Τι είναι το ρεύμα διαρροής πυκνωτή και πώς να το μειώσετε

Ο πυκνωτής είναι το πιο κοινό συστατικό στα ηλεκτρονικά και χρησιμοποιείται σε σχεδόν κάθε εφαρμογή ηλεκτρονικών. Υπάρχουν πολλοί τύποι πυκνωτών στην αγορά για εξυπηρέτηση διαφορετικών σκοπών σε οποιοδήποτε ηλεκτρονικό κύκλωμα. Διατίθενται σε πολλές διαφορετικές τιμές από 1 πυκνωτή Pico-Farad έως 1 Farad και Supercapacitor. Ο πυκνωτής έχει επίσης διαφορετικούς τύπους βαθμολογίας, όπως τάση λειτουργίας, θερμοκρασία λειτουργίας, ανοχή της ονομαστικής τιμής και ρεύμα διαρροής.

Το ρεύμα διαρροής του πυκνωτή είναι ένας κρίσιμος παράγοντας για την εφαρμογή, ειδικά εάν χρησιμοποιείται σε Power electronics ή Audio Electronics. Διαφορετικοί τύποι πυκνωτών παρέχουν διαφορετικές βαθμολογίες ρεύματος διαρροής. Εκτός από την επιλογή του τέλειου πυκνωτή με σωστή διαρροή, το κύκλωμα θα πρέπει επίσης να έχει τη δυνατότητα να ελέγχει το ρεύμα διαρροής. Πρώτα λοιπόν πρέπει να έχουμε μια σαφή κατανόηση του ρεύματος διαρροής πυκνωτή.

Σχέση με το διηλεκτρικό στρώμα

Το ρεύμα διαρροής ενός πυκνωτή έχει άμεση σχέση με το διηλεκτρικό του πυκνωτή. Ας δούμε την παρακάτω εικόνα -

Η παραπάνω εικόνα είναι μια εσωτερική κατασκευή του ηλεκτρολυτικού πυκνωτή αλουμινίου. Ένας ηλεκτρολυτικός πυκνωτής αλουμινίου έχει λίγα μέρη που είναι ενθυλακωμένα σε μια συμπαγή σφικτή συσκευασία. Τα μέρη είναι Anode, Cathode, Electrolyte, Dielectric layer Insulator, κ.λπ.

Ο διηλεκτρικός μονωτής παρέχει μόνωση της αγώγιμης πλάκας μέσα στον πυκνωτή. Αλλά επειδή δεν υπάρχει τίποτα τέλειο σε αυτόν τον κόσμο, ο μονωτής δεν είναι ιδανικός μονωτής και έχει ανοχή μόνωσης. Λόγω αυτού, ένα πολύ χαμηλό ρεύμα θα ρέει μέσω του μονωτή. Αυτό το ρεύμα ονομάζεται ρεύμα διαρροής.

Ο μονωτής και η ροή του ρεύματος μπορούν να αποδειχθούν χρησιμοποιώντας έναν απλό πυκνωτή και αντίσταση.

Η αντίσταση έχει πολύ υψηλή τιμή αντίστασης, η οποία μπορεί να αναγνωριστεί ως αντίσταση μονωτήκαι ο πυκνωτής χρησιμοποιείται για την αναπαραγωγή του πραγματικού πυκνωτή. Δεδομένου ότι η αντίσταση έχει πολύ υψηλή τιμή αντίστασης, το ρεύμα που ρέει μέσω της αντίστασης είναι πολύ χαμηλό, συνήθως σε έναν αριθμό νανο-αμπέρ. Η αντίσταση μόνωσης εξαρτάται από τον τύπο του διηλεκτρικού μονωτή καθώς διαφορετικός τύπος υλικών αλλάζει το ρεύμα διαρροής. Η χαμηλή διηλεκτρική σταθερά παρέχει πολύ καλή αντίσταση μόνωσης, με αποτέλεσμα πολύ χαμηλό ρεύμα διαρροής. Για παράδειγμα, πυκνωτές τύπου πολυπροπυλενίου, πλαστικού ή τεφλόν είναι το παράδειγμα χαμηλής διηλεκτρικής σταθεράς. Αλλά για αυτούς τους πυκνωτές, η χωρητικότητα είναι πολύ μικρότερη. Η αύξηση της χωρητικότητας αυξάνει επίσης τη διηλεκτρική σταθερά. Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές έχουν συνήθως πολύ υψηλή χωρητικότητα και το ρεύμα διαρροής είναι επίσης υψηλό.

