Конденсаторы твердотельные маркировка: Маркировка конденсаторов — цифровая, цветная её расшифровка

Полимерные и гибридные конденсаторы: конструкции, характеристики, приложения

Конденсаторы, построенные на основе проводящих полимеров, характеризуются отличными электрическими характеристиками и высокой надежностью. Гибридная технология сочетает в себе преимущества электролитических и полимерных конденсаторов. В данной статье рассматриваются основные вопросы, касающиеся полимерных и гибридных конденсаторов.

С первого взгляда конденсаторы кажутся достаточно простыми электронными компонентами, но подобрать оптимальный конденсатор с каждым годом становится все сложнее. Дело в том, что за последние несколько лет разнообразие присутствующих на рынке компонентов значительно расширилось. В значительной степени это стало следствием развития полимерных конденсаторов (рис. 1).

Рис. 1. Разнообразие конденсаторов значительно увеличилось, в том числе благодаря развитию полимерных конденсаторов

В полимерных конденсаторах проводящий слой полимера выступает в качестве электролита. В гибридных конденсаторах полимер используется в сочетании с жидким электролитом. В любом случае, полимерные конденсаторы превосходят обычные электролитические и керамические конденсаторы по целому ряду характеристик:

• по электрическим параметрам;
• по уровню стабильности;
• по долговечности;
• по надежности;
• по безопасности;
• по стоимость жизненного цикла.

Различные полимерные и гибридные конденсаторы оказываются весьма близки по уровню напряжений, частотным характеристикам, рабочим параметрам окружающей среды и другим требованиям эксплуатации. В данной статье даются рекомендации по выбору оптимального конденсатора. В ней также рассматриваются конкретные приложения, в которых полимерные или гибридные конденсаторы будут более оптимальным выбором по сравнению с традиционными электролитическими или даже керамическими конденсаторами.

Конструктивные исполнения полимерных конденсаторов

Полимерные конденсаторы имеют четыре конструктивных исполнения с учетом гибридного варианта. Между собой они отличаются типом корпуса, материалами электролита и электродов.

Многослойные полимерные алюминиевые конденсаторы используют проводящий полимер в качестве электролита и имеют алюминиевый катод (рис. 2). Эти конденсаторы перекрывают диапазон рабочих напряжений 2…35 В и характеризуются емкостью 2,2…560 мкФ. Отличительной чертой данного типа полимерных конденсаторов является их чрезвычайно низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Например, некоторые из полимерных конденсаторов SP-Cap™ от Panasonic имеют значения ESR от 3 мОм, что является одним из самых низких значений в отрасли. Конденсаторы SP-Cap покрыты защитным слоем компаунда и предназначены для поверхностного монтажа. Благодаря хорошим электрическим характеристикам и компактному размеру они находят свое применение в различных портативных электронных устройствах и в других приложениях, требующих низкопрофильных компонентов, которые не будут мешать установке радиаторов.

Рис. 2. Конструкция многослойного полимерного конденсатора

Выводные полимерные алюминиевые конденсаторы также используют алюминиевые обкладки и проводящий полимер в качестве электролита, но имеют рулонную конструкцию (рис. 3).

Рис. 3. Конструкция выводного полимерного конденсатора

По сравнению с другими типами полимерных конденсаторов конденсаторы с рулонной конструкцией перекрывают более широкий диапазон рабочих напряжений и емкостей. Для них диапазон напряжений составляет 2,5…100 В, а диапазон емкостей 3,3…2700 мкФ. Как и рассмотренные выше многослойные полимерные конденсаторы, рулонные конденсаторы характеризуются чрезвычайно низкими значениями ESR. Некоторые из конденсаторов OS-CON™ от Panasonic имеют значения ESR мене 5 мОм (рис. 4). Существуют рулонные конденсаторы для поверхностного монтажа, хотя они все равно являются не столь компактными, как многослойные полимерные конденсаторы.

Рис. 4. Внешний вид конденсаторов OS-CON™ от Panasonic

Полимерные танталовые конденсаторы используют проводящий полимер в качестве электролита, а катод у них изготовлен из тантала (рис. 5).

Рис. 5. Конструкция полимерного танталового конденсатора

Полимерные танталовые конденсаторы охватывают диапазон рабочих напряжений 2…35 В и диапазон емкостей 3,9…1500 мкФ. Они также характеризуются низким значением ESR. Например, у некоторых моделей конденсаторов POSCAP™ от Panasonic значения ESR начинаются от 5 мОм (рис. 6). Конденсаторы POSCAP предназначены для поверхностного монтажа и являются самыми компактными на рынке. Например, размер POSCAP M составляет всего 2,0 x 1,25 мм. Существуют также и другие варианты типоразмеров.

Рис. 6. Внешний вид конденсаторов POSCAP™ от Panasonic

Полимерные гибридные алюминиевые конденсаторы. Как следует из их названия, эти конденсаторы используют комбинацию жидкого и твердого электролита (проводящего полимера) и алюминий в качестве катода (рис. 7). Такая конструкция заимствует лучшие качества у различных типов конденсаторов. В частности полимер обеспечивает низкое значение ESR. В то же время, жидкая часть электролита может выдерживать высокие напряжения и гарантирует повышенную удельную емкость благодаря большой эффективной площади электродов. Гибридные конденсаторы характеризуются диапазоном рабочих напряжений 25…80 В и емкостью 10…330 мкФ. ESR у гибридных конденсаторов составляет 20…120 мОм, что выше, чему других полимерных конденсаторов, однако такой результат можно считать отличным, учитывая, что их используют в мощных приложениях.

