Elektrolitički i polimerni hibridni kondenzatori imaju gotovo isti dizajn: sastoje se od katodne i anodne strane, a obje su izrađene od aluminijskog filma. Anodni film se oksidira i formira sloj aluminijevog oksida, koji tvori dielektrik. Dva filma se smotaju pomoću izolacijskog papira kako bi se formirao smotani element (P1, P2).
P1
P2. Osnove konstrukcije elektrolitskih i polimernih kondenzatora
Razlika između ova dva kondenzatora je materijal koji se koristi u procesu punjenja, odakle i dolazi naziv: elektrolitički kondenzatori su punjeni elektrolitom, dok polimerni hibridni kondenzatori koriste polimerni elektrolit ili kombinaciju čvrstih i tekućih polimera.
Oba kondenzatora nude mnoge prednosti, kao što su mala veličina, ali visoka vrijednost kapaciteta, niska cijena i prikladnost za širok raspon dizajna, kao što su SMD, THT ili snap-in dizajni.
Polimerni hibridni kondenzatori imaju veći kapacitet valovitosti struje od elektrolitskih kondenzatora, kao i manji unutarnji otpor pri niskim temperaturama i stabilniji kapacitet pri visokim frekvencijama. Nedostatak obje tehnologije kondenzatora je njihov ograničeni radni vijek. Tijekom rada, elektrolit ili tekući polimer će se skupiti (P3).
P3. Elektrolit ili tekući polimer difundiraju tijekom rada, što skraćuje radni vijek kondenzatora.
Arrheniusova jednadžba može grubo procijeniti životni vijek kondenzatora.
Najveći čimbenik koji utječe na vijek trajanja elektrolitskih i polimernih hibridnih kondenzatora je temperatura jezgre kondenzatora, koja raste s temperaturom okoline i razinom primijenjene struje valovitosti. Osim toga, mehanički stres zbog velike valovitosti struje može oštetiti oksidni sloj, što rezultira učinkom samoiscjeljivanja koji troši dodatni elektrolit. Samoiscjeljivanje je sposobnost elektrolitskih kondenzatora i polimernih hibridnih kondenzatora da obnove oksidni sloj kemijskom reakcijom između elektrolita i aluminija. Skupljanje elektrolita također može dovesti do pogoršanja električnih parametara kao što je kapacitet i parametara kao što su ekvivalentni serijski otpor (ESR) i faktor gubitka.
Kraj životnog vijeka obično je faza u kojoj parametri iz podatkovne tablice (obično povećanje gubitka kapacitivnosti i postotak faktora gubitka) nisu ispunjeni.
Prilikom identificiranja proizvoda kondenzatora koji zadovoljavaju električne parametre tijekom ciljanog rada konačnog proizvoda, korisnik može koristiti Arrheniusovu jednadžbu za početnu procjenu. Kao što je prikazano u P4, životni vijek kao funkcija koeficijenta difuzije uvelike je analogan Arrheniusovoj jednadžbi. Dakle, kao pravilo, to se može izraziti na sljedeći način: smanjenje radne temperature od 50 stupnjeva F (10 stupnjeva) udvostručuje životni vijek.
P4. I Arrheniusova jednadžba i empirijska metoda pokazuju da smanjenje radne temperature od 50 stupnjeva F (10 C)
udvostručuje životni vijek kondenzatora, pružajući gotovo dosljedne rezultate
Arrheniusova jednadžba pruža samo grubi vodič, budući da ne uzima u obzir značajan učinak valovitosti struje na učinak samozagrijavanja.
Kako bi se dobila točna vrijednost za izračun vijeka trajanja, preporučuje se da korisnik surađuje s odgovarajućim dobavljačem kondenzatora. Ovaj izračun zahtijeva od kupca da pruži profil zadatka koji detaljno opisuje stvarne radne sate u relevantnom temperaturnom rasponu.
P5. Uzorak profila zadatka pokazuje koji su parametri potrebni dobavljaču za točan izračun životnog vijeka
Svaki dobavljač koristi zaseban izračun za svoje vlastite proizvode, koji uključuje temperaturne profile i valovitost strujnog opterećenja. Stoga dobavljači mogu koristiti profile zadataka koje je kupac dostavio za detaljne izračune životnog vijeka.
Ovo također sprječava upotrebu pretjerano specificiranih i skupljih kondenzatora.
Povećanje površine hladnjaka dobar je način za poboljšanje rasipanja topline i time produljenje vijeka trajanja kondenzatora. Na primjer, aktivno hlađenje pomoću ventilatora ili vode može osigurati bolju disipaciju topline. Korisnici mogu uzeti u obzir ovu vrstu koncepta hlađenja kada provjeravaju komponente i izračunavaju životni vijek.
Spoj rashladnog elementa na kondenzator također igra ključnu ulogu.
Spajanje rashladnog elementa izravno na komponentu često je učinkovitije od postavljanja na drugu stranu ploče. Osim toga, potrebno je uzeti u obzir perifernu jedinicu kondenzatora, jer ona istovremeno zrači i apsorbira toplinu kroz pinove, posebno ako su u blizini instalirani energetski poluvodiči ili druge komponente koje stvaraju toplinu. Ako su dostupni empirijski podaci (npr. temperatura uključenog stanja, struja, napon i frekvencija), ovaj unos topline može se uključiti u izračun životnog vijeka.
Ako korisnik koristi toplinski vodljive paste ili jastučiće, njihova toplinska otpornost je odlučujući faktor. Što je niža vrijednost, veća je toplinska učinkovitost. Ako rashladni element treba biti električno izoliran, treba odabrati izolacijsku termalnu pastu ili prikladnu podlogu za lemljenje.
Ako korisnik želi izvesti vlastite izračune ili simulacije, modeli toplinskog otpora mogu se dobiti od dobavljača od jezgre kondenzatora (element namota) do nogu i paketa.
Ako se u potpunosti razumije rasipanje topline i toplinski otpor od gornjeg poklopca ili PCB-a do rashladnog elementa, može se zaključiti o dodatnom rasipanju ili opskrbi toplinom. Nakon što se provjeri moguća disipacija topline, dobavljač može dopustiti korištenje viših struja valovitosti za raspored ploče, pod uvjetom da maksimalna struja valovitosti koju je odredio dobavljač nije prekoračena, jer bi to izazvalo mehaničko opterećenje kondenzatora.
P6. Dijagram toplinskog ekvivalenta kondenzatora
Prilikom odabira proizvoda kondenzatora, preporučuje se korištenje Arrheniusove jednadžbe za određivanje početnih smjernica. Korištenjem profila zadatka, životni vijek kondenzatora odabranog za aplikaciju može se točno izračunati, što također uzima u obzir stupanj samozagrijavanja uzrokovan valovitom strujom. Kako bi se povećao životni vijek kondenzatora, korisnik bi trebao istražiti moguće koncepte hlađenja i uključiti dobavljača ili distributera tijekom faze razvoja.