Εξαρτημένοι παράγοντες για ρεύμα διαρροής πυκνωτή

Το ρεύμα διαρροής πυκνωτή εξαρτάται γενικά από κάτω από τέσσερις παράγοντες:

1. Διηλεκτρικό στρώμα
2. Θερμοκρασία περιβάλλοντος
3. Αποθήκευση θερμοκρασίας
4. Εφαρμοσμένη τάση

1. Το διηλεκτρικό στρώμα δεν λειτουργεί σωστά

Η κατασκευή πυκνωτή απαιτεί χημική διαδικασία. Το διηλεκτρικό υλικό είναι ο κύριος διαχωρισμός μεταξύ των αγώγιμων πλακών. Καθώς το διηλεκτρικό είναι ο κύριος μονωτής, το ρεύμα διαρροής έχει σημαντικές εξαρτήσεις με αυτό. Επομένως, εάν το διηλεκτρικό μετριάζεται κατά τη διαδικασία κατασκευής, θα συμβάλει άμεσα στην αύξηση του ρεύματος διαρροής. Μερικές φορές, τα διηλεκτρικά στρώματα έχουν ακαθαρσίες, με αποτέλεσμα μια αδυναμία στο στρώμα. Ένα ασθενέστερο διηλεκτρικό μειώνει τη ροή του ρεύματος που συμβάλλει περαιτέρω στη διαδικασία αργής οξείδωσης. Όχι μόνο αυτό, αλλά η ακατάλληλη μηχανική καταπόνηση συμβάλλει επίσης στη διηλεκτρική αδυναμία ενός πυκνωτή.

2. Θερμοκρασία περιβάλλοντος

Ο πυκνωτής έχει βαθμολογία της θερμοκρασίας λειτουργίας. Η θερμοκρασία λειτουργίας μπορεί να κυμαίνεται από 85 βαθμούς Κελσίου έως 125 βαθμούς Κελσίου ή ακόμα περισσότερο. Δεδομένου ότι ο πυκνωτής είναι μια χημικά αποτελούμενη συσκευή, η θερμοκρασία έχει άμεση σχέση με τη χημική διαδικασία μέσα στον πυκνωτή. Το ρεύμα διαρροής γενικά αυξάνεται όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι αρκετά υψηλή.

3. Αποθήκευση του πυκνωτή

Η αποθήκευση ενός πυκνωτή για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς τάση δεν είναι καλή για τον πυκνωτή. Η θερμοκρασία αποθήκευσης είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας για το ρεύμα διαρροής. Όταν αποθηκεύονται οι πυκνωτές, το στρώμα οξειδίου προσβάλλεται από το υλικό ηλεκτρολύτη. Η στιβάδα οξειδίου αρχίζει να διαλύεται στο υλικό ηλεκτρολύτη. Η χημική διαδικασία είναι διαφορετική για διαφορετικό τύπο υλικού ηλεκτρολύτη. Ο ηλεκτρολύτης με βάση το νερό δεν είναι σταθερός ενώ ο ηλεκτρολύτης με βάση τον αδρανή διαλύτη συνεισφέρει λιγότερο ρεύμα διαρροής λόγω της μείωσης της στιβάδας οξείδωσης.

Ωστόσο, αυτό το ρεύμα διαρροής είναι προσωρινό καθώς ο πυκνωτής έχει ιδιότητες αυτοθεραπείας όταν εφαρμόζεται σε τάση. Κατά τη διάρκεια της έκθεσης σε μια τάση, το στρώμα οξείδωσης αρχίζει να αναγεννάται.

4. Εφαρμοσμένη τάση

Κάθε πυκνωτής έχει βαθμολογία τάσης. Επομένως, η χρήση πυκνωτή πάνω από την ονομαστική τάση είναι κακό. Εάν η τάση αυξηθεί, αυξάνεται επίσης το ρεύμα διαρροής. Εάν η τάση στον πυκνωτή είναι υψηλότερη από την ονομαστική τάση, η χημική αντίδραση μέσα σε έναν πυκνωτή δημιουργεί αέρια και αποικοδομεί τον ηλεκτρολύτη.

Εάν ο πυκνωτής αποθηκεύεται για μεγάλο χρονικό διάστημα όπως για χρόνια, ο πυκνωτής πρέπει να αποκατασταθεί στην κατάσταση λειτουργίας παρέχοντας ονομαστική τάση για λίγα λεπτά. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, το στρώμα οξείδωσης ξαναχτίστηκε και επαναφέρει τον πυκνωτή σε λειτουργικό στάδιο.