Рис. 7. Конструкция гибридного полимерного алюминиевого конденсатора

Преимущества полимерных конденсаторов

Несмотря на различия в конструктивном исполнении и перечне используемых материалов, все рассмотренные выше типы полимерных конденсаторов имеют целый ряд общих важных достоинств:

Чтобы подтвердить самовосстанавливающуюся природу полимерных и гибридных конденсаторов, было проведено множество испытаний. В одном из тестов сравнивались полимерные конденсаторы SP-Cap от Panasonic с обычными конденсаторами Tantalum-MnO2. Полимерные конденсаторы без проблем выдерживали короткие импульсы тока до 7 А, в то время как танталовые конденсаторы начинали «дымиться» уже при 3 А и загорались при 5 А. Подобное повышение безопасности имеет важные схемотехнические и финансовые последствия. Обычно, чтобы обеспечить безопасность при использовании танталовых конденсаторов, рабочее напряжение выбирается на 30-50% меньше, чем указанный для них рейтинг напряжения. Это приводит к необходимости использования более высоковольтных танталовых конденсаторов с меньшей емкостью, а значит к росту числа конденсаторов и увеличению стоимости. Для полимерных конденсаторов Panasonic, напротив, гарантируется безотказная работа даже при напряжениях 90% от номинала.

Рассмотрим отдельно преимущества гибридных полимерных конденсаторов.

Преимущества гибридных полимерных конденсаторов

Рабочие частоты современных электронных устройств постоянно увеличиваются, а их габариты наоборот уменьшаются. Это делает гибридные конденсаторы все более привлекательными для самых разнообразных приложений.

Как уже было сказано выше, гибридные конденсаторы характеризуются отличной стабильностью параметров при работе на повышенных частотах. Они также обладают и целым рядом других преимуществ, которые делают их оптимальным выбором для таких приложений как компьютерные серверы, устройства резервного копирования, а также приводы электродвигателей, блоки управления автомобильным двигателем, камеры безопасности и светодиодное освещение.

Среди достоинств гибридных конденсаторов следует выделить:

Компактность и надежность гибридных конденсаторов совместно обеспечивают значительную экономическую выгоду, несмотря на высокую стоимость этих компонентов. Например, способность выдерживать значительные импульсные токи приводит к увеличению срока службы и снижению общей стоимости на 20%. В рассмотренном выше примере с блоком питания 48 В, стоимость гибридных конденсаторов составила только 50% от стоимости алюминиевых электролитов. Такая экономия стала возможной благодаря сокращению размера печатной платы, увеличению срока службы и уменьшению стоимости гарантийного обслуживания.

Теперь, когда проанализированы основные достоинства полимерных и гибридных конденсаторов, рассмотрим основные области их применения.

Полимерные и гибридные конденсаторы для IT-инфраструктуры

Слабым звеном в оборудовании для IT-сферы являются конденсаторы, используемые в источниках питания. Наиболее распространенной причиной преждевременного отказа электролитических конденсаторов становится высыхание жидкого электролита, что является следствием длительной работы в условиях повышенной температуры. Обычные танталовые конденсаторы являются одним из возможных решений этой проблемы. Однако, как было сказано выше, танталы оказываются весьма чувствительными к перенапряжениям. По этой причине, чтобы защититься от потенциального возгорания, разработчикам приходится использовать танталы при напряжениях меньше номинального.

Другим решением проблемы высыхания электролита становятся современные полимерные конденсаторы, которые позволяют увеличить жизненный цикл и надежность IT-оборудования, такого как серверы, коммутаторы, маршрутизаторы и модемы.

Полимерные конденсаторы с рулонной конструкцией, в частности OS-CON, не имеют жидкого электролита и поэтому имеют чрезвычайно долгий срок службы. Танталовые полимерные конденсаторы, например POSCAP, не содержат кислорода. Поэтому они не склонны к возгоранию при пробое. Конденсаторы SP-Cap имеют аналогичное «безопасное» поведение при отказе.

Все три семейства полимерных конденсаторов также обладают и другими важными достоинствами, востребованными в данном сегменте электронного оборудования:

• компактные размеры;
• низкое сопротивление ESR;
• способность выдерживать значительные импульсные токи;
• значительный срок службы.

Полимерные и гибридные конденсаторы для автомобильных приложений

Полимерные конденсаторы все чаще используются в автомобильной электронике. В частности полимерные и гибридные конденсаторы от Panasonic отвечают следующим требованиям:

• Семейства POSCAP, OS-CON, а также гибридные полимерные конденсаторы соответствуют стандартам AEC.
• Конденсаторы производятся на сертифицированном предприятии.
• При производстве используется Production Part Approval Process (PPAP).

Полимерные и гибридные конденсаторы для промышленных приложений

Количество электронных устройств, используемых в промышленности, постоянно растет. Это приводит к необходимости повышения надежности, в том числе и конденсаторов. Задача усложняется тем фактом, что промышленные условия эксплуатации зачастую оказываются достаточно агрессивными.

Полимерные и гибридные конденсаторы идеально подходят для промышленных приложений, поскольку они обладают целым рядом важных достоинств:

• Длительный срок службы. Это преимущество особенно важно для промышленных установок со значительным сроком эксплуатации.
• Способность выдерживать значительные импульсные токи. Высокие импульсные токи являются следствием работы электродвигателей и емкостной нагрузки.
• Высокая рабочая температура. В промышленности оборудование зачастую эксплуатируется при повышенных температурах.
• Высокие рабочие напряжения.
• Высокая удельная емкость.

В качестве конкретных промышленных приложений для полимерных и гибридных конденсаторов можно привести приводы электродвигателей, силовые инверторы и промышленное освещение. Полимерные конденсаторы, например, POSCAP и SP-Cap могут применяться в системах управления и промышленных контроллерах, благодаря отличным электрическим характеристикам и компактным габаритам.

Заключение

Полимерные конденсаторы выпускаются с 1990 года. При этом они продолжают развиваться, как с точки зрения электрических характеристик, так и с точки зрения уменьшения габаритов. В качестве примера можно рассмотреть линейку многослойных алюминиевых полимерных конденсаторов от Panasonic. Новые модели будут обладать еще меньшим последовательным сопротивлением (от 2 мОм) и еще большей емкостью (до 680 мкФ).

Новые танталовые полимерные конденсаторы также демонстрируют снижение ESR и уменьшение габаритов. Например, от конденсаторов типоразмера B с габаритами 3,5×2,8 мм следует ожидать падения ESR с 9 до 6 мОм.

