Els condensadors híbrids electrolítics i polímers tenen gairebé el mateix disseny: consten d'un costat del càtode i un costat de l'ànode, i tots dos estan fets de pel·lícula d'alumini. La pel·lícula de l'ànode s'oxida per formar una capa d'òxid d'alumini, que forma el dielèctric. Les dues pel·lícules s'enrotllen amb un paper aïllant per formar l'element enrotllat (P1, P2).
P1
P2. Disseny bàsic de condensadors electrolítics i polímers
La diferència entre els dos condensadors és el material utilitzat en el procés d'ompliment, d'on ve el nom: els condensadors electrolítics s'omplen amb un electròlit, mentre que els condensadors híbrids de polímer utilitzen un electròlit polimèric o una combinació de polímers sòlids i líquids.
Tots dos condensadors ofereixen molts avantatges, com ara una mida petita però un alt valor de capacitat, un baix cost i una idoneïtat per a una àmplia gamma de dissenys, com ara SMD, THT o dissenys encaixats.
Els condensadors híbrids de polímer tenen una capacitat de corrent d'ondulació més alta que els condensadors electrolítics, així com una menor resistència interna a baixes temperatures i una capacitat més estable a altes freqüències. El desavantatge d'ambdues tecnologies de condensadors és la seva vida útil limitada. Durant el funcionament, l'electròlit o el polímer líquid es reduirà (P3).
P3. L'electròlit o el polímer líquid es difon durant el funcionament, la qual cosa redueix la vida útil del condensador.
L'equació d'Arrhenius pot estimar aproximadament la vida útil del condensador.
El factor més important que afecta la vida útil dels condensadors híbrids electrolítics i polímers és la temperatura central del condensador, que augmenta amb la temperatura ambient i el nivell de corrent ondulat aplicat. A més, l'estrès mecànic a causa de l'elevat corrent ondulat pot danyar la capa d'òxid, donant lloc a un efecte d'autocuració que consumeix electròlit addicional. L'autocuració és la capacitat dels condensadors electrolítics i dels condensadors híbrids de polímers per restaurar la capa d'òxid mitjançant una reacció química entre l'electròlit i l'alumini. La contracció d'electròlits també pot provocar un deteriorament de paràmetres elèctrics com la capacitat i paràmetres com la resistència en sèrie equivalent (ESR) i el factor de pèrdua.
El final de la vida útil sol ser l'etapa on no es compleixen els paràmetres de la fulla de dades (normalment l'augment de la pèrdua de capacitat i el percentatge del factor de pèrdua).
Quan s'identifiquen productes de condensadors que compleixen els paràmetres elèctrics durant l'operació objectiu del producte final, l'usuari pot utilitzar l'equació d'Arrhenius per a una avaluació inicial. Com es mostra a P4, la vida útil en funció del coeficient de difusió és en gran mesura anàloga a l'equació d'Arrhenius. Així, com a regla general, es pot expressar de la següent manera: una reducció de 50 graus F (10 graus) de la temperatura de funcionament duplica la vida útil.
P4. Tant l'equació d'Arrhenius com el mètode empíric mostren que una disminució de la temperatura de funcionament de 50 graus F (10 C)
duplica la vida útil del condensador, proporcionant resultats gairebé consistents
L'equació d'Arrhenius només proporciona una guia aproximada, ja que no té en compte l'efecte significatiu del corrent ondulat sobre l'efecte d'autoescalfament.
Per obtenir un valor precís per al càlcul de la vida útil, es recomana que l'usuari treballi amb el proveïdor de condensadors adequat. Aquest càlcul requereix que el client proporcioni un perfil de tasques que detalli les hores de funcionament reals en el rang de temperatura corresponent.
P5. El perfil de tasques de mostra mostra quins paràmetres necessita el venedor per calcular amb precisió la vida útil
Cada proveïdor utilitza un càlcul independent per als seus propis productes, que inclou perfils de temperatura i càrregues de corrent ondulat. Per tant, els proveïdors poden utilitzar els perfils de tasques proporcionats pel client per a càlculs detallats de la vida útil.
Això també evita l'ús de condensadors sobreespecificats i més cars.
Augmentar la superfície del dissipador de calor és una bona manera de millorar la dissipació de calor i, per tant, allargar la vida útil del condensador. Per exemple, la refrigeració activa mitjançant l'ús de ventiladors o aigua pot garantir una millor dissipació de la calor. Els usuaris poden tenir en compte aquest tipus de concepte de refrigeració a l'hora de verificar components i calcular la vida útil.
La connexió de l'element de refrigeració al condensador també té un paper clau.
Connectar l'element de refrigeració directament al component sovint és més eficaç que col·locar-lo a l'altre costat del tauler. A més, cal tenir en compte la unitat perifèrica del condensador, ja que irradia i absorbeix calor simultàniament a través dels pins, especialment si s'instal·len semiconductors de potència o altres components generadors de calor a prop. Si es disposa de dades empíriques (per exemple, temperatura en estat, corrent, tensió i freqüència), aquesta entrada de calor es pot incorporar al càlcul de la vida útil.
Si l'usuari utilitza pastes o pastilles tèrmicament conductores, la seva resistència tèrmica és el factor decisiu. Com més baix sigui el valor, més gran serà l'eficiència tèrmica. Si l'element de refrigeració s'ha d'aïllar elèctricament, s'ha de seleccionar una pasta tèrmica aïllant o un coixinet de soldadura adequat.
Si l'usuari vol realitzar els seus propis càlculs o simulacions, es poden obtenir models de resistència tèrmica del proveïdor des del nucli del condensador (element de bobinat) fins a les potes i el paquet.
Si s'entenen completament la dissipació de calor i la resistència tèrmica de la coberta superior o PCB a l'element de refrigeració, es pot deduir una dissipació o subministrament de calor addicional. Un cop verificada la possible dissipació de calor, el proveïdor pot permetre l'ús de corrents d'ondulació superiors per a la disposició de la placa, sempre que no se superi la corrent d'ondulació màxima especificada pel proveïdor, ja que això imposaria una càrrega mecànica al condensador.
P6. Esquema del circuit tèrmic equivalent del condensador
En seleccionar un producte de condensador, es recomana utilitzar l'equació d'Arrhenius per determinar els valors de guia inicials. Mitjançant l'ús del perfil de la tasca, es pot calcular amb precisió la vida útil del condensador seleccionat per a l'aplicació, que també té en compte el grau d'autoescalfament causat pel corrent ondulat. Per tal de maximitzar la vida útil del condensador, l'usuari ha d'investigar possibles conceptes de refrigeració i implicar el proveïdor o distribuïdor durant la fase de desenvolupament.