Az elektrolitikus és polimer hibrid kondenzátorok felépítése közel azonos: katódoldalból és anódoldalból állnak, és mindkettő alumínium fóliából készül. Az anódfilmet oxidálják, és alumínium-oxid réteget képeznek, amely a dielektrikumot képezi. A két fóliát egy szigetelőpapír segítségével feltekerjük a tekercselem (P1, P2) kialakításához.
P1
P2. Elektrolit és polimer kondenzátorok alaptervei
A két kondenzátor közötti különbség a töltési folyamatban használt anyag, innen ered a név: az elektrolit kondenzátorok elektrolittal vannak feltöltve, míg a polimer hibrid kondenzátorok polimer elektrolitot vagy szilárd és folyékony polimerek kombinációját használják.
Mindkét kondenzátor számos előnnyel rendelkezik, mint például a kis méret, de nagy kapacitásérték, az alacsony költség és a sokféle kialakításhoz való alkalmasság, mint például az SMD, THT vagy beépíthető kivitel.
A polimer hibrid kondenzátorok hullámzó áramkapacitása nagyobb, mint az elektrolitkondenzátoroké, valamint alacsonyabb belső ellenállásuk alacsony hőmérsékleten és stabilabb kapacitásuk magas frekvenciákon. Mindkét kondenzátortechnológia hátránya a korlátozott élettartam. Működés közben az elektrolit vagy a folyékony polimer zsugorodik (P3).
P3. Az elektrolit vagy folyékony polimer működés közben diffundál, ami lerövidíti a kondenzátor élettartamát.
Az Arrhenius-egyenlet hozzávetőlegesen megbecsüli a kondenzátor élettartamát.
Az elektrolit- és polimer hibrid kondenzátorok élettartamát leginkább befolyásoló tényező a kondenzátor maghőmérséklete, amely a környezeti hőmérséklettel és az alkalmazott hullámosítóáram mértékével emelkedik. Ezenkívül a nagy hullámos áram miatti mechanikai igénybevétel károsíthatja az oxidréteget, ami öngyógyító hatást eredményez, amely további elektrolitot fogyaszt. Az öngyógyítás az elektrolit kondenzátorok és a polimer hibrid kondenzátorok azon képessége, hogy az elektrolit és az alumínium közötti kémiai reakció révén helyreállítsák az oxidréteget. Az elektrolit zsugorodása az elektromos paraméterek, például a kapacitás és az olyan paraméterek romlásához is vezethet, mint az egyenértékű soros ellenállás (ESR) és a veszteségi tényező.
Az élettartam vége általában az a szakasz, amikor az adatlap paraméterei (általában a kapacitásveszteség növekedése és a veszteségi tényező százaléka) nem teljesülnek.
A végtermék célműködése során az elektromos paramétereknek megfelelő kondenzátortermékek azonosításakor a felhasználó az Arrhenius-egyenletet használhatja a kezdeti értékeléshez. Amint azt a P4 mutatja, az élettartam a diffúziós együttható függvényében nagymértékben analóg az Arrhenius-egyenlettel. Így alapszabályként a következőképpen fejezhető ki: az üzemi hőmérséklet 50 fokkal (10 fokkal) történő csökkentése megkétszerezi az élettartamot.
P4. Mind az Arrhenius-egyenlet, mind az empirikus módszer azt mutatja, hogy az üzemi hőmérséklet 10 C-os csökkenése
megduplázza a kondenzátor élettartamát, szinte egyenletes eredményeket biztosítva
Az Arrhenius-egyenlet csak hozzávetőleges útmutatást ad, mivel nem veszi figyelembe a hullámos áramnak az önmelegítő hatásra gyakorolt jelentős hatását.
Annak érdekében, hogy pontos értéket kapjon az élettartam-számításhoz, ajánlatos a felhasználónak a megfelelő kondenzátorszállítóval együttműködni. Ehhez a számításhoz az ügyfélnek egy feladatprofilt kell megadnia, amely részletezi a tényleges üzemórákat az adott hőmérsékleti tartományban.
P5. A mintafeladatprofil megmutatja, hogy milyen paraméterekre van szüksége a szállítónak az élettartam pontos kiszámításához
Minden szállító külön számítást alkalmaz a saját termékeihez, amely magában foglalja a hőmérsékleti profilokat és a hullámos áramterheléseket. Ezért a beszállítók az ügyfél által biztosított feladatprofilokat használhatják részletes élettartam-számításokhoz.
Ez megakadályozza a túlzottan meghatározott és drágább kondenzátorok használatát is.
A hűtőborda felületének növelése jó módszer a hőelvezetés javítására és ezáltal a kondenzátor élettartamának meghosszabbítására. Például az aktív hűtés ventilátorok vagy víz használatával jobb hőelvezetést biztosíthat. A felhasználók figyelembe vehetik ezt a típusú hűtési koncepciót az alkatrészek ellenőrzésekor és az élettartam kiszámításakor.
A hűtőelem kondenzátorhoz való csatlakoztatása is kulcsszerepet játszik.
A hűtőelemet közvetlenül az alkatrészhez csatlakoztatni gyakran hatékonyabb, mint a tábla másik oldalára helyezni. Ezenkívül figyelembe kell venni a kondenzátor perifériás egységét, mivel az egyszerre sugároz és vesz fel hőt a tűkön keresztül, különösen, ha teljesítmény-félvezetőket vagy más hőtermelő alkatrészeket szerelnek fel a közelben. Ha empirikus adatok (pl. bekapcsolt hőmérséklet, áram, feszültség és frekvencia) rendelkezésre állnak, akkor ez a hőbevitel beépíthető az élettartam-számításba.
Ha a felhasználó hővezető pasztákat vagy betéteket használ, akkor ezek hőellenállása a döntő tényező. Minél alacsonyabb az érték, annál nagyobb a termikus hatásfok. Ha a hűtőelemet elektromosan le kell választani, akkor szigetelő hőpasztát vagy megfelelő forrasztóbetétet kell választani.
Ha a felhasználó saját számításokat vagy szimulációkat szeretne végezni, a szállítótól beszerezhető hőellenállási modell a kondenzátor magjától (tekercselő elem) a lábakig és a csomagig.
Ha teljes mértékben megértjük a hőleadást és a hőellenállást a felső burkolattól vagy a NYÁK-tól a hűtőelemig, további hőelvezetésre vagy -ellátásra lehet következtetni. Az esetleges hőleadás igazolása után a szállító engedélyezheti a nagyobb hullámossági áramok alkalmazását a tábla elrendezésénél, feltéve, hogy a szállító által megadott maximális hullámossági áramot nem lépik túl, mivel ez mechanikai terhelést jelentene a kondenzátorra.
P6. A kondenzátor termikus egyenértékű kapcsolási rajza
A kondenzátortermék kiválasztásakor ajánlatos az Arrhenius-egyenletet használni a kezdeti irányértékek meghatározásához. A feladatprofil használatával pontosan kiszámítható az alkalmazáshoz kiválasztott kondenzátor élettartama, amely figyelembe veszi a hullámos áram okozta önmelegedés mértékét is. A kondenzátor élettartamának maximalizálása érdekében a felhasználónak meg kell vizsgálnia a lehetséges hűtési koncepciókat, és be kell vonnia a szállítót vagy a forgalmazót a fejlesztési szakaszba.