Vad är kondensatorns läckström och hur man minskar den

Kondensatorn är den vanligaste komponenten inom elektronik och används i nästan alla elektronikapplikationer. Det finns många typer av kondensatorer tillgängliga på marknaden för att tjäna olika syften i vilken elektronisk krets som helst. De finns i många olika värden från 1 Pico-Farad till 1 Farad kondensator och superkondensator. Kondensatorn har också olika typer av värden, såsom arbetsspänning, arbetstemperatur, tolerans för märkvärdet och läckström.

Kondensatorns läckström är en avgörande faktor för applikationen, särskilt om den används i kraftelektronik eller ljudelektronik. Olika typer av kondensatorer ger olika läckströmvärden. Förutom att välja den perfekta kondensatorn med korrekt läckage, bör kretsen också ha förmågan att kontrollera läckströmmen. Så först bör vi ha en klar förståelse för kondensatorns läckström.

Förhållande med dielektriskt lager

Kondensatorns läckström har ett direkt förhållande till kondensatorns dielektrikum. Låt oss se bilden nedan -

Ovanstående bild är en invändig konstruktion av elektrolytkondensatorn i aluminium. En elektrolytkondensator i aluminium har få delar som är inkapslade i en kompakt tät förpackning. Delarna är anod, katod, elektrolyt, dielektrisk lagerisolator etc.

Den dielektriska isolatorn ger isolering av den ledande plattan inuti kondensatorn. Men eftersom det inte finns något perfekt i denna värld är isolatorn inte en idealisk isolator och har en isoleringstolerans. På grund av detta kommer en mycket låg ström att strömma genom isolatorn. Denna ström kallas läckström.

Isolatorn och strömflödet kan demonstreras med en enkel kondensator och motstånd.

Motståndet har ett mycket högt motståndsvärde, vilket kan identifieras som ett isolationsmotståndoch kondensatorn används för att replikera den faktiska kondensatorn. Eftersom motståndet har ett mycket högt motståndsvärde är strömmen som strömmar genom motståndet mycket låg, typiskt i ett antal nano-ampere. Isolationsmotståndet är beroende av typen av dielektrisk isolator eftersom olika typer av material ändrar läckströmmen. Den låga dielektriska konstanten ger mycket bra isolationsmotstånd, vilket resulterar i en mycket låg läckström. Exempelvis kondensatorer av polypropen, plast eller teflontyp är exemplet på låg dielektrisk konstant. Men för dessa kondensatorer är kapacitansen mycket mindre. Att öka kapacitansen ökar också den dielektriska konstanten. Elektrolytkondensatorer har vanligtvis mycket hög kapacitans och läckströmmen är också hög.

Beroende faktorer för kondensatorläckström

Kondensatorläckage Ström beror vanligtvis på nedanstående fyra faktorer:

1. Dielektriskt lager
2. Omgivningstemperatur
3. Lagringstemperatur
4. Tillämpad spänning

1. Det dielektriska lagret fungerar inte korrekt

Kondensatorkonstruktion kräver en kemisk process. Det dielektriska materialet är huvudseparationen mellan de ledande plattorna. Eftersom dielektriket är huvudisolatorn har läckströmmen stora beroenden med sig. Därför, om dielektrikumet tempereras under tillverkningsprocessen, kommer det att bidra direkt till ökningen av läckström. Ibland har de dielektriska skikten föroreningar, vilket resulterar i en svaghet i skiktet. Ett svagare dielektrikum minskar strömflödet vilket ytterligare bidrar till den långsamma oxidationsprocessen. Inte bara detta utan felaktig mekanisk spänning bidrar också till den dielektriska svagheten i en kondensator.

2. Omgivningstemperatur

Kondensatorn har en klassificering av arbetstemperaturen. Arbetstemperaturen kan variera från 85 grader Celsius till 125 grader Celsius eller ännu mer. Eftersom kondensatorn är en kemiskt sammansatt anordning har temperaturen ett direkt förhållande till den kemiska processen inuti kondensatorn. Läckströmmen ökar vanligtvis när omgivningstemperaturen är tillräckligt hög.