Линейки гибридных конденсаторов также развиваются. Например, Panasonic предлагает новые модели с напряжениями 16 В и 100 В. Кроме того, срок службы и устойчивость к броскам тока для них будут увеличены.

Эти постоянные технические усовершенствования делают полимерные и гибридные конденсаторы все более привлекательной альтернативой традиционным танталовым конденсаторам и многослойным керамическим конденсаторам (MLCC).

Автор: Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)

Производители: Panasonic

Разделы: Конденсаторы электролитические танталовые, Конденсаторы электролитические алюминиевые

Опубликовано: 06. 11.2018

Конденсаторы Panasonic. Часть 3. Полимеры

16 августа 2019

универсальное применениеPanasonic Industrial Europe GmbHстатьяпассивные ЭК и электромеханика

Виктор Чистяков (г. Малоярославец)

Преимущества полимерных и полимерно-гибридных конденсаторов Panasonic над остальными типами конденсаторов – прекрасные частотные характеристики, самовосстановление, стабильная емкость и увеличенный срок службы. 

На сегодняшний день среди выпускаемых Panasonic конденсаторов имеются четыре семейства с использованием электропроводящих полимеров (одно из них гибридное): SP-Cap, POSCAP, OS-CON, Hybrid. SP-Cap выполнены в низкопрофильном корпусе SMD. Они выделяются небольшим эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) и столь же малым значением ESL (эквивалентной последовательной индуктивности), также у них – повышенное рабочее напряжение.

Полимерно-танталовые POSCAP также выпускаются в компактном корпусе SMD, они имеют низкое ESR, повышенные емкость и рабочее напряжение. OS-CON выпускаются как в SMD, так и в цилиндрических корпусах. Они выделяются высоким рабочим напряжением и допускают повышенные пульсации тока.

Гибридные конденсаторы с проводящим полимером имеют увеличенное рабочее напряжение (80 В). У них низкое ESR, а прогнозируемая длительность эксплуатации (Endurance) составляет 4000 часов при рабочей температуре 125℃.

Все разновидности этих конденсаторов обладают целым рядом преимуществ в сравнении с обычными устройствами – керамикой, танталами, пленкой, электролитами. Особенности полимерной структуры этих конденсаторов представлены на рисунке 1. Как видим, электроды изготавливают из разных материалов, а в качестве электролита везде применяют электропроводящий полимер. Электроды делают из серебра, алюминия или тантала. Изолирующую пленку изготавливают из оксида алюминия или тантала.

Рис. 1. Структуры полимерных конденсаторов

В многослойных SP-Cap используют полимерный электролит и анод из алюминия. Диапазон номинальных емкостей у этого семейства 10…560 мкФ, а номинальные напряжения 2…35 В. Конденсаторы SP-Cap отличаются очень небольшим ESR: 3 миллиома и менее. Это одни из самых малых значений.

SP-Cap имеют компактный низкопрофильный корпус из компаунда (рисунок 2), они широко применяются в портативной электронике.

Рис. 2. Полимер-алюминиевые конденсаторы SP-Cap

Конденсаторы OS-CON (рисунок 3) в цилиндрическом корпусе также используют электропроводящий полимер и алюминий. Номинальное напряжение у них 2…100 В, а емкость — 3,3…2700 мкФ. ESR у некоторых серий достигает 5 мОм. OS-CON также предназначены для поверхностного монтажа, но они и не столь компактные, как многослойные SP-Cap.

Рис. 3. Рулонные полимер-алюминиевые конденсаторы OS-CON

Конденсаторы POSCAP (рисунок 4) имеют танталовый анод и электролит из электропроводящего полимера. Рабочее напряжение составляет 2…35 В, данные конденсаторы имеют малые значения ESR и ESL, а номинальная емкость в диапазоне 3,9…1500 мкФ имеет стабильное значение в широкой полосе частот и при повышенной температуре.

Рис. 4. Полимер-танталовые конденсаторы POSCAP

В полимер-гибридных конденсаторах (рисунок 5) используют электролит совместно с электропроводящим полимером. В этом случае достигается повышенная проводимость и малое ESR. Жидкий электролит помогает работать при повышенном напряжении, а увеличенная эффективная поверхность электродов обеспечивает повышенную емкость. Рабочее напряжение гибридных конденсаторов составляет 25…80 В, а емкость 10…470 мкФ. Величина ESR находится в диапазоне 20…120 мОм. Она выше, чем у остальных полимерных семейств, но для цепей повышенной мощности все равно достаточно малая.

Рис. 5. Полимер-гибридные алюминиевые конденсаторы

В таблице 1 перечислены основные характеристики и различия полимерных семейств. Более детально познакомиться с особенностями технологии можно, посмотрев видеоролик.

Таблица 1. Сравнение полимерных конденсаторов Panasonic

Преимущества полимерных конденсаторов

При всех имеющихся различиях в конструкции и материалах, все четыре полимерных семейства конденсаторов Panasonic обладают и общим рядом важных достоинств в сравнении с другими популярными сегодня типами электролитических конденсаторов.

Прекрасные частотные характеристики

Благодаря очень малому ESR все полимерные семейства отличает пониженный импеданс в резонансной области частот, что позволяет пропускать через них повышенный импульсный ток в цепях питания. При тестировании оказалось, что пиковое импульсное напряжение при фильтрации помех (AC Ripple) здесь в пять раз ниже, чем на обычных танталовых конденсаторах, также отличающихся низким ESR.

Рис. 6. Сглаживание пульсаций тока на выходе источника питания

Механизм самовосстановления

Обеспечить повышенную надежность и безопасность в сложных условиях эксплуатации при повышенной температуре помогает присущий полимерным конденсаторам механизм самовосстановления.

Бывает так, что при перегрузках по напряжению, а также из-за случайных механических воздействий в обычном электролитическом конденсаторе происходит пробой диэлектрика, вызывающий выход конденсатора из строя, иногда с полным разрушением и опасными последствиями в виде возгорания.

