Материал из Wiki.

Содержание 1 Теория 2 Керамические конденсаторы 3 Электролитические конденсаторы 3.1 Алюминиевые 3.2 Танталовые MnO2 конденсаторы 3.2.1 Танталовые полимерные конденсаторы 3.3 Полимерные 3.4 Ниобиевые 3.5 OS-CON 4 Металлопленочные конденсаторы 5 Ионисторы

Теория

теория, принципы, устройство, типы.

Конденсаторы различаются:

по типу диэлектрической системы - на керамические, металлопленочные, электролитические (алюминиевые и танталовые) и др;

по форме электродов - на плоские, цилиндрические, сферические и др.

по функциональному назначению - помехоподавляющие (в том числе проходные), силовые (фильтровые, сглаживающие, снабберные, косинусные) и др.

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы являются естественным элементом практически любой электронной схемы. Они применяются там, где необходима способность работать с сигналами меняющейся полярности, хорошие частотные характеристики, малые потери, незначительные токи утечки, небольшие габаритные размеры и низкая стоимость. Там же, где эти требования пересекаются, они практически незаменимы. Но проблемы, связанные с технологией их производства, отводили этому типу конденсаторов нишу устройств малой емкости. Действительно, керамический конденсатор на 10 мкФ еще недавно воспринимался как удивительная экзотика, и стоило такое чудо как горсть алюминиевых электролитических той же емкости и напряжения, либо как несколько аналогичных танталовых.

Однако развитие технологий позволило к настоящему времени сразу нескольким фирмам заявить о достижении их керамическими конденсаторами емкости в 100 мкФ и анонсировать начало производства еще больших значений еще до конца этого года. А сопровождающее этот процесс непрерывное падение цен на все изделия данной группы заставляет внимательнее присмотреться ко вчерашней экзотике, чтоб не отстать от технического прогресса и сохранить конкурентоспособность.

Электролитические конденсаторы

ECAP (Electrolytic Capacitors).Электролиты.

Алюминиевые

С радиальными выводами и для поверхностного монтажа. Алюминиевые электролитические конденсаторы обладают высокой ёмкостью, в пересчёте на единицу, низкой стоимостью и доступностью. Они широко применяются в импульсных блоках питания в качестве выходных фильтров с частотами до 150КГц. Однако рабочая частота в DC-DC преобразователях процессоров делает эти конденсаторы неподходящими. Паразитный ESR (ЭПС) очень высок в диапазоне частот от 150КГц и очень сильно зависит от температуры, по сравнению с конденсаторами других типов. Время жизни зависит от температуры, а потёки могут повредить контакты в PCB расположенные под конденсатором.

Танталовые MnO₂ конденсаторы

Танталовые конденсаторы с покрытием диоксидом марганца (MnO₂). Танталовые конденсаторы имеют лучшие характеристики, чем алюминиевые, за счёт использования более дорогой технологии. В них применяется сухой электролит, поэтому им не свойственно "высыхание" алюминиевых конденсаторов. Также они имеют более низкое активное сопротивление на высоких частотах (100 кГц), что важно при использовании в импульсных источниках питания. Термостабильность: в температурном диапазоне от –55°C до +125°C ёмкость изменяется примерно на ±15%. Токи утечки у них примерно такие же, как у алюминиевых тех же номиналов. Недостатком танталовых конденсаторов является относительно большое уменьшение ёмкости с увеличением частоты и повышенная чувствительность к переполюсовке и перегрузкам по напряжению, из-за которой рекомендуется использование с двойным запасом по рабочему напряжению, также как для обеспечения устойчивой работоспособности при температурах больших 85 градусов. Существует вероятность закорачивания при очень больших токах заряда при включении, сопровождаемого ярко-белой вспышкой и выделением дыма.

---

Танталовые полимерные конденсаторы

Танталовые конденсаторы с полимерным покрытием, предназначенные для поверхностного монтажа, сочетают в себе высокую ёмкость танталовых конденсаторов с высокой удельной проводимостью современных полимерных материалов.

В этих конденсаторах используется тот факт, что общее омическое сопротивление конденсатора складывается из суммы сопротивлений выводов, сопротивления перехода между подложкой и телом конденсатора и сопротивления внутренней структуры слоев. Оптимизация этой структуры оказывает наибольшее влияние на результирующее значение ESR. Проводимость полимеров, используемых для покрытия, в тысячу раз больше проводимости жидких электролитов, в сто раз больше проводимости диоксида марганца и почти в десять раз больше проводимости органического полупроводника (TCQN). Таким образом, можно получить значение ESR, равное всего нескольким миллиомам, — это в 3…5 раз меньше, чем у аналогичных танталовых конденсаторов с покрытием диоксидом марганца (MnO₂).

Благодаря сочетанию высокой ёмкости (от 33 до 1500 мкФ) и минимального значения ESR (от 6 до 80 мОм) полимерные конденсаторы позволяют разрабатывать малогабаритные источники питания привлекательной стоимости на небольшие рабочие напряжения (до 10 В).