3. Förvaring av kondensatorn

Att lagra en kondensator länge utan spänning är inte bra för kondensatorn. Den lagringstemperaturen är också en viktig faktor för läckström. När kondensatorerna lagras attackeras oxidskiktet av elektrolytmaterialet. Oxidskiktet börjar lösa sig i elektrolytmaterialet. Den kemiska processen skiljer sig åt för olika typer av elektrolytmaterial. Den vattenbaserade elektrolyten är inte stabil medan inert lösningsmedelsbaserad elektrolyt bidrar med mindre läckström på grund av minskningen av oxidationsskiktet.

Denna läckström är dock tillfällig eftersom kondensatorn har självläkande egenskaper när den appliceras på en spänning. Under exponeringen för en spänning börjar oxidationsskiktet att regenereras.

4. Tillämpad spänning

Varje kondensator har ett spänningsvärde. Därför är det en dålig sak att använda en kondensator över märkspänningen. Om spänningen ökar ökar också läckströmmen. Om spänningen över kondensatorn är högre än märkspänningen skapar den kemiska reaktionen inuti en kondensator gaser och försämrar elektrolyten.

Om kondensatorn lagras under lång tid, t.ex. i flera år, behövs kondensatorn för att återställas till arbetsläge genom att tillhandahålla märkspänning i några minuter. Under detta steg byggdes oxidationsskiktet upp igen och återställer kondensatorn i ett funktionellt steg.

Hur man minskar kondensatorns läckström för att förbättra kondensatorns liv

Som diskuterats ovan har en kondensator beroenden med många faktorer. Den första frågan är hur kondensatorns livslängd beräknas? Svaret är genom att beräkna tiden tills elektrolyten tar slut. Elektrolyten förbrukas av oxidationsskiktet. Läckström är den primära komponenten för mätningen av hur mycket oxidationsskiktet hindras.

Därför är minskningen av läckströmmen i kondensatorn en viktig nyckelkomponent för kondensatorns livslängd.

1. Tillverkning eller produktionsanläggning är den första platsen i en kondensatorns livscykel där kondensatorer tillverkas noggrant för låg läckström. Försiktighetsåtgärden måste vidtas så att det dielektriska skiktet inte skadas eller hindras.

2. Det andra steget är lagringen. Kondensatorer måste förvaras i rätt temperatur. Felaktig temperatur påverkar kondensatorelektrolyten som ytterligare nedgraderar oxidationsskiktets kvalitet. Se till att använda kondensatorerna i rätt omgivningstemperatur, lägre än det maximala värdet.

3. I det tredje steget, när kondensatorn löds på kortet, är lödtemperaturen en nyckelfaktor. För för elektrolytkondensatorerna kan lödtemperaturen bli tillräckligt hög, mer än kondensatorns kokpunkt. Lödtemperaturen påverkar de dielektriska skikten över blystiftarna och försvagar oxidationsskiktet vilket resulterar i hög läckström. För att övervinna detta kommer varje kondensator med ett datablad där tillverkaren tillhandahåller en säker lödningstemperatur och maximal exponeringstid. Man måste vara försiktig med dessa värden för säker drift av respektive kondensator. Detta gäller även för ytmonterade enhetskondensatorer (SMD). Topptemperaturen för återflödeslödning eller våglödning bör inte överstiga det högsta tillåtna värdet.

4. Eftersom kondensatorns spänning är en viktig faktor bör kondensatorns spänning inte överstiga märkspänningen.

5. Balansera kondensatorn i seriekoppling. Den kondensator seriekoppling är lite komplicerat jobb att balansera läckströmmen. Detta beror på obalansen i läckströmmen delar upp spänningen och delas mellan kondensatorerna. Delad spänning kan vara annorlunda för varje kondensator och det kan finnas en risk att spänningen över en viss kondensator kan vara överskridande än märkspänningen och kondensatorn börjar funktionsfel.

För att övervinna denna situation läggs två högvärdiga motstånd till över den enskilda kondensatorn för att minska läckströmmen.

I bilden nedan visas balanseringstekniken där två kondensatorer i serie balanseras med hjälp av högvärdiga motstånd.

Genom att använda balanseringstekniken kan spänningsskillnaden påverkad av läckström styras.