电容器是电子产品中最常见的组件,几乎用于所有电子产品应用中。市场上有许多类型的电容器可用于任何电子电路中的不同目的。从1微微法拉到1法拉电容器和超级电容器,它们有许多不同的值。电容器还具有不同类型的额定值,例如工作电压,工作温度,额定值的公差和泄漏电流。
电容器的泄漏电流对于应用至关重要,尤其是在电力电子或音频电子中使用时。不同类型的电容器提供不同的额定漏电流。除了选择具有适当泄漏的理想电容器外,电路还应具有控制泄漏电流的能力。因此,首先我们应该对电容器泄漏电流有一个清晰的了解。
与介电层的关系
电容器的泄漏电流与电容器的电介质有直接关系。让我们看下图-
上图是铝电解电容器的内部结构。铝电解电容器几乎没有部件被封装在紧凑的紧凑包装中。这些零件是阳极,阴极,电解质,介电层绝缘子等。
电介质绝缘体使电容器内部的导电板绝缘。但是,由于这个世界上没有完美的绝缘子,因此绝缘子不是理想的绝缘子,并且具有绝缘公差。因此,极少量的电流将流过绝缘子。该电流称为漏电流。
可以通过使用简单的电容器和电阻器来演示绝缘子和电流的流动。
该电阻具有很高的电阻值,可以确定为绝缘电阻电容器用于复制实际电容器。由于电阻器的电阻值非常高,因此流经电阻器的电流非常低,通常为数纳安。绝缘电阻取决于电介质绝缘体的类型,因为不同类型的材料会改变泄漏电流。低介电常数可提供非常好的绝缘电阻,从而导致非常低的泄漏电流。例如,聚丙烯,塑料或聚四氟乙烯型电容器是低介电常数的示例。但是对于那些电容器,电容非常小。增加电容也会增加介电常数。电解电容器通常具有非常高的电容,并且泄漏电流也很高。
电容器漏电流的影响因素
电容器泄漏电流通常取决于以下四个因素:
- 介电层
- 环境温度
- 储存温度
- 施加电压
1.介电层无法正常工作
电容器的构造需要化学过程。介电材料是导电板之间的主要分隔。由于电介质是主要的绝缘体,因此泄漏电流具有很大的依赖性。因此,如果在制造过程中对电介质进行回火,将直接有助于增加漏电流。有时,电介质层具有杂质,从而导致该层薄弱。较弱的电介质会降低电流流动,这进一步有助于缓慢的氧化过程。不仅如此,而且不适当的机械应力也会导致电容器的介电薄弱。
2.环境温度电容器具有额定工作温度。工作温度范围可以从85摄氏度到125摄氏度甚至更高。由于电容器是化学组成的设备,因此温度与电容器内部的化学过程有直接关系。当环境温度足够高时,泄漏电流通常会增加。
3.电容器的存放长时间不带电存放电容器对电容器不利。的存储温度也是漏电流的重要因素。当存储电容器时,氧化物层被电解质材料侵蚀。氧化物层开始溶解在电解质材料中。对于不同类型的电解质材料,化学过程是不同的。水基电解质不稳定,而惰性溶剂基电解质由于氧化层的减少而贡献较小的泄漏电流。
但是,由于电容器在施加电压时具有自愈特性,因此该泄漏电流是暂时的。在暴露于电压期间,氧化层开始再生。
4.施加电压每个电容器都有额定电压。因此,使用高于额定电压的电容器是一件坏事。如果电压增加,则泄漏电流也会增加。如果电容器两端的电压高于额定电压,则电容器内部的化学反应会产生气体并降解电解质。
如果电容器长时间(例如多年)存放,则需要通过提供几分钟的额定电压来使电容器恢复到工作状态。在此阶段,氧化层再次建立起来,并在功能阶段恢复电容器。
如何减少电容器漏电流以延长电容器寿命
如上所述,电容器具有许多因素的依赖性。第一个问题是电容器寿命如何计算?答案是通过计算直到电解液用完为止的时间。电解质被氧化层消耗。泄漏电流是测量氧化层受阻程度的主要成分。
因此,减少电容器中的漏电流是电容器寿命的主要关键因素。
1.制造或生产工厂是电容器寿命周期的第一阶段,在该周期中,精心制造电容器以降低泄漏电流。需要采取预防措施以确保电介质层没有损坏或受阻。
2.第二阶段是存储。电容器需要存放在适当的温度下。温度不当会影响电容器电解质,从而进一步降低氧化层质量。确保在适当的环境温度(低于最大值)下操作电容器。
3.在第三阶段,将电容器焊接在板上时,焊接温度是关键因素。因为对于电解电容器,焊接温度可以变得足够高,超过电容器的沸点。焊接温度会影响引线引脚上的介电层并削弱氧化层,从而导致高漏电流。为了克服这个问题,每个电容器都附带有一个数据表,制造商可在此数据表中提供安全的焊接温度额定值和最长的暴露时间。为了使各个电容器安全工作,必须注意那些额定值。这也适用于表面贴装器件(SMD)电容器,回流焊接或波峰焊的峰值温度不应超过最大允许额定值。
4.由于电容器的电压是重要的因素,因此电容器的电压不应超过额定电压。
5.平衡串联电容器。该电容器串联是有点复杂的工作,以平衡泄漏电流。这是由于漏电流的不平衡导致分压和电容器之间的分压。每个电容器的分压电压可能不同,并且特定电容器上的电压可能会超过额定电压,并且电容器开始发生故障。
为了克服这种情况,两个高值电阻器跨接在各个电容器上,以减小泄漏电流。
下图显示了平衡技术,其中两个串联的电容器使用高阻值电阻进行了平衡。
通过使用平衡技术,可以控制受漏电流影响的电压差。