Що таке струм витоку з конденсатора і як його зменшити

Конденсатор є найпоширенішим компонентом в електроніці і використовується майже в усіх додатках електроніки. На ринку існує багато типів конденсаторів для різних цілей в будь-яких електронних схемах. Вони доступні у різних значеннях - від 1 Піко-Фарада до 1 конденсатора Фарада та Суперконденсатора. Конденсатори також мають різні типи номіналів, такі як робоча напруга, робоча температура, допуск номінального значення та струм витоку.

Струм витоку конденсатора є вирішальним фактором для застосування, особливо якщо він використовується в силовій електроніці або аудіоелектроніці. Різні типи конденсаторів забезпечують різні номінали струму витоку. Окрім вибору ідеального конденсатора з належним витоком, ланцюг також повинен мати можливість контролювати струм витоку. Отже, спочатку ми повинні чітко розуміти струм витоку конденсатора.

Зв'язок з діелектричним шаром

Струм витоку конденсатора має прямий зв'язок з діелектриком конденсатора. Побачимо зображення нижче -

Наведене зображення - внутрішня конструкція алюмінієвого електролітичного конденсатора. Алюмінієвий електролітичний конденсатор має кілька частин, які укладені в компактну щільну упаковку. Деталі - це анод, катод, електроліт, діелектричний шаровий ізолятор тощо.

Діелектричний ізолятор забезпечує ізоляцію провідної пластини всередині конденсатора. Але оскільки в цьому світі немає нічого ідеального, ізолятор не є ідеальним ізолятором і має допуск на ізоляцію. Через це через ізолятор буде протікати дуже мала кількість струму. Цей струм називається струмом витоку.

Ізолятор і потік струму можна продемонструвати, використовуючи простий конденсатор і резистор.

Резистор має дуже велике значення опору, яке можна визначити як опір ізолятораа конденсатор використовується для тиражування власне конденсатора. Оскільки резистор має дуже велике значення опору, струм, що протікає через резистор, є дуже низьким, як правило, в ряді наноампер. Опір ізоляції залежить від типу діелектричного ізолятора, оскільки різні типи матеріалів змінюють струм витоку. Низька діелектрична проникність забезпечує дуже хороший опір ізоляції, що призводить до дуже низького струму витоку. Наприклад, поліпропіленові, пластикові або тефлонові конденсатори є прикладом низької діелектричної проникності. Але для цих конденсаторів ємність є набагато меншою. Збільшення ємності також збільшує діелектричну проникність. Електролітичні конденсатори зазвичай мають дуже високу ємність, і струм витоку також високий.

Залежні фактори струму витоку конденсатора

Струм витоку конденсатора, як правило, залежить від чотирьох факторів:

1. Діелектричний шар
2. Температура навколишнього середовища
3. Зберігання температури
4. Прикладна напруга

1. Діелектричний шар не працює належним чином

Побудова конденсатора вимагає хімічного процесу. Діелектричний матеріал є основним розділенням між струмопровідними пластинами. Оскільки діелектрик є основним ізолятором, струм витоку має великі залежності від нього. Отже, якщо діелектрик загартується в процесі виробництва, це безпосередньо сприятиме збільшенню струму витоку. Іноді в діелектричних шарах є домішки, що призводить до слабкості шару. Більш слабкий діелектрик зменшує потік струму, що ще більше сприяє повільному процесу окислення. Не тільки це, але і неправильне механічне напруження також сприяє діелектричній слабкості конденсатора.

2. Температура навколишнього середовища

Конденсатор має рейтинг робочої температури. Робоча температура може коливатися від 85 градусів Цельсія до 125 градусів Цельсія або навіть більше. Оскільки конденсатор є хімічно складеним пристроєм, температура безпосередньо пов’язана з хімічним процесом всередині конденсатора. Струм витоку зазвичай збільшується, коли температура навколишнього середовища досить висока.

