ولتاژ شکست در خازن های الکترولیتی توضیح داده شده: رتبه بندی، خطرات، و انتخاب

تصور کنید که در حال انتخاب خازن حجیم برای منبع تغذیه صنعتی 48 ولت هستید. ریل حالت پایدار 52 ولت اندازه گیری می کند و گذراهای مرحله بار تا 58 ولت حلقه می زنند. یک خازن 63 ولت به اندازه کافی نزدیک به نظر می رسد، یک قطعه 75 ولت ایمن تر به نظر می رسد و هر دو بسیار کمتر از ولتاژ خرابی واقعی خازن هستند. بنابراین، سوال طراحی این نیست که آیا قطعه می تواند در 58 ولت زنده بماند یا خیر. تقریباً مطمئناً می تواند. سوال واقعی این است که چقدر می‌خواهید با آن فضای ظاهری، قابلیت اطمینان بلندمدت را معامله کنید.

ولتاژ شکست در یک خازن الکترولیتی، ولتاژی است که در آن دی الکتریک اکسید آلومینیوم رفتار خود را به عنوان یک عایق متوقف می کند و شروع به هدایت می کند. این یک حد فیزیکی است که توسط ضخامت لایه اکسید رشد یافته روی فویل آند تعیین می شود. هر درجه بندی ولتاژی که روی خازن چاپ می شود، از جمله ولتاژ نامی، ولتاژ افزایشی و ولتاژ گذرا، برای حفظ ایمن دی الکتریک زیر آن حد وجود دارد. این مقاله توضیح می‌دهد که چگونه این حد تعیین می‌شود، وقتی از آن عبور می‌شود چه اتفاقی می‌افتد، و چگونه یک رتبه‌بندی ولتاژ با حاشیه مناسب انتخاب کنید.

ولتاژ شکست در خازن الکترولیتی چیست؟

خازن های الکترولیتی آلومینیومی بار را در یک لایه نازک از اکسید آلومینیوم (Al2O3) که به صورت الکتروشیمیایی روی سطح فویل آند حکاکی شده تشکیل شده ذخیره می کنند. در طول فرآیند شکل‌دهی، اکسید به ضخامتی متناسب با ولتاژ شکل‌دهی اعمال شده، با سرعتی بین 1.2 تا 1.5 نانومتر بر ولت رشد می‌کند. بنابراین یک خازن با ولتاژ نامی 100 ولت یک لایه اکسید در محدوده 120 تا 150 نانومتر حمل می کند و این ضخامت عامل اصلی تعیین کننده ولتاژ شکست دی الکتریک است.

هنگامی که یک ولتاژ DC رو به جلو اعمال می شود، لایه اکسید باید میدان الکتریکی بین آند و الکترولیت را حفظ کند. اگر ولتاژ به اندازه کافی افزایش یابد، میدان از قدرت دی الکتریک اکسید بیشتر می شود. الکترون ها شروع به تونل زدن از طریق نقص های میکروسکوپی می کنند، جریان نشتی به شدت بالا می رود، و گرمایش موضعی به دنبال دارد. در خازن مرطوب و الکترولیت مایع، گرما می تواند الکترولیت را تجزیه کرده و گاز تولید کند. در یک خازن پلیمری جامد، همان اضافه ولتاژ اغلب یک اتصال کوتاه سخت ایجاد می کند.

از آنجایی که ضخامت اکسید در پایان ساخت ثابت می شود، ولتاژ شکست خازن تمام شده یک ویژگی فیزیکی است، نه مقداری که با دما یا امواج تغییر می کند. رتبه بندی های منتشر شده با حاشیه عمدی زیر آن انتخاب می شوند.

ولتاژ نامی، ولتاژ موج و ولتاژ شکست: نحوه ارتباط آنها

ولتاژ نامی حداکثر ولتاژ DC پیوسته ای است که خازن برای کنترل در دمای نامی خود طراحی شده است و در عین حال تمام مشخصات عمر، ریپل و نشتی را برآورده می کند. ولتاژ سرج یک اضافه ولتاژ غیر تکراری است که خازن می تواند برای مدت کوتاهی تحمل کند و برای هر سری به صورت جداگانه تعریف می شود. هر دو بسیار کمتر از حد شکست دی الکتریک قرار می گیرند.