Полимерные конденсаторы TOPcap компании EPCOS отличаются чрезвычайно низким значением ESR (до 6 мОм). Поэтому они идеально подходят для использования в сильноточных DC/DC преобразователях, где требуется выходное напряжение высокого качества.

Напряжение: 2.5…16 В

Ёмкость: 33…1500 мкФ

Температура окружающей среды: до +105°С (в некоторых приложениях до +125°С)

---

Полимерные

Полимерные алюминиевые конденсаторы обладают хорошими характеристиками на частотах работы конвертера питания. Они имеют хорошие характеристики выброса напряжения и могут использоваться при документированном напряжении.

Конденсаторы Hitano ERS (Low ESR)

Datasheet (180кВ)

---

Ниобиевые

Как усовершенствование технологии тантала появились ниобиевые конденсаторы. При сопоставимых условиях они имеют несколько больший ресурс. Например, при температуре 85°C алюминиевые конденсаторы имеют ресурс от 8 до 25 тысяч часов работы, танталовые - 100 тысяч часов, а ниобиевые - от 200 до 500 тысяч часов (год непрерывной работы - примерно 8200 часов).

На старых (80486, Pentium I) платах бывает изобилие ниобиевых конденсаторов, некоторые неполярные. Еще в 5,25" дисководах есть штуки по 2-3 и на HDD параллельно питанию (где теперь почти не ставят) так и в схеме. Ниобиевые иногда оранжевые, иногда синие "капли", но с выводами.

---

OS-CON

Существует класс дорогих и качественных алюминиевых конденсаторов OSCON с полимерным невысыхающим электролитом. Они обладают уникально низким ESR и используются только в качественных импульсных источниках питания. Эти конденсаторы обладают низким импедансом на частотах, обычно используемых в конвертере, низким и стабильным ESR при разной частоте и температуре. Обычно отклонение ёмкости составляет ±20%, что лучше, чем у алюминиевых электролитов. Конденсаторы OS-CON работают при документированном токе без ухудшения параметров, связанных с температурой.

Для сравнения, значение ESR OSCON-конденсаторов выражается десятками миллиомов при напряжении до 25 В. Однако применение свернутой в пакет алюминиевой фольги в цилиндрическом корпусе для «как бы» поверхностного монтажа требует установочной высоты конденсатора не менее 5.5 мм при размерах основания 4.3 x 4.3 мм. Этот факт в сочетании с тем, что в OSCON-конденсаторах используется экологически опасный полимерный гель, содержащий соли тетрацианхининдиметана (TCQN), привел к тому, что в последние годы доля этих конденсаторов на рынке значительно уменьшилась в пользу других технологий.

---

Металлопленочные конденсаторы

 

Ионисторы

 

Ионисторы, известные в зарубежной технической литературе как конденсаторы с двойным электрическим слоем (double-layer capacitors), суперконденсаторы (super-capacitors) и ультра конденсаторы (ultra capacitors) - электрохимические компоненты, предназначенные для хранения электрической энергии. Это конденсатор с органическим электролитом, обкладками в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита. По удельной мощности и скорости доступа к запасенной энергии они занимают промежуточное положение между электролитическими конденсаторами большой емкости и аккумуляторами, отличаясь от них принципом действия - перераспределением зарядов в электролите и их концентрации на границе между электродом и электролитом.

В связи с тем, что толщина двойного электрического слоя (то есть расстояние между обкладками конденсатора) очень мала, ионисторы имеют бо?льшие ёмкости по сравнению с обычными конденсаторами того же размера. К тому же, использование двойного электрического слоя вместо обычного диэлектрика позволяет намного увеличить площадь поверхности электрода, например, путём использования пористых материалов, таких как активированный уголь или вспененные металлы. Типичная ёмкость ионистора несколько фарад при номинальном напряжении 2-10 вольт.

Первые ионисторы были разработаны компанией Standard Oil Company в 1966.

В 1997 году исследователи из CSIRO разработали супер-конденсатор, который мог хранить большой заряд за счёт использования плёночных полимеров в качестве диэлектрика. Электроды были сделаны из углеродных нанотрубок. У обычных конденсаторов удельная энергия составляет 0.5 Вт·ч/кг, а у конденсаторов PET она была в 4 раза больше.

С появлением ионистров стало возможным использовать конденсаторы в электрических схемах не только как преобразующий элемент, но и как источник тока. Такие элементы имеют несколько преимуществ над обычными химическими источниками тока — гальваническими элементами и аккумуляторами:

• Высокие скорости зарядки и разрядки.
• Слабая деградация после сотен тысяч циклов.
• Малый вес.
• Низкая токсичность материалов.
• Высокая эффективность (более 95 %).

Недостатки:

• Удельная энергия меньше (3-5 Вт·ч/кг при 30-40 Вт·ч/кг для батареек).
• Напряжение зависит от степени заряжённости.