Можно сказать, что присущий полимерным конденсаторам механизм самовосстановления купирует последствия пробоя диэлектрика за счет самоизоляции поврежденного участка, происходящего при разогреве полимера непосредственно возникающим током короткого замыкания.

Поэтому для полимерных конденсаторов гарантированно допустимыми являются условия эксплуатации при 90% от максимального напряжения. Тогда как для обычных танталовых конденсаторов безопасные условия выбирают с запасом по рабочему напряжению 50% и выше.

Стабильная емкость

Основной параметр конденсаторов – это электрическая емкость, она остается у полимерных конденсаторов неизменной или почти стабильной при повышенном напряжении смещения DC Bias (рисунок 7), а также при изменении температуры (рисунок 8) и частоты. В этом отношении полимерные конденсаторы выгодно отличаются от керамических, которые могут терять до 90% номинальной емкости.

Рис. 7. Изменение емкости конденсаторов в зависимости от напряжения смещения

Рис. 8. Изменение емкости конденсаторов в зависимости от температуры

Полимерные конденсаторы не вызывают присущего многослойным керамическим конденсаторам (MLCC) акустического шума. Причиной шума керамики является пьезоэффект при подведении к выводам напряжения с периодически меняющейся полярностью. Из-за этого конденсатор генерирует незначительные вибрации, которые распространяются по всей монтажной плате, как показано на рисунке 9.

Рис. 9. Полимерные конденсаторы не вызывают акустического шума

В таблице 2 указаны наилучшие параметры полимерных конденсаторов Panasonic.

Таблица 2. Наилучшие параметры полимерных семейств конденсаторов Panasonic

Срок службы

Обычные электролитические конденсаторы имеют довольно ограниченный срок службы в связи с высыханием имеющего жидкостную консистенцию электролита. Полимерный электролит не имеет таких проблем со старением, а конденсаторы отличаются увеличенным сроком эксплуатации даже при повышенной рабочей температуре.

В таблицах 3 и 4 представлен заявленный срок службы для полимерных электролитических конденсаторов Panasonic.

Таблица 3. Срок службы гибридных конденсаторов Panasonic

Таблица 4. Срок службы конденсаторов Panasonic OS-CON, SP-Cap и POSCAP

Снижение рабочей температуры гибридных конденсаторов на каждые 10°С вызывает двукратное продление срока эксплуатации. А для семейств OS-CON, SP-Cap и POSCAP снижение рабочей температуры на каждые 20°С приводит к десятикратному продлению этого параметра.

Применение полимерных конденсаторов

По целому ряду параметров полимерные конденсаторы превосходят традиционные танталовые и многослойные керамические конденсаторы (MLCC). Поэтому их часто применяют в электрических цепях развязки для фильтрации и сглаживания напряжения питания. При выборе конденсаторов в дополнение к электрическим параметрам учитывают их размер, форму и стоимость.

Например, применение полимерных конденсаторов вместо MLCC позволяет ускорить разработку электронных схем, упростить конструкцию и минимизировать занимаемое на плате пространство.

За счет сверхмалого ESR полимерные конденсаторы стали альтернативой привычным танталовым и оптимальной заменой керамических конденсаторов (MLCC). Преимущества, связанные с заменой керамики полимерами, иллюстрирует рисунок 10. Два конденсатора семейства POS-CAP способны заменить 18 MLCC в фильтре после входного AC/DC-преобразователя. А один SP-CAP заменяет 15 MLCC в фильтре после вторичного источника питания DC/DC.

Рис. 10. Преимущества, связанные с заменой кремниевых конденсаторов полимерными

С учетом всего вышесказанного о достоинствах полимерных конденсаторов, полезными будут и рекомендации Panasonic по выбору фильтрующих конденсаторов на выходе вторичных источников питания (AC/DC и DC/DC) в сложной электронной схеме, как показано на рисунке 11 и описано в таблице 3.

Рис. 11. Примеры применения полимерных конденсаторов в цепях AC/DC и DC/DC

Таблица 5. Выбор фильтрующих полимерных конденсаторов для вторичных источников питания

Конденсаторы на основе полимерной технологии Panasonic находят широкое применение в наиболее ответственных и работающих в жестких условиях системах управления, в телекоммуникационном оборудовании, в беспроводных системах и в радиосвязи, в промышленных электродвигателях и электроприводах, в измерительных приборах, в электромобилях и электропоездах (рисунок 12).

Рис. 12. Основные области применения полимерных конденсаторов Panasonic

Заключение

За последние несколько лет ассортимент электролитических конденсаторов значительно пополнился благодаря применению полимерных технологий. Полимерные конденсаторы впервые появились в 1990-х годах. С тех пор они непрерывно совершенствуются. В сравнении с традиционными конденсаторами, новые конструкции и параметры полимерных изделий зачастую значительно расширяют возможности разработчиков электронной техники. Эту особенность новинок демонстрируют использующие преимущества проводящих полимеров семейства Panasonic SP-Cap, POSCAP, OS-CON и Hybrid.

Более детально разобраться с особенностями применения конденсаторов Panasonic на основе полимерной технологии вы сможете в следующей, заключительной статье из цикла «Конденсаторы Panasonic».

Литература

1. Understanding polimer and hybrid capacitors
2. Polymer capacitor vs.mlccs
3. Short on MLCCs? S.O.S. Choose Panasonic Polymer Series!
4. Polymer capacitors speed up your design – the next stage of low esr
5. Polymer capacitors. Speed up your FPGA design

Список ранее опубликованных глав

1. Виктор Чистяков. Конденсаторы Panasonic. Часть 1. Алюминий
2. Виктор Чистяков. Конденсаторы Panasonic. Часть 2. Пленка

•••

Что такое твердотельные конденсаторы? Маркировка и классификация / Paulturner-Mitchell.com

Если говорить о твердотельных конденсаторах, то это тот же электролитический конденсатор, но в нем используется специальный токопроводящий полимер или полимеризованный органический полупроводник. В то время как в других конденсаторах используется обычный жидкий электролит.

общие характеристики

Как уже было сказано, отличие твердотельных конденсаторов от обычных заключается во внутренней «начинке» устройства. Так чем же они лучше?