Πώς να μειώσετε το ρεύμα διαρροής πυκνωτή για να βελτιώσετε τη διάρκεια ζωής του πυκνωτή

Όπως συζητήθηκε παραπάνω, ένας πυκνωτής έχει εξαρτήσεις με πολλούς παράγοντες. Το πρώτο ερώτημα είναι πώς υπολογίζεται η διάρκεια ζωής του πυκνωτή; Η απάντηση είναι με τον υπολογισμό του χρόνου έως ότου εξαντληθεί ο ηλεκτρολύτης. Ο ηλεκτρολύτης καταναλώνεται από το στρώμα οξείδωσης. Το ρεύμα διαρροής είναι το κύριο συστατικό για τη μέτρηση του πόσο παρεμποδίζεται το στρώμα οξείδωσης.

Επομένως, η μείωση του ρεύματος διαρροής στον πυκνωτή είναι ένα βασικό βασικό στοιχείο για τη διάρκεια ζωής ενός πυκνωτή.

1. Η κατασκευή ή η μονάδα παραγωγής είναι η πρώτη θέση ενός κύκλου ζωής πυκνωτή όπου οι πυκνωτές κατασκευάζονται προσεκτικά για χαμηλό ρεύμα διαρροής. Πρέπει να ληφθεί η προφύλαξη ώστε το διηλεκτρικό στρώμα να μην υποστεί ζημιά ή να παρακωλυθεί.

2. Το δεύτερο στάδιο είναι η αποθήκευση. Οι πυκνωτές πρέπει να αποθηκεύονται σε σωστή θερμοκρασία. Η ακατάλληλη θερμοκρασία επηρεάζει τον ηλεκτρολύτη πυκνωτή ο οποίος υποβαθμίζει περαιτέρω την ποιότητα της στιβάδας οξείδωσης. Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε τους πυκνωτές σε σωστή θερμοκρασία περιβάλλοντος, μικρότερη από τη μέγιστη τιμή.

3. Στο τρίτο στάδιο, όταν ο πυκνωτής συγκολλάται στο ταμπλό, η θερμοκρασία συγκόλλησης είναι βασικός παράγοντας. Επειδή για τους ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, η θερμοκρασία συγκόλλησης μπορεί να γίνει αρκετά υψηλή, περισσότερο από το σημείο βρασμού του πυκνωτή. Η θερμοκρασία συγκόλλησης επηρεάζει τα διηλεκτρικά στρώματα κατά μήκος των ακίδων μολύβδου και αποδυναμώνει το στρώμα οξείδωσης με αποτέλεσμα υψηλό ρεύμα διαρροής. Για να ξεπεραστεί αυτό, κάθε πυκνωτής συνοδεύεται από ένα φύλλο δεδομένων όπου ο κατασκευαστής παρέχει ασφαλή βαθμολογία θερμοκρασίας συγκόλλησης και μέγιστο χρόνο έκθεσης. Κάποιος πρέπει να είναι προσεκτικός σχετικά με αυτές τις βαθμολογίες για την ασφαλή λειτουργία του αντίστοιχου πυκνωτή. Αυτό ισχύει επίσης και για τους πυκνωτές Surface Mount Device (SMD), η μέγιστη θερμοκρασία κολλητικής επαναφοράς ή συγκόλλησης κυμάτων δεν πρέπει να υπερβαίνει τη μέγιστη επιτρεπόμενη βαθμολογία.

4. Καθώς η τάση του πυκνωτή είναι σημαντικός παράγοντας, η τάση του πυκνωτή δεν πρέπει να υπερβαίνει την ονομαστική τάση.

5. Εξισορρόπηση του πυκνωτή σε σύνδεση Series. Η σύνδεση της σειράς πυκνωτών είναι λίγο περίπλοκη δουλειά για την εξισορρόπηση του ρεύματος διαρροής. Αυτό οφείλεται στην ανισορροπία του ρεύματος διαρροής διαιρέστε την τάση και χωρίστε μεταξύ των πυκνωτών. Η διαχωρισμένη τάση μπορεί να είναι διαφορετική για κάθε πυκνωτή και μπορεί να υπάρχει πιθανότητα η τάση σε έναν συγκεκριμένο πυκνωτή να είναι μεγαλύτερη από την ονομαστική τάση και ο πυκνωτής να αρχίσει να παρουσιάζει δυσλειτουργία.

Για να ξεπεραστεί αυτή η κατάσταση, προστίθενται δύο αντιστάσεις υψηλής αξίας σε κάθε μεμονωμένο πυκνωτή για τη μείωση του ρεύματος διαρροής.

Στην παρακάτω εικόνα, εμφανίζεται η τεχνική εξισορρόπησης όπου δύο πυκνωτές σε σειρά ισορροπούνται χρησιμοποιώντας αντιστάσεις υψηλής αξίας.

Με τη χρήση της τεχνικής εξισορρόπησης, μπορεί να ελεγχθεί η διαφορά τάσης που επηρεάζεται από το ρεύμα διαρροής.