Что такое ток утечки конденсатора и как его уменьшить

Конденсатор является наиболее распространенным компонентом электроники и используется практически во всех электронных устройствах. На рынке доступно множество типов конденсаторов для различных целей в любой электронной схеме. Они доступны во многих различных номиналах от 1 пикофарада до конденсатора 1 фарад и суперконденсатора. Конденсаторы также имеют разные типы номиналов, такие как рабочее напряжение, рабочая температура, допуск номинального значения и ток утечки.

Ток утечки конденсатора является решающим фактором для приложения, особенно если он используется в силовой электронике или аудиоэлектронике. Конденсаторы разных типов имеют разные значения тока утечки. Помимо выбора идеального конденсатора с надлежащей утечкой, схема также должна иметь возможность контролировать ток утечки. Итак, сначала мы должны иметь четкое представление о токе утечки конденсатора.

Связь с диэлектрическим слоем

Ток утечки конденсатора находится в прямой зависимости от диэлектрика конденсатора. Давайте посмотрим на изображение ниже -

На изображении выше показана внутренняя конструкция алюминиевого электролитического конденсатора. Алюминиевый электролитический конденсатор состоит из нескольких частей, заключенных в компактную герметичную упаковку. Детали: анод, катод, электролит, диэлектрический слой изолятора и т. Д.

Диэлектрический изолятор обеспечивает изоляцию проводящей пластины внутри конденсатора. Но поскольку в этом мире нет ничего идеального, изолятор не является идеальным изолятором и имеет допуск на изоляцию. Из-за этого через изолятор будет протекать очень небольшой ток. Этот ток называется током утечки.

Изолятор и протекание тока можно продемонстрировать с помощью простого конденсатора и резистора.

Резистор имеет очень высокое значение сопротивления, которое можно определить как сопротивление изолятора.и конденсатор используется для копирования реального конденсатора. Поскольку резистор имеет очень высокое значение сопротивления, ток, протекающий через резистор, очень мал, обычно в несколько наноампер. Сопротивление изоляции зависит от типа диэлектрического изолятора, поскольку разные типы материалов изменяют ток утечки. Низкая диэлектрическая проницаемость обеспечивает очень хорошее сопротивление изоляции, что приводит к очень низкому току утечки. Например, конденсаторы полипропиленового, пластикового или тефлонового типа являются примером низкой диэлектрической проницаемости. Но у этих конденсаторов емкость намного меньше. Увеличение емкости также увеличивает диэлектрическую проницаемость. Электролитические конденсаторы обычно имеют очень высокую емкость, а также высокий ток утечки.

Зависимые факторы тока утечки конденсатора

Ток утечки конденсатора обычно зависит от следующих четырех факторов:

1. Диэлектрический слой
2. Температура окружающей среды
3. Температура хранения
4. Приложенное напряжение

1. Слой диэлектрика не работает должным образом.

Конструкция конденсатора требует химического процесса. Диэлектрический материал является основным разделителем между проводящими пластинами. Поскольку диэлектрик является основным изолятором, ток утечки во многом зависит от него. Следовательно, если диэлектрик закаляется во время производственного процесса, он напрямую способствует увеличению тока утечки. Иногда диэлектрические слои имеют примеси, что приводит к ослаблению слоя. Более слабый диэлектрик уменьшает ток, что дополнительно способствует медленному процессу окисления. Не только это, но и неправильное механическое напряжение также способствует снижению диэлектрической проницаемости конденсатора.

2. Температура окружающей среды

Конденсатор рассчитан на рабочую температуру. Рабочая температура может варьироваться от 85 до 125 градусов Цельсия или даже больше. Поскольку конденсатор представляет собой устройство с химическим составом, температура имеет прямую связь с химическим процессом внутри конденсатора. Ток утечки обычно увеличивается, когда температура окружающей среды достаточно высока.

3. Хранение конденсатора.