Первое и самое существенное отличие заключается именно в том, что в твердополимерных конденсаторах используется твердополимерный электролит, а не жидкий. Это исключает возможность утечки или испарения электролита. Вторым существенным преимуществом твердотельных приборов является их постоянное эквивалентное сопротивление, которое называется ESR. Уменьшение этого показателя привело к тому, что появилась возможность использовать меньше емкостных конденсаторов, а также меньших размеров при тех же условиях. Еще одним существенным преимуществом твердотельных конденсаторов является то, что они менее чувствительны к перепадам температуры. Это преимущество также означает, что срок службы такого объекта будет более чем примерно в шесть раз, а значит, и объект, в котором он установлен, прослужит гораздо дольше.

Электролитический

В твердотельном электролитическом конденсаторе в качестве диэлектрика используется тонкий слой оксида металла. Формирование этого слоя осуществляется электрохимическим методом. Поток этого процесса осуществляется на крышке из того же металла.

Вторая крышка для этого конденсатора может быть представлена ​​в виде жидкого или сухого электролита. В обычных электролитических ячейках используется жидкость, а в твердотельных – сухая. Для создания металлического электрода в твердотельном конденсаторе этого типа используется такой материал, как тантал или алюминий.

Следует отметить, что танталовые конденсаторы также относятся к электролитической группе.

Асимметричный

Асимметричный конденсатор с твердотельным электролитом является относительно недавним изобретением, поскольку ранее использовались другие устройства. Первым и простейшим конденсатором из этой группы был Т-образный. В этом объекте пластины располагались в одной плоскости. Последующее развитие асимметричных конденсаторов привело к появлению дисковых. Он состоял из плоского кольца, а также диска внутри него. Последующее усовершенствование несимметричных конденсаторов привело к еще более простой конструкции, и были получены устройства с двумя электродами. Один из них был представлен в виде тонкой проволоки, а второй – тонкой пластины или тонкой полоски металла. Но стоит отметить, что использование этого типа конденсатора затруднительно в связи с применением высоковольтного оборудования.

Маркировка

Существует маркировка твердотельных конденсаторов, описывающая их характеристики. Наличие данной маркировки поможет понять некоторые свойства конденсатора:

• На основании маркировки устройства можно точно определить рабочее напряжение для каждого конденсатора. Также стоит отметить, что это значение должно превышать напряжение, которое присутствует в цепи с использованием данного объекта. Если это условие не будет соблюдено, то либо вся схема выйдет из строя, либо конденсатор просто взорвется.
• 1 000 000 пФ (пикофарад) = 1 мкФ. Эта маркировка для многих конденсаторов одинакова. Это связано с тем, что практически все приборы имеют емкость, равную или близкую к этому значению, а потому могут указываться как в пикофарадах, так и в микрофарадах.

Выдувание пузырей

Несмотря на то, что конденсаторы этого типа достаточно устойчивы к поломке, они не вечны, и их тоже надо менять. Замена твердотельного конденсатора может понадобиться в нескольких случаях:

• Причин поломки, то есть вздутия данного устройства, может быть довольно много, но основной называется низкое качество самой детали.
• К причинам вздутия живота можно отнести также кипение или испарение электролита. Несмотря на то, что здесь используется твердый электролит, такие неисправности все же полностью не исключены, и при очень высоких температурах такое все же случается.

Важно отметить, что перегрев данного устройства может происходить как из-за влияния внешней среды, так и из-за внутренней. Внутренняя настройка может включать неправильную установку. Другими словами, если перепутать полярность при монтаже этой детали, то при запуске она почти моментально нагревается и скорее всего взрывается. Помимо этих причин, сильный перегрев возможен и из-за несоблюдения правил эксплуатации. Это может быть неправильное напряжение, мощность или работа в условиях очень высокой температуры.

Как избежать вздутия и частой замены

Начнем с того, как избежать вздутия твердотельного конденсатора.

• Первое, что нужно посоветовать, это использовать только качественные детали.
• Второй совет, который может помочь избежать подобных проблем – это не допускать перегрева конденсатора. Если температура достигает 45 градусов и более, то необходимо срочное охлаждение, а еще лучше размещать эти устройства как можно дальше от источников тепла.
• Поскольку в компьютерных блоках питания вздувается большинство конденсаторов, рекомендуется использовать стабилизаторы напряжения, защищающие сеть от резких скачков напряжения.

При появлении вздутия замена устройства. Главное правило ремонта — подбирать конденсатор такой же емкости. Допускается отклонение этого параметра в большую сторону, но незначительно. Отклонения в меньшую сторону недопустимы. Те же правила применяются к натяжению объекта. Также следует добавить, что при замене электролитических конденсаторов на твердотельные можно использовать и устройства с меньшей емкостью. Это возможно из-за меньшего ESR, о котором говорилось ранее. Но перед этим все же стоит проконсультироваться со специалистом. Сам процесс замены заключается в удалении сгоревшей детали методом пайки и впаивании новой.

Ремонт

Довольно часто приходится проводить профилактику конденсаторов. Предположим, при разборке компьютера был обнаружен подозрительный конденсатор. Его необходимо проверить и при необходимости заменить. Для замены потребуется паяльник мощностью от 25 до 40 вольт. Это устройства средней мощности. Их применение оправдано тем, что менее мощные паяльники не могут снять конденсатор, а более мощные слишком велики, и ими неудобно вести работу.

Лучше всего иметь паяльник с конической формой жала. Для проведения ремонта старый конденсатор выпаивают, но делать это нужно очень аккуратно, так как платы, в которые они устанавливаются, часто бывают многослойными — до 5 слоев. Повреждение хотя бы одного из них выведет из строя всю плату, и ремонту она уже не подлежит. После выпаривания старого прибора отверстия для установки пробивают иглой, лучше всего медицинской, она тоньше. Паять новый объект лучше всего с помощью канифоли.