3. Зберігання конденсатора

Зберігання конденсатора тривалий час без напруги не є корисним для конденсатора. Температура зберігання також є важливим фактором струму витоку. Коли конденсатори зберігаються, оксидний шар атакується електролітним матеріалом. Оксидний шар починає розчинятися в електролітному матеріалі. Хімічний процес різний для різних типів електролітного матеріалу. Електроліт на водній основі не є стабільним, тоді як інертний електроліт на основі розчинника сприяє зменшенню струму витоку через зменшення шару окислення.

Однак цей струм витоку є тимчасовим, оскільки конденсатор має самовідновлювальні властивості при подачі на нього напруги. Під час впливу напруги шар окислення починає відновлюватися.

4. Прикладна напруга

Кожен конденсатор має номінальну напругу. Тому використовувати конденсатор вище номінальної напруги - це погано. Якщо напруга зростає, струм витоку також збільшується. Якщо напруга на конденсаторі перевищує номінальну напругу, хімічна реакція всередині конденсатора створює гази і погіршує електроліт.

Якщо конденсатор зберігається протягом тривалого часу, наприклад, протягом багатьох років, конденсатор потрібно відновити в робочому стані, надавши номінальну напругу протягом декількох хвилин. На цій стадії шар окислення знову нарощується і відновлює конденсатор у функціональній стадії.

Як зменшити струм витоку конденсатора, щоб поліпшити термін служби конденсатора

Як обговорювалося вище, конденсатор має залежності від багатьох факторів. Перше питання - як розраховується термін служби конденсатора? Відповідь полягає в обчисленні часу до закінчення електроліту. Електроліт витрачається окислювальним шаром. Струм витоку є основною складовою для вимірювання того, наскільки сильно окислювальний шар утруднений.

Тому зменшення струму витоку в конденсаторі є основною ключовою складовою для життя конденсатора.

1. Виробництво або виробничий цех - це перше місце життєвого циклу конденсатора, де конденсатори ретельно виготовляються з низьким струмом витоку. Необхідно вжити заходів обережності, щоб діелектричний шар не був пошкоджений або утруднений.

2. Другий етап - зберігання. Конденсатори потрібно зберігати при належній температурі. Неправильна температура впливає на електроліт конденсатора, що ще більше погіршує якість окисного шару. Переконайтесь, що конденсатори працюють за належної температури навколишнього середовища, меншої за максимальну.

3. На третьому етапі, коли конденсатор припаяний до плати, ключовим фактором є температура пайки. Оскільки для електролітичних конденсаторів температура пайки може стати досить високою, ніж температура кипіння конденсатора. Температура пайки впливає на діелектричні шари на свинцевих штифтах і послаблює шар окислення, що призводить до високого струму витоку. Щоб подолати це, кожен конденсатор постачається з технічним описом, де виробник забезпечує безпечну температуру пайки та максимальний час витримки. Потрібно бути обережним щодо цих оцінок безпечної роботи відповідного конденсатора. Це також стосується конденсаторів пристроїв поверхневого монтажу (SMD), пікова температура паяння з переплавленням або паянням хвиль не повинна перевищувати максимально допустимий показник.

4. Оскільки напруга конденсатора є важливим фактором, напруга конденсатора не повинна перевищувати номінальну напругу.

5. Балансування конденсатора в послідовному підключенні. Послідовне підключення конденсатора є дещо складною роботою, щоб збалансувати струм витоку. Це пов'язано з дисбалансом струму витоку, розділити напругу і розділити між конденсаторами. Розділена напруга може бути різною для кожного конденсатора, і може існувати ймовірність того, що напруга на конкретному конденсаторі може перевищувати номінальну напругу, і конденсатор почне працювати неправильно.

Щоб подолати цю ситуацію, два окремі резистори додають через окремий конденсатор для зменшення струму витоку.

На зображенні нижче показано техніку балансування, де два конденсатори послідовно збалансовані за допомогою високоцінних резисторів.

За допомогою техніки балансування можна регулювати різницю напруг, на яку впливає струм витоку.