Kas ir kondensatora noplūdes strāva un kā to samazināt

Kondensators ir visizplatītākā elektronikas sastāvdaļa, un to izmanto gandrīz visās elektronikas lietojumprogrammās. Tirgū ir pieejami daudzu veidu kondensatori, kas kalpo dažādiem mērķiem jebkurā elektroniskajā ķēdē. Tie ir pieejami dažādās vērtībās, sākot no 1 Pico-Farad līdz 1 Farad kondensatoram un Supercapacitor. Kondensatoram ir arī dažāda veida vērtējumi, piemēram, darba spriegums, darba temperatūra, nominālās vērtības pielaide un noplūdes strāva.

Kondensatora noplūdes strāva ir izšķirošs faktors lietojumprogrammai, it īpaši, ja to izmanto Power electronics vai Audio Electronics. Dažādi kondensatoru veidi nodrošina atšķirīgus noplūdes strāvas rādītājus. Bez ideāla kondensatora ar pareizu noplūdi izvēles ķēdei vajadzētu būt arī iespējai kontrolēt noplūdes strāvu. Tātad vispirms mums vajadzētu skaidri saprast kondensatora noplūdes strāvu.

Saistība ar dielektrisko slāni

Kondensatora noplūdes strāvai ir tieša saistība ar kondensatora dielektriku. Apskatīsim zemāk esošo attēlu -

Iepriekš redzamais attēls ir alumīnija elektrolītiskā kondensatora iekšējā konstrukcija. Alumīnija elektrolītiskajā kondensatorā ir maz detaļu, kas ir iesaiņotas kompaktā, cieši noslēgtā iepakojumā. Daļas ir anods, katods, elektrolīts, dielektriskā slāņa izolators utt.

Dielektriskais izolators nodrošina konduktora iekšpusē vadošās plāksnes izolāciju. Bet, tā kā šajā pasaulē nav nekā ideāla, izolators nav ideāls izolators un tam ir izolācijas pielaide. Sakarā ar to caur izolatoru plūst ļoti mazs strāvas daudzums. Šo strāvu sauc par noplūdes strāvu.

Izolatoru un strāvas plūsmu var pierādīt, izmantojot vienkāršu kondensatoru un rezistoru.

Rezistoram ir ļoti liela pretestības vērtība, ko var identificēt kā izolatora pretestībuun kondensatoru izmanto, lai atkārtotu faktisko kondensatoru. Tā kā rezistoram ir ļoti liela pretestības vērtība, caur rezistoru plūstošā strāva ir ļoti zema, parasti vairākos nanoamperos. Izolācijas pretestība ir atkarīga no dielektriskā izolatora veida, jo dažāda veida materiāli maina noplūdes strāvu. Zema dielektriskā konstante nodrošina ļoti labu izolācijas pretestību, kā rezultātā rodas ļoti zema noplūdes strāva. Piemēram, polipropilēna, plastmasas vai teflona tipa kondensatori ir zemas dielektriskās konstantes piemērs. Bet šiem kondensatoriem kapacitāte ir ļoti mazāka. Palielinot kapacitāti, palielinās arī dielektriskā konstante. Elektrolītiskajiem kondensatoriem parasti ir ļoti augsta kapacitāte, un noplūdes strāva ir arī augsta.

Atkarīgie kondensatora noplūdes strāvas faktori

Kondensatora noplūdes strāva parasti ir atkarīga no četriem faktoriem:

1. Dielektriskais slānis
2. Apkārtējās vides temperatūra
3. Temperatūras uzglabāšana
4. Lietotais spriegums

1. Dielektriskais slānis nedarbojas pareizi

Kondensatora uzbūvei nepieciešams ķīmisks process. Dielektriskais materiāls ir galvenā vadošo plākšņu atdalīšana. Tā kā dielektriskais ir galvenais izolators, noplūdes strāvai ir lielas atkarības no tā. Tāpēc, ja ražošanas procesā dielektriku atlaidina, tas tieši veicinās noplūdes strāvas palielināšanos. Dažreiz dielektriskajos slāņos ir piemaisījumi, kā rezultātā slānī ir vājums. Vājāks dielektriskais samazina strāvas plūsmu, kas vēl vairāk veicina lēnu oksidēšanās procesu. Ne tikai tas, bet arī nepareiza mehāniskā spriedze veicina kondensatora dielektrisko vājumu.

2. Apkārtējā temperatūra

Kondensatoram ir darba temperatūras vērtējums. Darba temperatūra var svārstīties no 85 grādiem pēc Celsija līdz 125 grādiem pēc Celsija vai pat vairāk. Tā kā kondensators ir ķīmiski veidota ierīce, temperatūrai ir tieša saistība ar ķīmisko procesu kondensatora iekšpusē. Noplūdes strāva parasti palielinās, ja apkārtējā temperatūra ir pietiekami augsta.