Полимерные твердотельные конденсаторы

Можно сказать, что все устройства этого типа являются полимерными, так как внутри этого устройства вместо жидкого электролита используется твердый полимер. Использование твердого материала в стандартных твердотельных конденсаторах дало такие преимущества:

• на высоких частотах — низкое эквивалентное сопротивление;
• высокий пульсирующий ток;
• срок службы конденсатора значительно выше;
• более стабильная работа в условиях высоких температур.

Если подробнее, то, например, уменьшенное ESR — это меньшее энергопотребление, а значит, и меньший нагрев конденсатора при тех же нагрузках. Более высокая степень пульсаций тока обеспечивает стабильную работу всей платы в целом. Естественно, именно замена жидкого электролита на твердый и привела к тому, что срок службы значительно вырос.

Некоторые базовые сведения о твердотельных конденсаторах

Каталог

I Введение

Твердотельные конденсаторы называются твердотельными алюминиевыми электролитическими конденсаторами. Самая большая разница между ним и обычными конденсаторами (также называемыми жидкими алюминиевыми электролитическими конденсаторами) заключается в том, что используются другие диэлектрические материалы. Жидкий алюминиевый диэлектрический материал конденсатора представляет собой электролит, а твердый диэлектрический материал конденсатора представляет собой проводящий полимерный материал.

В связи с проблемами жидкостных электролитических конденсаторов появились твердые алюминиевые электролитические конденсаторы. С 1990-х годов в алюминиевых электролитических конденсаторах вместо электролита в качестве катода используется твердый проводящий полимерный материал, и они достигли инновационного развития. Проводимость токопроводящих полимерных материалов обычно на 2-3 порядка выше, чем у электролитов. Алюминиевые электролитические конденсаторы могут значительно снизить ESR и улучшить температурные и частотные характеристики. А благодаря хорошей технологичности полимерных материалов их легко инкапсулировать. Земля способствовала развитию чипирования алюминиевых электролитических конденсаторов.

II Типы и характеристики твердотельных конденсаторов

Существует два основных типа имеющихся в продаже твердотельных алюминиевых электролитических конденсаторов: органические полупроводниковые алюминиевые электролитические конденсаторы (OS-CON) и алюминиевые электролитические конденсаторы с полимерным проводником (PC-CON). Структура органического полупроводникового алюминиевого электролитического конденсатора аналогична структуре жидкого алюминиевого электролитического конденсатора, и часто используется корпус с вертикальной вставкой. Отличие состоит в том, что катодный материал твердого алюминиево-полимерного электролитического конденсатора заменяет электролит твердым органическим полупроводниковым экстрактом, который эффективно решает проблемы испарения, утечки и воспламеняемости электролита при улучшении различных электрических свойств. Твердые алюминиево-полимерные чип-конденсаторы представляют собой уникальную структуру, которая сочетает в себе характеристики алюминиевых электролитических конденсаторов и танталовых конденсаторов.

SANYO OS-CON

Внешний вид PC-CON

Как и жидкие алюминиевые электролитические конденсаторы, твердые алюминиевые полимеры в основном имеют форму накладок. Полимерная электродная пленка с высокой проводимостью осаждается на оксиде алюминия в качестве катода, а углерод и серебро являются катодными экстракционными электродами, что аналогично структуре твердого танталового электролитического конденсатора.

2.1 Высокая стабильность

твердотельные алюминиевые электролитические конденсаторы могут стабильно работать в условиях высоких температур. Твердые алюминиевые электролитические конденсаторы могут напрямую улучшить производительность материнской платы. В то же время он подходит для фильтрации источников питания благодаря стабильному импедансу в широком диапазоне температур. Он может эффективно обеспечить стабильное и обильное питание, что особенно важно при разгоне. Твердотельные конденсаторы по-прежнему хорошо работают в условиях высоких температур, сохраняя различные электрические характеристики. Его емкость не изменяется более чем на 15% во всем диапазоне температур, что значительно лучше, чем у жидкостных электролитических конденсаторов. В то же время емкость твердого электролитического конденсатора практически не зависит от его рабочего напряжения, что обеспечивает его стабильную работу в условиях колебаний напряжения.

2.2 Долгий срок службы

Твердотельные алюминиевые электролитические конденсаторы имеют чрезвычайно длительный срок службы (более 50 лет). По сравнению с жидкими алюминиевыми электролитическими конденсаторами их можно считать «долговечными». Он не выйдет из строя, и не нужно беспокоиться о высыхании электролита и утечке электролита, влияющих на стабильность материнской платы. Из-за отсутствия проблем с жидким электролитом твердые алюминиевые электролитические конденсаторы делают материнскую плату более стабильной и надежной. Твердые электролиты не испаряются и даже горят, как жидкие электролиты, в условиях высокой температуры. Даже если температура конденсатора превышает допуск, твердый электролит только расплавится, что не приводит к разрыву металлического корпуса конденсатора и, следовательно, безопасно. Рабочая температура напрямую влияет на срок службы электролитического конденсатора, а твердый электролитический конденсатор и жидкостный электролитический конденсатор имеют относительно длительный срок службы в различных температурных условиях.

2.3 Низкое ESR и высокий номинальный пульсирующий ток

ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) относится к последовательному эквивалентному сопротивлению, которое является очень важным показателем емкости. Чем ниже ESR, тем быстрее заряжается и разряжается конденсатор. Эти характеристики напрямую влияют на характеристики развязки цепи питания микропроцессора. Преимущества низких характеристик ESR твердого электролитического конденсатора в высокочастотной цепи более очевидны. Можно сказать, что низкая характеристика ESR на высоких частотах является водоразделом между разницей в производительности между твердыми электролитическими конденсаторами и жидкими конденсаторами. Твердотельные алюминиевые электролитические конденсаторы имеют очень низкое ESR и очень низкое рассеивание энергии. Чрезвычайно низкие характеристики ESR твердотельных конденсаторов в условиях высокой температуры, высокой частоты и высокой мощности могут полностью поглощать высокоамплитудное напряжение, генерируемое между линиями питания в цепи, чтобы предотвратить его влияние на систему. В настоящее время энергопотребление ЦП очень велико, основная частота намного превышает 1 ГГц, а пиковый ток ЦП достигает 80 А и более, а конденсатор выходного фильтра близок к рабочей критической точке. С другой стороны, ЦП использует различные режимы работы, большинство из которых находятся в процессе преобразования режима работы. Когда ЦП переключается из состояния с низким энергопотреблением в состояние с полной нагрузкой, большое количество энергии, необходимой для мгновенного (обычно менее 5 миллисекунд) переключения ЦП, поступает от емкости в цепи питания ЦП. В это время характеристики высокоскоростной зарядки и разрядки твердотельного конденсатора могут быть мгновенными. Выходной высокий пиковый ток для обеспечения достаточного питания и стабильной работы процессора.

