Čo je to zvodový prúd kondenzátora a ako ho znížiť

Kondenzátor je najbežnejšou súčasťou v elektronike a používa sa takmer v každej elektronickej aplikácii. Na trhu existuje veľa typov kondenzátorov slúžiacich na rôzne účely v akomkoľvek elektronickom obvode. Sú dostupné v mnohých rôznych hodnotách od 1 Pico-Farada po 1 Faradov kondenzátor a Supercapacitor. Kondenzátor má tiež rôzne typy hodnotení, ako napríklad pracovné napätie, pracovná teplota, tolerancia menovitej hodnoty a zvodový prúd.

Zvodový prúd kondenzátora je pre aplikáciu rozhodujúcim faktorom, najmä ak sa používa v výkonovej elektronike alebo audio elektronike. Rôzne typy kondenzátorov poskytujú rôzne hodnoty zvodového prúdu. Okrem výberu dokonalého kondenzátora so správnym únikom by obvod mal mať tiež schopnosť riadiť únikový prúd. Najprv by sme teda mali jasne pochopiť únikový prúd kondenzátora.

Vzťah s dielektrickou vrstvou

Únikový prúd kondenzátora má priamy vzťah s dielektrikom kondenzátora. Pozrime sa na nasledujúci obrázok -

Vyššie uvedený obrázok je vnútornou konštrukciou hliníkového elektrolytického kondenzátora. Hliníkový elektrolytický kondenzátor má niekoľko častí, ktoré sú zapuzdrené v kompaktnom tesnom obale. Časti sú anóda, katóda, elektrolyt, izolátor dielektrickej vrstvy atď.

Dielektrický izolátor poskytuje izoláciu vodivej dosky vo vnútri kondenzátora. Ale pretože na tomto svete nie je nič dokonalé, izolátor nie je ideálnym izolátorom a má izolačnú toleranciu. Z tohto dôvodu bude cez izolátor tiecť veľmi malé množstvo prúdu. Tento prúd sa nazýva zvodový prúd.

Izolátor a tok prúdu je možné demonštrovať pomocou jednoduchého kondenzátora a odporu.

Rezistor má veľmi vysokú hodnotu odporu, ktorú možno identifikovať ako odpor izolátoraa kondenzátor sa používa na replikáciu skutočného kondenzátora. Pretože rezistor má veľmi vysokú hodnotu odporu, prúd pretekajúci rezistorom je veľmi nízky, zvyčajne v niekoľkých nanoampéroch. Izolačný odpor závisí od typu dielektrického izolátora, pretože rozdielny typ materiálov mení únikový prúd. Nízka dielektrická konštanta poskytuje veľmi dobrý izolačný odpor, čo má za následok veľmi nízky zvodový prúd. Napríklad kondenzátory polypropylénového, plastového alebo teflónového typu sú príkladom nízkej dielektrickej konštanty. Ale pre tieto kondenzátory je kapacita veľmi malá. Zvyšovanie kapacity tiež zvyšuje dielektrickú konštantu. Elektrolytické kondenzátory majú zvyčajne veľmi vysokú kapacitu a zvodový prúd je tiež vysoký.

Závislé faktory pre únikový prúd kondenzátora

Únikový prúd kondenzátora všeobecne závisí od nasledujúcich štyroch faktorov:

1. Dielektrická vrstva
2. Teplota okolia
3. Skladovacia teplota
4. Aplikované napätie

1. Dielektrická vrstva nefunguje správne

Konštrukcia kondenzátora vyžaduje chemický proces. Dielektrický materiál je hlavnou separáciou medzi vodivými doskami. Pretože dielektrikum je hlavným izolátorom, má s ním zvodový prúd veľké závislosti. Preto, ak sa dielektrikum počas výrobného procesu temperuje, priamo to prispeje k zvýšeniu zvodového prúdu. Niekedy majú dielektrické vrstvy nečistoty, čo vedie k oslabeniu vrstvy. Slabšie dielektrikum znižuje tok prúdu, čo ďalej prispieva k procesu pomalej oxidácie. Nielen to, ale nesprávne mechanické napätie tiež prispieva k dielektrickej slabosti kondenzátora.

2. Okolitá teplota

Kondenzátor má hodnotenie pracovnej teploty. Pracovná teplota sa môže pohybovať od 85 stupňov Celzia do 125 stupňov Celzia alebo aj viac. Pretože kondenzátor je chemicky zložené zariadenie, teplota má priamy vzťah s chemickým procesom vo vnútri kondenzátora. Zvodový prúd sa všeobecne zvyšuje, keď je okolitá teplota dostatočne vysoká.

