Kondensaattorit ovat olennainen passiivinen komponentti sähköpiireissä niiden laajan käyttöalueen vuoksi. Lisäksi piiriin sopivan kondensaattorityypin valinta on välttämätöntä, koska kondensaattorit jaetaan eri tyyppeihin rakenteensa ja koostumuksensa perusteella. Kalvokondensaattori on yksi kondensaattorityypeistä, joilla on pitkä käyttöikä, alhainen itseinduktanssi ja joka voi absorboida virtapiikkejä piireissä vahingoittumatta.
Pääpiirteet:
Mikä on filmikondensaattori
Filmikondensaattorin rakentaminen ja työstö
Filmikondensaattoreiden tyypit
Kalvokondensaattorien itsekorjaava ominaisuus
Snubber Circuit
Tehosuodattimet
EMI suodattimet
Johtopäätös
Mikä on filmikondensaattori
Kalvokondensaattori on sellainen, jonka levyjen välisenä dialektiikana on muovikalvo, mikä tekee siitä halvempaa ja säilyttää ominaisuudet muuttumattomina pidempään. Tämä muovikalvo on melko ohut, koska sen paksuus on yksi mikrometri. Tämä kondensaattori kuuluu polarisoimattoman kondensaattorin luokkaan, ja tämä tekee siitä melko hyödyllisen vaihtovirtapiireissä. Kalvokondensaattorit kestävät ylijännitteen, joka on kaksi kertaa niiden nimellisjännitekapasiteetti.
Filmikondensaattorin rakentaminen ja työstö
Kalvokondensaattorissa käytetään erityyppisiä muovikalvoja, joilla on erilaiset ominaisuudet, esimerkiksi polypropeenikalvo tarjoaa korkeamman eristysvastuksen ja sopii virtapiireihin, joissa on suurempi virta. Lisäksi polypropeenisulfidilla on korkea lämmönkestävyys ja hyvät lämpöominaisuudet, mutta se on kallis. Joten tässä on kalvotyyppejä ominaisuuksineen, joita käytetään dielektrisinä kalvokondensaattoreissa:
Filmikondensaattoreiden tyyppi
Nyt kalvokondensaattorin dielektrisen kalvomateriaalin perusteella sen ominaisuudet vaihtelevat paljon, joten tässä on taulukko, joka näyttää erityyppisiin eristysmateriaaleihin perustuvien kalvokondensaattorien ominaisuudet:
Kondensaattorien rakenteen havainnollistamiseksi on olemassa kahden tyyppisiä kalvokondensaattoreita, joista toinen on foliokalvokondensaattori ja toinen on metallikondensaattori tai höyrypinnoituskondensaattori:
Foliokalvokondensaattorit
Tämäntyyppisissä kondensaattoreissa on metallikalvosta valmistetut elektrodit, jotka on asetettu eristeen muovikalvojen väliin. Nämä ovat käämitystyyppisiä kalvokondensaattoreita, jotka voivat olla joko induktiivisia tai ei-induktiivisia, ja ero näiden kahden välillä on, että kohdeinduktiivisen foliokalvokondensaattorin navat on kytketty suoraan elektrodeihin ennen käämitystä. Kun taas ei-induktiivisessa foliokalvokondensaattorissa on liittimet, jotka on kytketty päätypintoihin.
Ei-induktiivisilla kalvoelektrodikalvokondensaattoreilla on pienempi induktanssi ja korkeataajuiset ominaisuudet verrattuna induktiivisiin. Induktiivisessa foliokalvokondensaattorissa metallikalvot on sijoitettu kahden muovikalvon väliin, eikä niitä ole kytketty suoraan:
Kun taas ei-induktiivisessa foliokalvokondensaattorissa metallikalvot on sijoitettu siten, että jokainen kalvo on sijoitettu tietyssä määrin eristeen muovikalvoista:
Metalloitu kalvokondensaattori
Toinen kalvokondensaattorityyppi on metalloitu kalvokondensaattori, koska siinä on ohut metallikerros, joka ruiskutetaan dielektrisen muovikalvon toiselle puolelle. Tämä muovikalvolle kerrostunut metallikerros muodostaa kondensaattorielektrodin, joka on melko ohut, mikä tekee siitä paljon pienemmän kuin elektrodityyppinen kalvokondensaattori. Nämä kondensaattorit ovat vain ei-induktiivisia, mutta ne voivat olla joko käämityyppejä tai laminoituja:
Kalvokondensaattori toimii samalla tavalla kuin yleinen kondensaattori, eli kun siihen kytketään virtalähde, kahden elektrodin välinen potentiaali alkaa muodostua. Kun molempien levyjen varaus on kertynyt niiden kapasiteettiin, se tarkoittaa, että kondensaattori on ladattu täyteen. Lisäksi näissä kalvokondensaattoreissa on itsekorjautuva ominaisuus, joka lisää niiden säilyvyyttä.
Kalvokondensaattorien itsekorjaava ominaisuus
Aina kun eriste on metallista poistunut suuren virran, korkean lämpötilan tai minkä tahansa ylijännitteen vuoksi, kalvokondensaattori hapettaa ympäröivän kerrostetun kalvon. Tämä erottaa muun kapasiteettialueen viallisesta ja jatkaa siten toimintaansa kunnolla:
Tämä vika-alueen eristäminen muusta kondensaattorista voi kuitenkin myös vähentää kondensaattorin kapasitanssia ajan myötä. Lisäksi alla on taulukko, joka näyttää kondensaattorin kapasitanssin heikkenemisen ajan myötä hapettumisen vuoksi:
Tässä yllä olevassa taulukossa sininen kaavio näyttää kapasitanssin ilman itsestään paranemista, koska heikkeneminen voi olla erittäin korkea, mikä johtaa massiiviseen vikaan. Jos elektrodeja käytetään sulakkeiden kanssa kalvokondensaattorien koostumuksessa, hajoamiskäyrä on vihreän värinen.
