المكثفات الإلكتروليتية والبوليمرية الهجينة لها نفس التصميم تقريبًا: فهي تتكون من جانب الكاثود وجانب الأنود ، وكلاهما مصنوع من فيلم الألومنيوم. يتأكسد فيلم الأنود لتشكيل طبقة أكسيد الألومنيوم ، والتي تشكل العازل الكهربائي. يتم لف الفيلمين باستخدام ورق عازل لتشكيل العنصر الملفوف (P1 ، P2).
P1
P2. التصميم الأساسي للمكثفات الإلكتروليتية والبوليمرية
الفرق بين المكثفين هو المادة المستخدمة في عملية الملء ، حيث يأتي الاسم من: المكثفات الإلكتروليتية مملوءة بالكهرباء ، بينما تستخدم المكثفات البوليمرية الهجينة إلكتروليتًا بوليمريًا أو مزيجًا من البوليمرات الصلبة والسائلة.
تقدم كلا المكثفات العديد من المزايا ، مثل الحجم الصغير ولكن قيمة السعة العالية والتكلفة المنخفضة والملاءمة لمجموعة واسعة من التصميمات ، مثل SMD أو THT أو التصاميم الإضافية.
تتميز المكثفات البوليمرية الهجينة بقدرة تموج أعلى من المكثفات الإلكتروليتية ، بالإضافة إلى مقاومة داخلية أقل في درجات حرارة منخفضة وسعة أكثر استقرارًا عند الترددات العالية. عيب كلا تقنيتي المكثفات هو عمر خدمتهما المحدود. أثناء التشغيل ، يتقلص المنحل بالكهرباء أو البوليمر السائل (P3).
ص 3. ينتشر المنحل بالكهرباء أو البوليمر السائل أثناء التشغيل ، مما يقصر من عمر خدمة المكثف.
يمكن لمعادلة أرهينيوس تقدير عمر خدمة المكثف تقريبًا.
العامل الأكبر الذي يؤثر على عمر خدمة المكثفات الإلكتروليتية والبوليمرية الهجينة هو درجة الحرارة الأساسية للمكثف ، والتي ترتفع مع درجة الحرارة المحيطة ومستوى تموج التيار المطبق. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي الضغط الميكانيكي الناتج عن تيار التموج العالي إلى إتلاف طبقة الأكسيد ، مما يؤدي إلى تأثير الشفاء الذاتي الذي يستهلك إلكتروليت إضافيًا. الشفاء الذاتي هو قدرة المكثفات الإلكتروليتية والمكثفات الهجينة من البوليمر على استعادة طبقة الأكسيد من خلال تفاعل كيميائي بين المنحل بالكهرباء والألمنيوم. يمكن أن يؤدي انكماش الإلكتروليت أيضًا إلى تدهور المعلمات الكهربائية مثل السعة والمعلمات مثل مقاومة السلسلة المكافئة (ESR) وعامل الخسارة.
عادةً ما تكون نهاية العمر هي المرحلة التي لا يتم فيها استيفاء معلمات ورقة البيانات (عادةً الزيادة في فقد السعة ونسبة عامل الخسارة).
عند تحديد منتجات المكثفات التي تلبي المعلمات الكهربائية أثناء التشغيل المستهدف للمنتج النهائي ، يمكن للمستخدم استخدام معادلة أرهينيوس لإجراء تقييم أولي. كما هو موضح في P4 ، فإن عمر الخدمة كدالة لمعامل الانتشار يشبه إلى حد كبير معادلة أرهينيوس. وبالتالي ، كقاعدة عامة ، يمكن التعبير عنها على النحو التالي: يؤدي انخفاض درجة حرارة التشغيل بمقدار 50 درجة فهرنهايت (10 درجات) إلى مضاعفة عمر الخدمة.
ص 4. توضح كل من معادلة أرهينيوس والطريقة التجريبية أن انخفاض درجة حرارة التشغيل بمقدار 50 درجة فهرنهايت (10 درجة مئوية)
يضاعف عمر المكثف ، مما يوفر نتائج متسقة تقريبًا
توفر معادلة أرهينيوس دليلاً تقريبيًا فقط ، حيث إنها لا تأخذ في الاعتبار التأثير الكبير لتيار التموج على تأثير التسخين الذاتي.