برای یک خازن الکترولیتی آلومینیومی معمولی، ولتاژ نامی بین 60 تا 80 درصد ولتاژ شکست قرار می گیرد. به عنوان مثال، یک قطعه دارای ولتاژ 63 ولت ممکن است تقریباً تا 85 تا 100 ولت خراب نشود. این حاشیه داخلی چیزی است که به خازن اجازه می دهد تا از آزمایش ولتاژ، افزایش ولتاژ و رویدادهای اضافه ولتاژ کوتاه بدون خرابی فوری دوام بیاورد. نباید به عنوان امتیاز قابل استفاده در نظر گرفته شود.

وقتی ولتاژ خرابی بیش از حد باشد چه اتفاقی می افتد؟

کارکردن بالاتر از ولتاژ نامی اما زیر حد خرابی فورا کشنده نیست، اما مضر است. جریان نشتی افزایش می یابد، لایه اکسیدی تنش میدانی را افزایش می دهد و الکترولیت سریعتر مصرف می شود. گشت و گذارهای مکرر نزدیک به نقطه شکست به تدریج ظرفیت خازنی را کاهش می دهد و ESR را افزایش می دهد، که در قسمت مایع-الکترولیت به تلفات قابل اندازه گیری زندگی تبدیل می شود.

عبور از ولتاژ شکست یک اتفاق متفاوت است. ضعیف ترین نقطه در اکسید جریان فزاینده ای دارد و دمای موضعی باعث شکست بیشتر می شود. در خازن های الکترولیتی آلومینیومی مرطوب، یک نقص کوچک ممکن است خود به خود بهبود یابد، زیرا گرما اکسید را در محل آسیب دیده بازسازی می کند. با انرژی بیشتر در دسترس، تولید گاز دریچه فشار را باز می کند و خازن از بین می رود. خازن های پلیمری جامد در این حالت تقریباً هیچ قابلیت خود ترمیمی ندارند و خرابی آنها معمولاً یک اتصال کوتاه داخلی است.

قطبیت معکوس باید به عنوان یک شرایط شکست جداگانه در نظر گرفته شود. لایه اکسید کلیدی فقط روی آند وجود دارد، بنابراین یک ولتاژ معکوس به اکسید نازک روی فویل کاتد حمله می کند. حتی یک ولتاژ معکوس پایین می تواند آن لایه را به سرعت تخریب کند. خازن هایی که در هنگام روشن یا خاموش شدن در معرض بایاس معکوس قرار می گیرند باید به عنوان دوقطبی یا محافظت شده توسط طراحی مدار مشخص شوند.

نحوه انتخاب رتبه بندی ولتاژ با حاشیه سمت راست

نقطه شروع عملی بدترین ولتاژی است که خازن می بیند، نه ولتاژ باس اسمی. اوج هر موج AC یا زنگ گذرا را به حداکثر سطح DC اضافه کنید، سپس یک ضریب کاهش را اعمال کنید. یک قانون رایج برای خازن های الکترولیتی آلومینیومی این است که حداکثر ولتاژ اعمال شده را در 80 درصد ولتاژ نامی یا کمتر از آن نگه دارند. برای محیط های گذرا شدید، بسیاری از طراحان 65 تا 70 درصد را هدف قرار می دهند.

به مثال باس 48 ولت برگردید. با حداکثر حالت پایدار 52 ولت و گذرا در بدترین حالت 58 ولت، قانون 80 درصد ولتاژ نامی حداقل 72.5 ولت را می طلبد. نزدیکترین رتبه بندی استاندارد 75 ولت و 80 ولت است، بنابراین یک خازن 75 ولت انتخاب مهندسی می شود، در حالی که یک قسمت گذرا 8 درصد تنها با ولتاژ 63 ولت پاک می شود. هزینه انتخاب ایمن تر، اندازه فیزیکی است، زیرا درجه بندی ولتاژ بالاتر به معنای یک اکسید ضخیم تر و برای همان ظرفیت، یک قوطی بزرگتر است.