Jos sulakkeet on kytketty väärin ensiökennoon, se voi johtaa kondensaattorin vikaantumiseen, mikä johtaa kapasitanssin nopeaan menettämiseen. Ruskea käyrä on tarkoitettu suuritehoiselle kalvokondensaattorille, jossa on asianmukaiset segmentoidut elektrodit, joilla on huomattavasti suurempi tiheys puhtaan öljykyllästyksen ansiosta.
Tämäntyyppiset kalvokondensaattorit on suunniteltu siten, että ne eivät menetä enempää kuin 2 prosenttia alkuperäisestä kapasitanssista, kun ne työskentelevät nimellisjännite- ja virta-arvoillaan. Tästä syystä näillä kalvokondensaattoreilla on yleensä korkeampi käyttöikä kuin muilla kondensaattoreilla, ja niitä käytetään laajalti vaihtovirtapiireissä.
Filmikondensaattorit Snubber-piirissä
Virtapiireissä on tavallisesti virta- ja jännitepiikkejä jännitteiden korkeampien muutosten takia, ja tällaisten ongelmien ratkaisemiseksi käytetään snubber-piirejä. Pääasiassa snubber-piireissä on kalvokondensaattorit sähkömagneettisten häiriöiden ja puolijohteiden jännityksen vähentämiseksi. Kalvokondensaattori kestää suuremman jännitteen muutosnopeuden, mikä voi aiheuttaa suuremman virran kulkemisen sen läpi. Joten kondensaattorissa oleva polypropeenin dielektrinen muovikalvo sopii hyvin, koska sillä on kyky kestää jännitteen ja virran piikkejä alhaisen vastaavan sarjaresistanssin ja induktanssin vuoksi:
Kun MOSFET on pois päältä, kondensaattori latautuu vastuksen R kautta 1 ja kun MOSFET on päällä, kondensaattori purkautuu vastuksen ja maan kautta.
Filmikondensaattori tehosuodattimina
Inverttereiden ja moottoreiden signaalien suodattamiseksi lähdön kondensaattorit läpäisevät suuret aaltoiluvirrat jännitteen muutosnopeuden vähentämiseksi. Tämä vähentää viime kädessä järjestelmän jännitystä ja sähkömagneettista rasitusta. Kalvokondensaattorien käytännön toteutus tehosuodattimena on esitetty alla piirissä:
Kun vaihtovirtalähde on kytketty, kondensaattoreiden tulee olla polarisoimattomia, alumiinielektrolyyttikondensaattorien käyttöä lukuun ottamatta.
Filmikondensaattorit EMI-suodattimina
Piirien sähkömagneettisten häiriöiden suodattamiseen käytetään metalloituja kalvokondensaattoreita, koska niillä on avoimen piirin vikatila ja ne pystyvät käsittelemään suuria jännitteitä. Kondensaattoreita on kaksi luokkaa, kun ne on kytketty tehopiireihin niiden käytön perusteella. X-merkinnällä varustetut kondensaattorit ovat linjasta linjaan kytkettyjä kondensaattoreita, joita usein kutsutaan linjan nollakondensaattoreiksi ja joita käytetään differentiaaliseen EMI-suodatukseen.
Sen sijaan kondensaattorit, jotka on kytketty linjaan maahan, luokitellaan Y:ksi ja niitä kutsutaan usein linjan ohituskondensaattoreiksi. Nämä kondensaattorit ohittavat johdot maahan, jota kutsutaan yleiseksi EMI-suodatustilaksi. Koska nämä kondensaattorit voivat epäonnistua, vikatilanteessa on erityisiä tiloja, eli kun X-kondensaattori epäonnistuu, se aiheuttaa oikosulun, joka johtaa katkaisijan laukeamiseen. Lisäksi, jos Y-kondensaattori epäonnistuu, se luo avoimen piirin, joka minimoi sähköiskun riskin.
Lisäksi X-kondensaattorin vikaantuminen johtaa järjestelmän sammumiseen ja Y-kondensaattorin vikaantuessa järjestelmä jatkaa toimintaansa, mutta EMI-suodatus vähenee. Alla on taulukko, joka näyttää kondensaattorien turvaluokitukset niiden piiriliitäntöjen perusteella:
Nyt havainnollistaaksemme edelleen kalvokondensaattorien käyttöä EMI-suodatuksessa, tässä on yksinkertainen sähkölinjan vaihtovirtapiiri, jossa kondensaattoreita käytetään EMI-suodattimina:
Kalvokondensaattorien alhainen itseinduktanssi on etu, koska se pitää kondensaattorin resonanssin korkeana. Tässä X-kondensaattori on kytketty johdon ja nollan väliin, kun taas Y-kondensaattorit on kytketty johdon ja maan väliin.
Johtopäätös
Kalvokondensaattoreilla on suuri merkitys tehopiireissä niiden erilaisten ominaisuuksien vuoksi, ja yksi niistä on itsekorjautuvat ominaisuudet. Tämä ominaisuus lisää kondensaattorin käyttöikää ja estää myös järjestelmän vian.
Lisäksi nämä kalvokondensaattorit on jaettu tyyppeihin: yksi on folioelektrodi ja toinen on metalloitu kalvokondensaattori. Samoin kalvokondensaattorit vaihtelevat myös eristeen eristysmateriaalin tyypin mukaan, koska dielektrinen koostumus vaikuttaa kalvokondensaattorin toimintaominaisuuksiin. Kalvokondensaattorit aaltoiluvirran ja itsekorjautuvan ominaisuuden vuoksi ovat parempia kuin alumiiniset elektrolyyttikondensaattorit.