من أجل الحصول على قيمة دقيقة لحساب العمر ، يوصى بأن يعمل المستخدم مع مورد المكثف المناسب. يتطلب هذا الحساب من العميل تقديم ملف تعريف مهمة يوضح بالتفصيل ساعات التشغيل الفعلية في نطاق درجة الحرارة ذات الصلة.
ص 5. يُظهر ملف تعريف المهمة النموذجي المعلمات التي يحتاجها البائع لحساب العمر بدقة
يستخدم كل مورد حسابًا منفصلاً لمنتجاته الخاصة ، والذي يتضمن ملفات تعريف درجة الحرارة وأحمال تيار التموج. لذلك ، يمكن للموردين استخدام ملفات تعريف المهام التي يوفرها العميل لإجراء حسابات مفصلة للعمر.
هذا يمنع أيضًا استخدام المكثفات المفرطة التحديد والأكثر تكلفة.
تعد زيادة مساحة سطح المشتت الحراري طريقة جيدة لتحسين تبديد الحرارة وبالتالي إطالة عمر المكثف. على سبيل المثال ، يمكن أن يضمن التبريد النشط من خلال استخدام المراوح أو الماء تبديد الحرارة بشكل أفضل. يمكن للمستخدمين التفكير في هذا النوع من مفهوم التبريد عند التحقق من المكونات وحساب عمر الخدمة.
يلعب توصيل عنصر التبريد بالمكثف أيضًا دورًا رئيسيًا.
غالبًا ما يكون توصيل عنصر التبريد مباشرة بالمكون أكثر فاعلية من وضعه على الجانب الآخر من اللوحة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب مراعاة الوحدة الطرفية للمكثف ، حيث إنها تشع وتمتص الحرارة في وقت واحد من خلال المسامير ، خاصةً إذا تم تثبيت أشباه موصلات الطاقة أو غيرها من المكونات المولدة للحرارة في مكان قريب. إذا كانت البيانات التجريبية (على سبيل المثال ، درجة الحرارة على الحالة ، والتيار ، والجهد ، والتردد) متاحة ، فيمكن دمج هذا الإدخال الحراري في حساب العمر.
إذا كان المستخدم يستخدم معاجين أو ضمادات موصلة للحرارة ، فإن مقاومتها الحرارية هي العامل الحاسم. كلما انخفضت القيمة ، زادت الكفاءة الحرارية. إذا احتاج عنصر التبريد إلى العزل كهربائيًا ، فيجب اختيار معجون حراري عازل أو وسادة لحام مناسبة.
إذا كان المستخدم يرغب في إجراء حساباته أو عمليات المحاكاة الخاصة به ، فيمكن الحصول على نماذج المقاومة الحرارية من المورد من قلب المكثف (عنصر اللف) إلى الأرجل والحزمة.
إذا كان تبديد الحرارة والمقاومة الحرارية من الغطاء العلوي أو ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى عنصر التبريد مفهومة تمامًا ، فيمكن استنتاج تبديد أو إمداد إضافي للحرارة. بمجرد التحقق من تبديد الحرارة المحتمل ، يجوز للمورد السماح باستخدام تيارات تموج أعلى لتخطيط اللوحة ، بشرط عدم تجاوز أقصى تيار تموج محدد من قبل المورد ، لأن هذا من شأنه أن يفرض حملًا ميكانيكيًا على المكثف.
ص 6. مخطط دائرة المكافئ الحراري للمكثف
عند اختيار منتج مكثف ، يوصى باستخدام معادلة أرهينيوس لتحديد قيم التوجيه الأولية. باستخدام ملف تعريف المهمة ، يمكن حساب عمر المكثف المحدد للتطبيق بدقة ، والذي يأخذ أيضًا في الاعتبار درجة التسخين الذاتي التي يسببها تيار التموج. من أجل زيادة عمر المكثف إلى أقصى حد ، يجب على المستخدم التحقق من مفاهيم التبريد المحتملة وإشراك المورد أو الموزع أثناء مرحلة التطوير.