3. Skladovanie kondenzátora

Dlhodobé skladovanie kondenzátora bez napätia nie je pre kondenzátor dobré. Teplota skladovania je tiež dôležitým faktorom pre unikajúci prúd. Keď sú kondenzátory uskladnené, vrstva oxidu je napadnutá elektrolytickým materiálom. Oxidová vrstva sa začne rozpúšťať v elektrolytickom materiáli. Chemický proces sa líši pre rôzne typy elektrolytových materiálov. Elektrolyt na báze vody nie je stabilný, zatiaľ čo elektrolyt na báze inertného rozpúšťadla prispieva menším únikovým prúdom v dôsledku redukcie oxidačnej vrstvy.

Tento zvodový prúd je však dočasný, pretože kondenzátor má samočinne sa zotavujúce vlastnosti po pripojení k napätiu. Počas vystavenia napätiu sa oxidačná vrstva začne regenerovať.

4. Aplikované napätie

Každý kondenzátor má menovité napätie. Preto je použitie kondenzátora nad menovité napätie zlá vec. Ak sa napätie zvýši, zvýši sa aj zvodový prúd. Ak je napätie na kondenzátore vyššie ako menovité napätie, chemická reakcia vo vnútri kondenzátora vytvára plyny a degraduje elektrolyt.

Ak je kondenzátor skladovaný dlhší čas, napríklad roky, je potrebné kondenzátor uviesť do pracovného stavu poskytnutím menovitého napätia na niekoľko minút. V priebehu tohto stupňa sa oxidačná vrstva znova vytvorila a obnovuje kondenzátor vo funkčnom stupni.

Ako znížiť únikový prúd kondenzátora na zlepšenie životnosti kondenzátora

Ako bolo uvedené vyššie, kondenzátor má závislosti od mnohých faktorov. Prvá otázka je, ako sa počíta životnosť kondenzátora? Odpoveď je vypočítaním času do vyčerpania elektrolytu. Elektrolyt je spotrebovaný oxidačnou vrstvou. Zvodový prúd je primárnou zložkou na meranie toho, ako veľmi je oxidačná vrstva obmedzená.

Preto je zníženie zvodového prúdu v kondenzátore hlavnou kľúčovou zložkou počas životnosti kondenzátora.

1. Výroba alebo výrobný závod je prvým miestom životného cyklu kondenzátora, kde sa kondenzátory starostlivo vyrábajú pre nízky zvodový prúd. Je potrebné prijať preventívne opatrenie, aby nedošlo k poškodeniu alebo narušeniu dielektrickej vrstvy.

2. Druhou etapou je skladovanie. Kondenzátory je potrebné skladovať pri správnej teplote. Nesprávna teplota ovplyvňuje elektrolyt kondenzátora, čo ďalej zhoršuje kvalitu oxidačnej vrstvy. Uistite sa, že kondenzátory prevádzkujete pri správnej teplote okolia, ktorá je nižšia ako maximálna hodnota.

3. V tretej etape, keď je kondenzátor spájkovaný na doske, je teplota spájkovania kľúčovým faktorom. Pretože pre elektrolytické kondenzátory môže byť teplota spájkovania dostatočne vysoká, viac ako teplota varu kondenzátora. Teplota spájkovania ovplyvňuje dielektrické vrstvy cez olovené kolíky a oslabuje oxidačnú vrstvu, čo vedie k vysokému zvodovému prúdu.. Aby sa to prekonalo, každý kondenzátor je dodávaný s údajovým listom, kde výrobca poskytuje bezpečné hodnotenie teploty spájkovania a maximálny čas pôsobenia. Je potrebné byť opatrný pri týchto hodnoteniach pre bezpečnú prevádzku príslušného kondenzátora. To platí aj pre kondenzátory povrchovej montáže (SMD), špičková teplota spájkovania po opakovanom spájaní alebo spájkovania vlnou by nemala presahovať maximálne prípustné hodnoty.

4. Pretože napätie kondenzátora je dôležitým faktorom, nemalo by napätie kondenzátora presiahnuť menovité napätie.

5. Vyváženie kondenzátora v sériovom zapojení. Pripojenie kondenzátor séria je trochu zložitejšia úloha vyrovnať unikajúci prúd. Je to spôsobené nerovnováhou zvodového prúdu, ktorý rozdeľuje napätie a rozdeľuje sa medzi kondenzátory. Rozdelené napätie môže byť pre každý kondenzátor odlišné a môže existovať šanca, že napätie na konkrétnom kondenzátore môže byť väčšie ako menovité napätie a kondenzátor začne fungovať nesprávne.

Na prekonanie tejto situácie sa do jednotlivého kondenzátora pridajú dva vysoko hodnotné odpory, aby sa znížil zvodový prúd.

Na nasledujúcom obrázku je znázornená vyvažovacia technika, pri ktorej sú dva kondenzátory v sérii vyvážené pomocou vysokohodnotných rezistorov.

Použitím techniky vyváženia je možné riadiť rozdiel napätia ovplyvnený unikajúcim prúdom.