III Типы конденсаторов

Тип конденсатора должен быть сначала классифицирован в соответствии с типом среды. В зависимости от среды его можно разделить на три категории: неорганические диэлектрические конденсаторы, органические диэлектрические конденсаторы и электролитические конденсаторы.

3.1 Конденсаторы с неорганическим диэлектриком

Включает знакомые керамические конденсаторы и слюдяные конденсаторы, мы часто видим керамические конденсаторы на ЦП. Керамические конденсаторы имеют хорошую общую производительность и могут применяться в устройствах УВЧ гигагерцового класса, таких как CPU/GPU. Конечно, его цена тоже очень дорогая.

A Керамический конденсатор

Слюдяные конденсаторы

3. 2 Конденсаторы с органическим диэлектриком

Например, пленочные конденсаторы. Такие конденсаторы часто используются в динамиках, их характеристики более сложные, высокая температура и высокое давление.

Пленочные конденсаторы

3.3 Электролитические конденсаторы

Хорошо известные алюминиевые конденсаторы на самом деле являются электролитическими конденсаторами. Если конденсатор является самым важным и незаменимым компонентом в электронных компонентах, то электролитические конденсаторы занимают половину всей конденсаторной промышленности. Годовой объем производства электролитических конденсаторов в Китае составляет 30 миллиардов, а среднегодовой темп роста достигает 30%, что составляет более 1/3 мирового производства электролитических конденсаторов. Классификация электролитических конденсаторов традиционным методом основана на материале анода, таком как алюминий, тантал или ниобий. Однако этот метод оценки работоспособности конденсатора по аноду устарел. Ключом к определению производительности электролитического конденсатора является не анод, а электролит, то есть катод.

В соответствии с классификацией катодных материалов электролитические конденсаторы можно разделить на электролиты, диоксид марганца, органические полупроводники TCNQ, твердые полимерные проводники и т.п. Справа представлена ​​простая, неполная таблица классификации емкостей, в которой перечислены некоторые из наиболее распространенных типов конденсаторов на платах устройств. Эта интуитивно понятная древовидная таблица обеспечивает интуитивное понимание классификации и наименования конденсаторов. . Обычно используемые конденсаторы представляют собой конденсаторы с электролитом, твердотельные конденсаторы и танталовые конденсаторы. В глазах многих пользователей использование твердотельных конденсаторов в материнских платах, графических картах, промышленных платах управления и других продуктах определяет, относится ли плата к более высокому классу. За последние два года твердотельные конденсаторы получили быстрое развитие в отечественной технике, и оригинальный SANYO стал уникальным шоу. В настоящее время многие отечественные и зарубежные бренды борются за мир. Твердотельные конденсаторы уже ушли на алтарь. Многие распространенные электронные и цифровые продукты используют эти продукты в больших количествах. Твердотельные конденсаторы аналогичны обычным алюминиевым электролитическим конденсаторам, некоторые из них заменяемы, а также есть твердотельные листовые конденсаторы для замены обычного танталового конденсатора.

Твердополимерные электролитические конденсаторы

IV Преимущества и недостатки твердотельных конденсаторов

Жидкие частицы очень активны при высоких температурах и создают давление внутри конденсатора. Его температура кипения не очень высока, поэтому может возникнуть ситуация вскипания. Когда твердые частицы находятся при высокой температуре, будь то парящие или активные частицы, они ниже, чем жидкий электролит, а его температура кипения достигает 350 градусов по Цельсию, поэтому практически невозможно взорваться. Теоретически твердотельные конденсаторы практически невозможно лопнуть. Твердотельный конденсатор имеет лучшую производительность, чем традиционный электролитический конденсатор, в эквивалентном последовательном импедансе. Согласно испытаниям твердотельный конденсатор имеет очень маленькое эквивалентное последовательное сопротивление при работе на высоких частотах, а частота проводимости превосходна, а электрический импеданс снижен. Более низкая тепловая мощность обеспечивает наиболее очевидную производительность в диапазоне от 100 кГц до 10 МГц.

 A Взорванный конденсатор

Обычные электролитические конденсаторы более чувствительны к температуре и влажности окружающей среды при использовании и немного менее стабильны с точки зрения стабильности при высоких и низких температурах. Даже при температурах от 55 до 105 градусов Цельсия полное сопротивление ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) твердотельного конденсатора может составлять от 0,004 до 0,005 Ом. Что касается значения емкости, емкость жидкости ниже 20 градусов Цельсия, что будет ниже указанного значения емкости. Чем ниже температура, тем ниже значение емкости. Емкость упадет примерно на 13% при минус 20 градусах Цельсия. При минус 55 градусах емкость снижается до 37%. Конечно, на обычного пользователя это никак не повлияет, но для игроков, использующих жидкий азот в качестве конечного средства разгона, твердые конденсаторы могут гарантировать, что на емкость не повлияет перепад температуры, что приведет к значительному компромиссу в стабильности разгона. Поскольку твердотельные конденсаторы имеют значение емкости менее 5% при минус 55 градусах, у них есть много преимуществ, но они не всегда применимы. Низкочастотный отклик твердотельных конденсаторов не так хорош, как у электролитических конденсаторов. Если они используются для частей, включающих звуковые эффекты, не будет достигнуто наилучшее качество звука.