3. Kondensatora uzglabāšana

Kondensatora ilgstoša uzglabāšana bez sprieguma kondensatoram nav laba. Uzglabāšanas temperatūra ir arī svarīgs faktors noplūdes strāvu. Uzglabājot kondensatorus, oksīda slānim uzbrūk elektrolīta materiāls. Oksīda slānis sāk izšķīst elektrolīta materiālā. Dažāda veida elektrolīta materiālam ķīmiskais process ir atšķirīgs. Ūdens bāzes elektrolīts nav stabils, turpretī inerta šķīdinātāja bāzes elektrolīts oksidācijas slāņa samazināšanās dēļ rada mazāku noplūdes strāvu.

Tomēr šī noplūdes strāva ir īslaicīga, jo kondensatoram ir pašdziedinošas īpašības, ja to pieliek spriegumam. Sprieguma iedarbības laikā oksidācijas slānis sāk atjaunoties.

4. Lietotais spriegums

Katram kondensatoram ir nomināls spriegums. Tāpēc kondensatora izmantošana virs nominālā sprieguma ir slikta lieta. Ja spriegums palielinās, palielinās arī noplūdes strāva. Ja spriegums pāri kondensatoram ir lielāks par nominālo spriegumu, ķīmiskā reakcija kondensatora iekšpusē rada gāzes un noārda elektrolītu.

Ja kondensators tiek uzglabāts ilgu laiku, piemēram, gadiem ilgi, kondensators ir jāatjauno darba stāvoklī, dažas minūtes nodrošinot nominālo spriegumu. Šajā posmā oksidācijas slānis atkal izveidojās un atjauno kondensatoru funkcionālā stadijā.

Kā samazināt kondensatora noplūdes strāvu, lai uzlabotu kondensatora kalpošanas laiku

Kā minēts iepriekš, kondensatoram ir atkarība no daudziem faktoriem. Pirmais jautājums ir, kā tiek aprēķināts kondensatora kalpošanas laiks? Atbilde ir, aprēķinot laiku, līdz elektrolīts ir iztecējis. Elektrolītu patērē oksidācijas slānis. Noplūdes strāva ir galvenā sastāvdaļa, lai noteiktu, cik daudz oksidācijas slānis ir kavēts.

Tāpēc noplūdes strāvas samazināšana kondensatorā ir galvenā kondensatora dzīves galvenā sastāvdaļa.

1. Ražošana vai ražošanas iekārta ir kondensatora dzīves cikla pirmā vieta, kur kondensatori tiek rūpīgi ražoti, lai nodrošinātu zemu noplūdes strāvu. Jāveic piesardzība, lai dielektriskais slānis netiktu sabojāts vai apgrūtināts.

2. Otrais posms ir uzglabāšana. Kondensatori jāuzglabā atbilstošā temperatūrā. Nepareiza temperatūra ietekmē kondensatora elektrolītu, kas vēl vairāk pasliktina oksidācijas slāņa kvalitāti. Pārliecinieties, ka kondensatori darbojas pareizā apkārtējās vides temperatūrā, kas ir mazāka par maksimālo vērtību.

3. Trešajā posmā, kad kondensators ir pielodēts uz dēļa, lodēšanas temperatūra ir galvenais faktors. Tā kā elektrolītiskajiem kondensatoriem lodēšanas temperatūra var kļūt pietiekami augsta, vairāk nekā kondensatora viršanas temperatūra. Lodēšanas temperatūra ietekmē svina tapu dielektriskos slāņus un vājina oksidācijas slāni, kā rezultātā rodas liela noplūdes strāva. Lai to pārvarētu, katram kondensatoram ir pievienota datu lapa, kurā ražotājs nodrošina drošu lodēšanas temperatūru un maksimālo ekspozīcijas laiku. Jābūt uzmanīgiem attiecībā uz šiem vērtējumiem, lai droši darbotos attiecīgais kondensators. Tas attiecas arī uz virsmas montāžas ierīces (SMD) kondensatoriem, reflow lodēšanas vai viļņu lodēšanas maksimālā temperatūra nedrīkst pārsniegt maksimālo pieļaujamo vērtību.

4. Tā kā kondensatora spriegums ir svarīgs faktors, kondensatora spriegumam nevajadzētu pārsniegt nominālo spriegumu.

5. Kondensatora līdzsvarošana sērijveida savienojumā. Kondensators sērija savienojums ir mazliet sarežģīts darbs, lai līdzsvarotu noplūdes strāvu. Tas ir saistīts ar noplūdes strāvas nelīdzsvarotību, sadaliet spriegumu un sadaliet starp kondensatoriem. Katram kondensatoram sadalītais spriegums var būt atšķirīgs, un var būt iespēja, ka spriegums konkrētajā kondensatorā varētu būt lielāks par nominālo spriegumu, un kondensators sāk darboties nepareizi.

Lai pārvarētu šo situāciju, individuālajam kondensatoram pievieno divus augstas vērtības rezistorus, lai samazinātu noplūdes strāvu.

Zemāk redzamajā attēlā ir parādīta balansēšanas tehnika, kur divi sērijveida kondensatori tiek līdzsvaroti, izmantojot augstas vērtības rezistorus.

Izmantojot balansēšanas tehniku, var kontrolēt sprieguma starpību, ko ietekmē noplūdes strāva.