Elektrolitik Kondansatörler ve Film Kondansatörler Arasındaki Farklar

KonDansatöRleR, çeşitli elektRonik ve elektRik DevReleRinDe eneRji DepolaMa, voltaj stabilizasyonu ve FiltReleMeDe teMel bir rol oynayan öneMli bileşenlerdir. Farklı kapasitör türleri arasında, elektrolitik kapasitörler Ve FilMi kapasitörler Yaygın olarak kullanılırlar ancak yapıM, perFormans ve uygulamalar açısından önemli ölçüde Farklılık gösterirler. Bu blogda sadece temel Farklılıkları araştırmayacağız, aynı zamanda devrelerdeki davranışlarını daha iyi anlamak için bazı teknik hesaplamalara da dalacağız.

1. İnşaat ve Dielektrik Malzemeler

• elektrolitik Kondansatörler:
  elektrolitik kapasitörler, dielektrik görevi gören bir oksit tabakasıyla birlikte iki iletken plaka (genellikle alüminyum veya tantal) kullanılarak yapılır. İkinci plaka tipik olarak sıvı veya katı bir elektrolittir. Oksit tabakası son derece ince yapısı nedeniyle birim hacim başına yüksek kapasitans sağlar. Bu kapasitörler polarize olduğundan devrede doğru polariteyi gerektirir.

• Film Kapasitörleri:
  Film kapasitörlerinde dielektrik malzeme olarak ince plastik Filmler (polipropilen, polyester veya polikarbonat gibi) kullanılır. Bu Filmler, plaka görevi gören iki metalize katman arasına sarılır veya istiflenir. Film kapasitörleri polar değildir, bu da onları hem AC hem de DC devrelerde kullanılabilir kılar.

2. Kapasitans Hesaplaması

Kapasite ( $C$ Hem elektrolitik hem de film kapasitörler için geçerli olan paralel plakalı bir kapasitörün ) değeri aşağıdaki formülle verilir:

$$C = \frac{\varepsilon_0 \varepsilon_r A}{d}$$

Nerede:

• $C$ = kapasitans (farad, F)

• $\varepsilon_0$ = boş alanın geçirgenliği ( $8.854 \times 10^{-12}$ F/m)

• $\varepsilon_r$ = dielektrik malzemenin bağıl geçirgenliği

• $A$ = plakaların alanı (m²)

• $d$ = plakalar arasındaki mesafe (m)

Örnek Hesaplama : Oksit dielektrik kullanan bir elektrolitik kapasitör için ( $\varepsilon_r = 8,5$ ), plaka alanına sahip $10^{-4} \, \text{m}^2$ ve bir ayrılık $10^{-6} \, \text{m}$ :

$$C = \frac{8.854 \times 10^{-12} \times 8.5 \times 10^{-4}}{10^{-6}} = 7.53 \times 10^{-9} \, \text{F} = 7.53 \, \text{nF}$$

Polipropilen kullanan bir film kapasitör için ( $\varepsilon_r = 2,2$ ), aynı plaka alanı ve dielektrik kalınlığı $10^{-6} \, \text{m}$ :

$$C = \frac{8.854 \times 10^{-12} \times 2.2 \times 10^{-4}}{10^{-6}} = 1.95 \times 10^{-9} \, \text{F} = 1.95 \, \text{nF}$$

Hesaplamanın gösterdiği gibi, elektrolitik kapasitörler, oksit malzemenin daha yüksek bağıl geçirgenliği nedeniyle aynı plaka alanı ve dielektrik kalınlık için önemli ölçüde daha yüksek kapasitans sağlar.

3. eşdeğer Seri Direnç (eSR)

• Elektrolitik Kondansatörler :

  Elektrolitik kapasitörler daha yüksek olma eğilimindedir Eşdeğer Seri Direnç (ESR) Film kapasitörleriyle karşılaştırıldığında. ESR şu şekilde hesaplanabilir:

$$ESR = \frac{1}{2 \pi f C Q}$$

Nerede :

• $f$ = çalışma frekansı (Hz..)

• $C$ = kapasitans (F)

• $Q$ = kalite faktörü

Elektrolitik kapasitörler, iç dirençleri ve elektrolit kayıpları nedeniyle genellikle 0,1 ila birkaç ohm aralığında ESR değerlerine sahiptir. Bu daha yüksek ESR, onları yüksek frekanslı uygulamalarda daha az verimli hale getirerek ısı dağılımının artmasına neden olur.

• Film Kapasitörleri :

  Film kapasitörleri genellikle miliohm aralığında çok düşük ESR'ye sahiptir, bu da onları güç kaynaklarının filtrelenmesi ve değiştirilmesi gibi yüksek frekanslı uygulamalar için oldukça verimli kılar. Daha düşük ESR, minimum güç kaybı ve ısı üretimiyle sonuçlanır.