4.2 Недостатки

Будь то твердотельный конденсатор или электролитический конденсатор, их основная функция состоит в том, чтобы отфильтровывать помехи, поэтому, пока емкость достигает определенного значения, пока конденсатор Качество его компонентов может также обеспечить стабильную работу материнской платы. В этот момент электролитический конденсатор также может это сделать. Когда твердотельный конденсатор находится при температуре 105 градусов Цельсия, он имеет такой же срок службы, как и электролитический конденсатор, в течение 2000 часов. После понижения температуры их срок службы увеличится, но срок службы твердотельного конденсатора увеличится еще больше. В нормальных условиях рабочая температура конденсатора составляет 70 градусов или ниже. В настоящее время срок службы твердотельного конденсатора может достигать 23 лет, что почти в 6 раз больше, чем у электролитического конденсатора. Но ваша материнская плата все еще будет использоваться после 23 лет. И даже если конденсатор имеет такой долгий срок службы, другие компоненты могут не прослужить 23 года! По сравнению с электролитическими конденсаторами емкость электролитических конденсаторов при одинаковом объеме и напряжении намного больше твердотельного конденсатора. В настоящее время в большинстве блоков питания ЦП материнской платы компьютера используются твердотельные конденсаторы. Хотя проблемы взрыва удалось избежать, избыточность емкости очень мала из-за ограничения объема. Кроме того, из-за проблемы с емкостью необходимо увеличить частоту включения питания процессора. Твердотельные конденсаторы и электролитические конденсаторы имеют проблемы со снижением емкости во время использования. Печатные платы с твердотельными конденсаторами имеют небольшие колебания емкости, что вызывает пульсации в источнике питания, что приводит к сбоям в работе ЦП.

Таким образом, теоретически срок службы твердотельного конденсатора очень велик, но срок службы платы с твердотельным конденсатором не обязательно высок. Обслуживание компьютерной платы с твердотельными конденсаторами: поскольку источник питания ЦП часто подключается параллельно с несколькими конденсаторами, в твердотельном конденсаторе нет деформации, взрыва или утечки жидкости. В принципе, невозможно определить, какой из них неисправен. Поэтому при обслуживании чаще берите один из них (хороший или плохой), меняйте конденсатор большой емкости (много раз можно использовать электролитические конденсаторы), этот способ вообще может быстро решить проблему. Теоретически срок службы твердотельных конденсаторов очень высок, но в процессе фактического использования все еще есть много недостатков. Я много раз сталкивался с проблемами выхода из строя конденсатора в процессе обслуживания. В настоящее время многие производители предлагают материнские платы с возможностью разгона. В Metropolis используются твердотельные конденсаторы. Термин «твердотельные конденсаторы мощнее» можно назвать едва ли правильным. Не конденсаторы определяют разгон. Дизайн линейки, разработка BIOS, качество процессора и меры по отводу тепла могут определить успех или неудачу разгона.

Что такое BIOS и что он делает?

Так что нельзя сказать, что «замените обычный электролитический конденсатор на материнской плате твердотельным конденсатором, чтобы улучшить разгонные характеристики материнской платы». Это утверждение совершенно неверно! Если вы действительно хотите сказать о влиянии твердотельных конденсаторов на разгон, то это потому, что они имеют более высокую устойчивость к давлению и температуре, что дает определенную гарантию стабильности системы после разгона.

Вам также могут понравиться:

Десять принципов проектирования схем преобразования постоянного тока в постоянный

В чем существенные различия между ПЛК и микроконтроллерами?

Выбор устройства защиты от остаточного тока в зарядном блоке

Советы и рекомендации по компоновке печатной платы: компоненты и провода

Фото

Произв. Деталь №

Компания

Описание

Пакет

ПДФ

Кол-во

БАТ48

Компания:STMicroelectronics

Примечание: ДИОД ШОТТКИ 40 В 350 МА DO35

Пакет: DO-204AH, DO-35, осевой

BAT48 Техническое описание

В наличии:55560 Запрос

Запрос

АГЛН060В5-КСГ81

Компания:Microsemi Corporation

Примечание: IC FPGA 60 I/O 81CSP

Пакет: 81-WFBGA, CSBGA

AGLN060V5-CSG81 Техническое описание

В наличии:130 Запрос

Запрос

MC9S08QA2CFQE

Компания:NXP

Примечание: IC MCU 8BIT 2KB FLASH 8QFN

Упаковка: 8-VDFN Открытая площадка

MC9S08QA2CFQE Техническое описание

В наличии:25275 Запрос

Запрос

RC0603FR-071KL

Компания: Ягео

Примечание: RES SMD 1K OHM 1% 1/10 Вт 0603

Пакет:SMD

RC0603FR-071KL Лист данных

В наличии:39061200 Запрос

Запрос

PWR263S-20-3300F

Компания:Bourns

Примечание: RES SMD 330 OHM 1% 20W D2PAK

Пакет:TO-263-3, D²Pak (2 провода + вкладка), TO-263AB

PWR263S-20-3300F Техническое описание

В наличии:108 Запрос

Запрос

K9K8G08UOE-SCB0

Компания: Samsung

Примечание:

Пакет:ЦОП

K9K8G08UOE-SCB0 Техническое описание

В наличии:5500 Запрос

Запрос

МКЛ15З64ВЛК4

Компания: Freescale Semiconductor

Примечание: IC MCU 32BIT 64KB FLASH 80LQFP

Пакет: 80-LQFP

MKL15Z64VLK4 Техническое описание

В наличии:664 Запрос

Запрос

РБ400ДТ146

Компания: Rohm Semiconductor

Примечание: ДИОД ШОТТКИ 40V 500MA SMD3

Пакет:ТО-236-3, СК-59, СОТ-23-3

RB400DT146 Техническое описание

В наличии:9266 Запрос

Запрос

DS2431+

Компания:Maxim Integrated

Примечание: IC EEPROM 1 КБИТ TO92-3

Пакет: ТО-226-3, ТО-92-3 (ТО-226АА)

DS2431+ Техническое описание

В наличии:857278 Запрос

Запрос

СЛБ 9635 ТТ1. Top