тъй като различен тип материали променят тока на утечка. Ниската диелектрична константа осигурява много добра устойчивост на изолация, което води до много нисък ток на утечка. Например, кондензаторите от полипропиленов, пластмасов или тефлонов тип са пример за ниска диелектрична константа. Но за тези кондензатори капацитетът е много по-малък. Увеличаването на капацитета увеличава и диелектричната константа. Електролитните кондензатори обикновено имат много висок капацитет и токът на изтичане също е висок.

Зависими фактори за кондензаторния ток на утечка

Токът на изтичане на кондензатор обикновено зависи от четири фактора:

1. Диелектричен слой
2. Температура на околната среда
3. Съхранение на температура
4. Приложено напрежение

1. Диелектричният слой не работи правилно

Кондензаторната конструкция изисква химичен процес. Диелектричният материал е основното разделяне между проводимите плочи. Тъй като диелектрикът е основният изолатор, токът на изтичане има големи зависимости от него. Следователно, ако диелектрикът се закали по време на производствения процес, това пряко ще допринесе за увеличаване на тока на утечка. Понякога диелектричните слоеве имат примеси, което води до слабост в слоя. По-слабият диелектрик намалява потока на тока, което допълнително допринася за бавния процес на окисляване. Не само това, но и неправилното механично напрежение също допринасят за диелектричната слабост в кондензатора.

2. Температура на околната среда

Кондензаторът има рейтинг на работната температура. Работната температура може да варира от 85 градуса по Целзий до 125 градуса по Целзий или дори повече. Тъй като кондензаторът е химически съставено устройство, температурата има пряка връзка с химичния процес в кондензатора. Токът на изтичане обикновено се увеличава, когато околната температура е достатъчно висока.

3. Съхранение на кондензатора

Съхраняването на кондензатор за дълго време без напрежение не е добро за кондензатора. Температурата на съхранение също е важен фактор за тока на утечка. Когато кондензаторите се съхраняват, оксидният слой се атакува от електролитния материал. Оксидният слой започва да се разтваря в електролитния материал. Химичният процес е различен за различните видове електролитни материали. Електролитът на водна основа не е стабилен, докато инертният електролит на основата на разтворител допринася за по-малко ток на изтичане поради намаляването на окислителния слой.

Този ток на изтичане обаче е временен, тъй като кондензаторът има самолечебни свойства, когато се прилага към напрежение. По време на излагането на напрежение окислителният слой започва да се регенерира.

4. Приложено напрежение

Всеки кондензатор има номинално напрежение. Следователно използването на кондензатор над номиналното напрежение е нещо лошо. Ако напрежението се увеличи, токът на изтичане също се увеличава. Ако напрежението в кондензатора е по-високо от номиналното напрежение, химическата реакция в кондензатора създава газове и разгражда електролита.

Ако кондензаторът се съхранява дълго време, например години, кондензаторът трябва да бъде възстановен в работно състояние чрез осигуряване на номинално напрежение за няколко минути. По време на този етап окислителният слой се изгражда отново и възстановява кондензатора във функционален етап.

Как да намалим изтичащия ток на кондензатора, за да подобрим живота на кондензатора

Както беше обсъдено по-горе, кондензаторът има зависимости с много фактори. Първият въпрос е как се изчислява живота на кондензатора? Отговорът е чрез изчисляване на времето до изчерпване на електролита. Електролитът се консумира от окислителния слой. Токът на утечка е основният компонент за измерване на степента на затрудняване на окислителния слой.

Следователно намаляването на тока на изтичане в кондензатора е основен ключов компонент за живота на кондензатора.

1. Производството или производственото съоръжение е първото място в жизнения цикъл на кондензатора, където кондензаторите са внимателно произведени за ток на ниско утечка. Трябва да се вземат предпазните мерки, за да не се повреди или затрудни диелектричният слой.

2. Вторият етап е съхранението. Кондензаторите трябва да се съхраняват при подходяща температура. Неправилната температура влияе върху кондензаторния електролит, което допълнително понижава качеството на окислителния слой. Уверете се, че работите с кондензаторите при подходяща околна температура, по-ниска от максималната стойност.

3. На третия етап, когато кондензаторът е запоен на платката, температурата на запояване е ключов фактор. Тъй като за електролитните кондензатори температурата на запояване може да стане достатъчно висока, повече от точката на кипене на кондензатора. Температурата на запояване влияе върху диелектричните слоеве през оловните щифтове и отслабва окислителния слой, което води до висок ток на утечка. За да се преодолее това, всеки кондензатор се доставя с лист с данни, където производителят осигурява безопасна номинална температура на запояване и максимално време на експозиция. Трябва да се внимава с тези оценки за безопасна работа на съответния кондензатор. Това е приложимо и за кондензаторите за повърхностно монтиране (SMD), пиковата температура на запояване или вълново запояване не трябва да надвишава максимално допустимия рейтинг.

4. Тъй като напрежението на кондензатора е важен фактор, напрежението на кондензатора не трябва да надвишава номиналното напрежение.

5. Балансиране на кондензатора в серийно свързване. Най връзката кондензатор серия е малко по-сложна работа, за да се балансира ток на утечка. Това се дължи на дисбаланса на тока на утечка, разделя напрежението и разделя между кондензаторите. Разделеното напрежение може да е различно за всеки кондензатор и може да има вероятност напрежението в даден кондензатор да е по-голямо от номиналното напрежение и кондензаторът да започне да работи неправилно.

За да се преодолее тази ситуация, два отделни резистора се добавят към отделния кондензатор, за да се намали токът на утечка.

На изображението по-долу е показана техниката на балансиране, където два кондензатора последователно са балансирани с помощта на резистори с висока стойност.

Чрез използването на балансираща техника може да се контролира разликата в напрежението, повлияна от тока на утечка.