Електролитните и полимерните хибридни кондензатори имат почти еднакъв дизайн: те се състоят от страна на катода и страна на анода, като и двете са направени от алуминиев филм. Анодният филм се окислява, за да образува слой от алуминиев оксид, който образува диелектрика. Двата филма се навиват на руло с помощта на изолационна хартия, за да се образува навитият елемент (P1, P2).
P1
P2. Принципно устройство на електролитни и полимерни кондензатори
Разликата между двата кондензатора е материалът, използван в процеса на пълнене, откъдето идва и името: електролитните кондензатори са пълни с електролит, докато полимерните хибридни кондензатори използват полимерен електролит или комбинация от твърди и течни полимери.
И двата кондензатора предлагат много предимства, като малък размер, но висока стойност на капацитета, ниска цена и пригодност за широка гама от дизайни, като SMD, THT или дизайни с щракване.
Полимерните хибридни кондензатори имат по-висок капацитет на пулсации на тока от електролитните кондензатори, както и по-ниско вътрешно съпротивление при ниски температури и по-стабилен капацитет при високи честоти. Недостатъкът и на двете кондензаторни технологии е техният ограничен експлоатационен живот. По време на работа електролитът или течният полимер ще се свият (P3).
P3. Електролитът или течният полимер дифундират по време на работа, което съкращава експлоатационния живот на кондензатора.
Уравнението на Арениус може грубо да оцени експлоатационния живот на кондензатора.
Най-големият фактор, влияещ върху експлоатационния живот на електролитните и полимерните хибридни кондензатори, е температурата в сърцевината на кондензатора, която се повишава с температурата на околната среда и нивото на приложен пулсационен ток. В допълнение, механичният стрес, дължащ се на силен пулсационен ток, може да повреди оксидния слой, което води до ефект на самолечение, който изразходва допълнителен електролит. Самовъзстановяването е способността на електролитните кондензатори и полимерните хибридни кондензатори да възстановяват оксидния слой чрез химическа реакция между електролита и алуминия. Свиването на електролита може също да доведе до влошаване на електрически параметри като капацитет и параметри като еквивалентно серийно съпротивление (ESR) и коефициент на загуба.
Краят на живота обикновено е етапът, при който параметрите на информационния лист (обикновено увеличаването на загубата на капацитет и процента на коефициента на загуба) не са изпълнени.
При идентифициране на кондензаторни продукти, които отговарят на електрическите параметри по време на целевата работа на крайния продукт, потребителят може да използва уравнението на Арениус за първоначална оценка. Както е показано в P4, експлоатационният живот като функция на коефициента на дифузия е до голяма степен аналогичен на уравнението на Арениус. По този начин, като правило, това може да се изрази по следния начин: намаляване на работната температура с 50 градуса F (10 градуса) удвоява експлоатационния живот.
P4. Както уравнението на Арениус, така и емпиричният метод показват, че намаляване на работната температура от 50 градуса F (10 C)
удвоява живота на кондензатора, осигурявайки почти постоянни резултати
Уравнението на Арениус предоставя само грубо ръководство, тъй като не взема предвид значителния ефект на пулсационния ток върху ефекта на самонагряване.
За да се получи точна стойност за изчислението на експлоатационния живот, се препоръчва потребителят да работи с подходящия доставчик на кондензатори. Това изчисление изисква клиентът да предостави профил на задачата, описващ действителните работни часове в съответния температурен диапазон.
P5. Примерен профил на задача показва какви параметри са необходими на доставчика, за да изчисли точно живота
Всеки доставчик използва отделно изчисление за собствените си продукти, което включва температурни профили и пулсационни токови натоварвания. Следователно доставчиците могат да използват профилите на задачите, предоставени от клиента, за подробни изчисления на жизнения цикъл.
Това също така предотвратява използването на свръхспецифицирани и по-скъпи кондензатори.
Увеличаването на повърхността на радиатора е добър начин за подобряване на разсейването на топлината и по този начин да се удължи живота на кондензатора. Например, активно охлаждане чрез използване на вентилатори или вода може да осигури по-добро разсейване на топлината. Потребителите могат да обмислят този тип концепция за охлаждане, когато проверяват компонентите и изчисляват експлоатационния живот.
Свързването на охлаждащия елемент към кондензатора също играе ключова роля.
Свързването на охлаждащия елемент директно към компонента често е по-ефективно от поставянето му от другата страна на платката. Освен това трябва да се има предвид периферното устройство на кондензатора, тъй като то излъчва и поглъща топлина едновременно през щифтовете, особено ако наблизо са инсталирани силови полупроводници или други компоненти, генериращи топлина. Ако има налични емпирични данни (напр. температура в работно състояние, ток, напрежение и честота), тази вложена топлина може да бъде включена в изчислението на експлоатационния живот.
Ако потребителят използва топлопроводими пасти или тампони, тяхната термична устойчивост е решаващ фактор. Колкото по-ниска е стойността, толкова по-висока е топлинната ефективност. Ако охлаждащият елемент трябва да бъде електрически изолиран, трябва да се избере изолационна термична паста или подходяща спойка.
Ако потребителят желае да извърши свои собствени изчисления или симулации, модели на термично съпротивление могат да бъдат получени от доставчика от сърцевината на кондензатора (елемент на намотката) до краката и пакета.
Ако разсейването на топлината и термичното съпротивление от горния капак или печатната платка към охлаждащия елемент са напълно разбрани, може да се направи извод за допълнително разсейване или захранване на топлина. След като се провери възможното разсейване на топлината, доставчикът може да разреши използването на по-високи токове на пулсации за оформлението на платката, при условие че не се превишава максималния ток на пулсации, определен от доставчика, тъй като това би наложило механично натоварване на кондензатора.
P6. Термична еквивалентна схема на кондензатор
При избора на кондензаторен продукт се препоръчва да се използва уравнението на Арениус за определяне на първоначалните ориентировъчни стойности. Чрез използването на профила на задачата може точно да се изчисли експлоатационният живот на избрания за приложението кондензатор, който също така взема предвид степента на самонагряване, причинена от пулсационния ток. За да се увеличи максимално живота на кондензатора, потребителят трябва да проучи възможни концепции за охлаждане и да включи доставчика или дистрибутора по време на фазата на разработка.