1. اوج ولتاژ بدترین حالت را در پایانه‌های خازن اندازه‌گیری یا شبیه‌سازی کنید، از جمله تحمل DC، ریپل، مراحل بارگذاری، و بیش از حد راه‌اندازی.
2. آن اوج را در ضریب کاهش استفاده شده در هدف قابلیت اطمینان خود ضرب کنید، معمولاً 1.2 یا بالاتر.
3. نزدیکترین رتبه ولتاژ استاندارد بالاتر از نتیجه را انتخاب کنید.
4. اطمینان حاصل کنید که رتبه بندی ولتاژ افزایشی قطعه انتخابی نیز بدترین پیک گذرای شما را پاک می کند.

قطعات شعاعی برای اتوبوس های DC سطح برد

خازن های سربی شعاعی در باس های DC سطح برد رایج هستند و ما بررسی کرده ایم چگونه رتبه بندی ولتاژ خازن های الکترولیتی شعاعی بر قابلیت اطمینان مدار تأثیر می گذارد در مقاله ای جداگانه در قالب شعاعی، سری خازن های شعاعی با ولتاژ بالا CD11H برای تنش DC پایدار در موقعیت های ولتاژ متوسط و بالا طراحی شده است.

تامین کننده خازن الکترولیتی آلومینیومی شعاعی با ولتاژ بالا CD11H Nantong Xingchen Electron Co., Ltd. عرضه کننده خازن الکترولیتی آلومینیومی شعاعی با ولتاژ بالا CD11H در چین است... مشاهده محصول →

قطعات فشرده برای مراحل فشرده با قدرت بالا

در سطوح توان بالاتر، خازن های snap-in کار را به دست می گیرند. هنگامی که یک استیج یکسو کننده یا اینورتر به ظرفیت بالایی در یک بسته فشرده و روی تخته نیاز دارد، بخشی مانند سری خازن های اسنپ با طول عمر بالا با ولتاژ بالا CD297 ولتاژ نامی بالا را ارائه می دهد در حالی که جریان نشتی را پایین نگه می دارد.

CD297 ولتاژ فوق العاده بالا، نشتی کم، آلومینیوم الکترولیتی C با طول عمر بالا Nantong Xingchen Electron Co., Ltd. در چین عمده فروشی CD297 با ولتاژ فوق العاده بالا، نشتی کم، درپوش الکترولیتی آلومینیومی با طول عمر بالا... مشاهده محصول →

این به چه معناست برای طراحی شما

ولتاژ شکست یک مفهوم مفید برای درک علت خرابی خازن ها است، اما یک پارامتر طراحی نیست. با ولتاژ نامی طراحی کنید، به رتبه ولتاژ توجه کنید، و حاشیه کاهشی را که با شدت گذرا مدار شما مطابقت دارد، حفظ کنید. خازنی که با 60 تا 80 درصد ولتاژ نامی خود کار می کند، ادعای عمر خود را برآورده می کند. کسی که در لبه رتبه بندی خود عمل می کند ممکن است نتواند. انتخاب یک کلاس ولتاژ بالاتر و پذیرش اندازه مورد مربوطه، معمولاً قیمت کمی برای عملکرد قابل پیش بینی است.

برای مبدل های صنعتی که با ولتاژهای ریل بسیار بالا و جریان موج دار قابل توجهی کار می کنند، ساخت ترمینال پیچی اغلب فرمت عملی است. سری خازن های پیچ ترمینال ولتاژ بالا CD136 به عنوان مثال، برای عملکرد مداوم در دمای محیط بالا ساخته شده است، که به حفظ محدودیت های ولتاژ و طول عمر مشخص شده سازنده کمک می کند.

CD136 ترمینال الکترولیتی آلومینیومی مقاوم در برابر ولتاژ بالا و دمای بالا شرکت Nantong Xingchen Electron، آموزشی ویبولیتین چین عمده فروشی CD136 ولتاژ بالا و مقاوم در برابر دمای بالا ترمینال آلومینیوم الکترولیتی C... مشاهده محصول →

قبل از نهایی کردن شماره قطعه، بدترین حالت اوج ولتاژ را در پایانه‌های خازن اندازه‌گیری یا شبیه‌سازی کنید، از جمله ریپل، پله‌های بارگذاری و بیش از حد راه‌اندازی. اگر آن پیک به 20 درصد ولتاژ نامی رسید، به کلاس ولتاژ بعدی بروید. برآورد طول عمر شما و بررسی های قابلیت اطمینان شما هر دو برای آن سالم تر خواهند بود.