ESR Örneği :
Elektrolitik kondansatör için $C = 100 \, \mu F$ frekansında çalışan $f = 50 \, \text{Hz}$ ve bir kalite faktörü $S = 20$ :

$$ESR = \frac{1}{2 \pi \times 50 \times 100 \times 10^{-6} \times 20} = 0.159 \, \Omega$$

Aynı kapasitans ve çalışma frekansına sahip ancak daha yüksek kalite faktörüne sahip bir film kapasitör için $S = 200$ :

$$ESR = \frac{1}{2 \pi \times 50 \times 100 \times 10^{-6} \times 200} = 0.0159 \, \Omega$$

Bu, film kapasitörlerinin çok daha düşük ESR'ye sahip olduğunu ve bu da onları yüksek performanslı, yüksek frekanslı uygulamalar için daha uygun hale getirdiğini gösteriyor.

4. Dalgalanma Akımı ve Termal Kararlılık

• Elektrolitik Kondansatörler :
  Elektrolitik kapasitörlerin sınırlı dalgalı akım işleme yeteneklerine sahip olduğu bilinmektedir. Dalgalanma akımı, ESR nedeniyle ısı üretir ve aşırı dalgalanma, elektrolitin buharlaşmasına neden olarak kapasitör arızasına yol açabilir. Dalgalanma akımı değeri, özellikle güç kaynaklarında ve motor sürücü devrelerinde önemli bir parametredir.

  Dalgalanma akımı aşağıdaki formül kullanılarak tahmin edilebilir:

$$P_{\text{kayıp}} = BEN_{\text{dalgalanma}}^2 \times ESR$$

Nerede:

• $P_{\text{kayıp}}$ = güç kaybı (watt)

• $I_{\text{ripple}}$ = dalgalanma akımı (amper)

ESR'si 0,1 ohm olan 100 µF'lik bir elektrolitik kapasitördeki dalgalanma akımı 1 A ise:

$$P_{\text{loss}} = 1^2 \times 0.1 = 0.1 \, \text{W}$$

• Film Kapasitörleri:

  Düşük ESR'ye sahip film kapasitörler, minimum ısı üretimiyle daha yüksek dalgalı akımları idare edebilir. Bu, onları büyük akım dalgalanmalarının meydana geldiği durdurma devreleri ve motor çalıştırma kapasitörleri gibi AC uygulamaları için ideal kılar.

5. Gerilim Değeri ve Arızası

• Elektrolitik Kondansatörler:
  Elektrolitik kapasitörler genellikle 6,3V ila 450V arasında değişen daha düşük voltaj değerlerine sahiptir. Aşırı gerilim, dielektrik bozulmasına ve sonuçta arızaya yol açabilir. Yapıları, oksit tabakasının hasar görmesi durumunda kısa devreye daha yatkın olmalarını sağlar.

• Film Kapasitörleri:
  Film kapasitörler, özellikle polipropilen dielektrikli olanlar, genellikle 1000V'u aşan çok daha yüksek voltajları kaldırabilir. Bu, onları, voltaj kararlılığının kritik olduğu DC bağlantı devreleri gibi yüksek voltaj uygulamaları için uygun hale getirir.

6. Yaşam Beklentisi ve Güvenilirlik

• Elektrolitik Kondansatörler:
  Bir elektrolitik kapasitörün yaşam beklentisi sıcaklıktan, dalgalanma akımından ve çalışma voltajından etkilenir. Genel kural, sıcaklıktaki her 10°C'lik artışta yaşam beklentisinin yarı yarıya azalmasıdır. Onlar da tabidir kapasitör yaşlanması Elektrolit zamanla kuruduğundan.

• Film Kapasitörleri:
  Film kapasitörleri, nominal koşullarda genellikle 100.000 saati aşan uzun çalışma ömrüyle son derece güvenilirdir. Eskimeye ve çevresel faktörlere karşı dayanıklı olmaları, onları uzun vadeli, yüksek güvenilirliğe sahip uygulamalar için ideal kılar.

7. Başvurular

• Elektrolitik Kondansatörler:

  • Güç kaynağı filtreleme

  • Ses devreleri (sinyal yumuşatma)

  • Motor çalıştırma devreleri

  • Alçak gerilim devrelerinde enerji depolama

• Film Kapasitörleri:

  • Yüksek gerilim AC/DC devreleri

  • Aşırı gerilim koruması için söndürücü devreler

  • Motor çalıştırma kapasitörleri

  • EMI/RFI bastırma

Bu yüzden, Hangi Kondansatör Seçilmeli?

Elektrolitik ve film kapasitörler arasında seçim yapmak uygulamanın özel ihtiyaçlarına bağlıdır. Elektrolitik kapasitörler, kompakt boyutta yüksek kapasitans sunar ve düşük voltaj uygulamaları için uygun maliyetlidir. Bununla birlikte, daha yüksek ESR'leri, daha kısa ömürleri ve sıcaklığa duyarlılıkları, onları yüksek frekanslı ve yüksek güvenilirliğe sahip uygulamalar için daha az ideal kılmaktadır.

Film kapasitörler üstün güvenilirlikleri, düşük ESR'leri ve yüksek voltaj taşıma özellikleriyle AC motor devreleri, güç çeviriciler ve endüstriyel kontroller gibi yüksek performans ve dayanıklılık gerektiren uygulamalarda tercih edilir.

Temel farklılıkları anlayarak ve gerekli teknik hesaplamaları yaparak devre tasarımınız için daha bilinçli kararlar verebilirsiniz.