هنگام طراحی مدارها با خازن های آلومینیومی الکترولیتی دستگاه سطحی، چه ویژگی های پیری را باید در نظر گرفت؟

کاهش ظرفیت با گذشت زمان
خازن های الکترولیتی آلومینیومی SMD تدریجی نشان می دهد کاهش ظرفیت در طول عمر عملیاتی آنها به دلیل تغییرات شیمیایی و فیزیکی در لایه الکترولیت و اکسید دی الکتریک. لایه اکسید ممکن است کمی نازک شود و الکترولیت خشک شود یا از نظر شیمیایی تجزیه شود و باعث کاهش قابل اندازه گیری در ظرفیت شود. این کاهش معمولاً پیشرونده است و بسته به شرایط عملیاتی مانند دما، تنش ولتاژ و جریان موج دار می تواند از 10٪ تا 20٪ در طول هزاران ساعت عملیاتی متغیر باشد. طراحان باید با انتخاب یک خازن با ظرفیت اولیه کمی بالاتر از حداقل مورد نیاز برای برنامه، این موضوع را در نظر بگیرند تا اطمینان حاصل شود که مدار همچنان به الزامات عملکردی حتی با بالا رفتن سن خازن ادامه می‌دهد. کاهش مناسب و در نظر گرفتن طول عمر مورد انتظار می تواند از عملکرد ناکافی در فیلتر کردن، جداسازی یا برنامه های ذخیره انرژی جلوگیری کند.

افزایش مقاومت سری معادل (ESR)
با گذشت زمان، ESR خازن های الکترولیتی آلومینیومی SMD تمایل به افزایش دارد به دلیل خشک شدن الکترولیت، تخریب شیمیایی و تغییر در اتصال داخلی فویل های آلومینیومی. ESR بالا می تواند کارایی در مدارهای قدرت را کاهش دهد، باعث گرمایش موضعی شود و توانایی خازن را برای کنترل موثر جریان های موج دار محدود کند. در منابع تغذیه سوئیچینگ فرکانس بالا یا مبدل های DC-DC، حتی افزایش های کوچک ESR می تواند بر تنظیم ولتاژ، سرکوب امواج و عملکرد حرارتی کلی تأثیر بگذارد. طراحان مدار باید خازن هایی را با حاشیه ESR اولیه کم انتخاب کنند تا با این افزایش تدریجی سازگاری داشته باشند و از طراحی و چیدمان حرارتی مناسب اطمینان حاصل کنند تا گرمای اضافی تولید شده توسط ESR بالاتر در طول عمر خازن از بین برود.

تغییرات جریان نشتی
خازن های الکترولیتی آلومینیومی SMD تدریجی را تجربه می کنند افزایش جریان نشتی همانطور که الکترولیت خراب می شود و لایه دی الکتریک کمتر ایده آل می شود. در حالی که جریان نشتی به طور کلی کم است، می تواند بر مدارهای حساس مانند تایمرهای جریان کم، سیستم های باتری دار یا مدارهای آنالوگ دقیق تأثیر بگذارد، جایی که حتی نشتی جزئی می تواند منجر به رانش ولتاژ یا اتلاف انرژی شود. طراحان باید افزایش‌های احتمالی نشت را در طول زمان در نظر بگیرند و در صورت لزوم، جبران مدار، مقاومت‌های محافظ یا نظارت را در نظر بگیرند تا اطمینان حاصل کنند که نشت طولانی‌مدت عملکرد مدار یا قابلیت اطمینان دستگاه را به خطر نمی‌اندازد.

پیری وابسته به دما
را سرعت پیری خازن به شدت به دمای کارکرد بستگی دارد . دمای بالاتر واکنش‌های شیمیایی درون الکترولیت را تسریع می‌کند و منجر به خشک شدن سریع‌تر، افزایش ESR و کاهش سریع‌تر ظرفیت خازنی می‌شود. یک قانون کلی رایج این است که هر 10 درجه سانتیگراد افزایش بیش از دمای کاری نامی می تواند تقریباً طول عمر مورد انتظار خازن را به نصف کاهش دهد. طراحان باید خازن هایی را با درجه حرارت بالاتر از حداکثر دمای عملیاتی مورد انتظار انتخاب کنند، مدیریت حرارتی PCB کافی را ارائه دهند و جریان هوا یا سینک های حرارتی را برای کاهش سرعت پیری و حفظ ویژگی های الکتریکی ثابت در طول عمر دستگاه در نظر بگیرند.

اثرات تنش ولتاژ
قرار گرفتن مداوم در معرض ولتاژهای نزدیک به حداکثر نامی می تواند پیری را تسریع کند و به تخریب الکترولیت، تجزیه دی الکتریک و افزایش جریان نشتی کمک کند. کارکردن یک خازن کمی کمتر از ولتاژ نامی آن – معمولاً با a کاهش ولتاژ 20 تا 30 درصد - استرس روی دی الکتریک و الکترولیت را کاهش می دهد، تخریب شیمیایی و افزایش ESR را کاهش می دهد. کاهش ولتاژ به ویژه در کاربردهای ولتاژ بالا یا پالس بسیار مهم است، زیرا سنبله های گذرا می توانند در صورت عدم مدیریت صحیح از طریق حفاظت مدار یا انتخاب خازن، پیری را تسریع کنند و عمر مفید را کاهش دهند.

استرس مکانیکی و ملاحظات سطح تخته
تنش های مکانیکی، مانند خم شدن PCB، چرخه حرارتی، و ارتعاش، می توانند اثرات پیری را در خازن های الکترولیتی آلومینیومی SMD تشدید کنند. انبساط و انقباض مکرر بدنه خازن یا اتصالات لحیم کاری می تواند منجر به ایجاد ریزترک در فویل های داخلی یا دی الکتریک شود که بر ظرفیت خازن و ESR تاثیر می گذارد. طراحان باید از تکنیک‌های لحیم کاری مناسب اطمینان حاصل کنند، خازن‌های قوی را برای محیط‌های پر استرس انتخاب کنند، و در جایی که لرزش یا چرخه حرارتی انتظار می‌رود، پشتیبانی مکانیکی یا لایه‌بندی کافی ارائه دهند. این امر به ویژه در کاربردهای خودروسازی، صنعتی یا هوافضا که قابلیت اطمینان در شرایط دینامیکی حیاتی است بسیار مهم است.