Хранение конденсатора без напряжения в течение длительного времени нехорошо для конденсатора. Температура хранения также является важным фактором тока утечки. Когда конденсаторы хранятся, оксидный слой подвергается воздействию материала электролита. Оксидный слой начинает растворяться в материале электролита. Химический процесс отличается для разных типов электролитов. Электролит на водной основе нестабилен, тогда как электролит на основе инертного растворителя способствует меньшему току утечки из-за уменьшения окислительного слоя.

Однако этот ток утечки носит временный характер, поскольку конденсатор обладает свойствами самовосстановления при подаче напряжения. Во время воздействия напряжения окислительный слой начинает восстанавливаться.

4. Приложенное напряжение

Каждый конденсатор имеет номинальное напряжение. Поэтому использовать конденсатор с напряжением выше номинального - плохо. Если напряжение увеличивается, увеличивается и ток утечки. Если напряжение на конденсаторе выше номинального, химическая реакция внутри конденсатора создает газы и разрушает электролит.

Если конденсатор хранится в течение длительного времени, например, в течение многих лет, конденсатор необходимо вернуть в рабочее состояние, подав номинальное напряжение в течение нескольких минут. Во время этого этапа слой окисления нарастает снова и восстанавливает конденсатор в рабочем состоянии.

Как уменьшить ток утечки конденсатора, чтобы увеличить срок его службы

Как обсуждалось выше, конденсатор зависит от многих факторов. Первый вопрос: как рассчитывается срок службы конденсатора? Ответ заключается в подсчете времени до тех пор, пока не закончится электролит. Электролит расходуется окислительным слоем. Ток утечки является основным компонентом для измерения степени повреждения слоя окисления.

Следовательно, уменьшение тока утечки в конденсаторе является основным ключевым компонентом срока службы конденсатора.

1. Производство или производственное предприятие - это первое место в жизненном цикле конденсатора, где конденсаторы тщательно изготавливаются с учетом низкого тока утечки. Необходимо соблюдать меры предосторожности, чтобы диэлектрический слой не был поврежден или поврежден.

2. Второй этап - хранилище. Конденсаторы необходимо хранить при надлежащей температуре. Неправильная температура влияет на электролит конденсатора, что еще больше ухудшает качество оксидного слоя. Убедитесь, что конденсаторы эксплуатируются при надлежащей температуре окружающей среды, ниже максимального значения.

3. На третьем этапе, когда конденсатор припаян к плате, температура пайки является ключевым фактором. Потому что для электролитических конденсаторов температура пайки может стать достаточно высокой, выше точки кипения конденсатора. Температура пайки влияет на диэлектрические слои на выводных выводах и ослабляет окислительный слой, что приводит к высокому току утечки.. Чтобы избежать этого, к каждому конденсатору прилагается технический паспорт, в котором производитель указывает безопасную температуру пайки и максимальное время выдержки. Для безопасной работы соответствующего конденсатора нужно быть осторожным с этими номиналами. Это также применимо к конденсаторам устройств поверхностного монтажа (SMD), пиковая температура пайки оплавлением или пайки волной не должна превышать максимально допустимый номинал.

4. Поскольку напряжение конденсатора является важным фактором, напряжение конденсатора не должно превышать номинальное напряжение.

5. Балансировка конденсатора при последовательном соединении. Последовательное соединение конденсаторов - это немного сложная задача для балансировки тока утечки. Это связано с дисбалансом токов утечки, делением напряжения и разделением между конденсаторами. Разделенное напряжение может быть разным для каждого конденсатора, и может быть вероятность того, что напряжение на конкретном конденсаторе может быть выше номинального напряжения, и конденсатор начнет работать со сбоями.

Чтобы преодолеть эту ситуацию, к отдельному конденсатору добавляются два резистора высокого номинала, чтобы уменьшить ток утечки.

На изображении ниже показан метод балансировки, при котором два последовательно соединенных конденсатора балансируются с помощью резисторов большого номинала.

Используя технику балансировки, можно контролировать разницу напряжений, на которую влияет ток утечки.