Wat is lekstroom van de condensator en hoe deze te verminderen

De condensator is het meest voorkomende onderdeel in elektronica en wordt in bijna elke elektronicatoepassing gebruikt. Er zijn veel soorten condensatoren op de markt voor verschillende doeleinden in elk elektronisch circuit. Ze zijn verkrijgbaar in veel verschillende waarden, van 1 Pico-Farad tot 1 Farad-condensator en Supercapacitor. Condensatoren hebben ook verschillende soorten beoordelingen, zoals werkspanning, werktemperatuur, tolerantie van de nominale waarde en lekstroom.

De lekstroom van de condensator is een cruciale factor voor de toepassing, vooral bij gebruik in vermogenselektronica of audio-elektronica. Verschillende soorten condensatoren bieden verschillende lekstroomwaarden. Afgezien van het selecteren van de perfecte condensator met de juiste lekkage, moet het circuit ook de mogelijkheid hebben om de lekstroom te regelen. Dus eerst moeten we een duidelijk begrip hebben van de lekstroom van condensatoren.

Relatie met diëlektrische laag

De lekstroom van een condensator heeft een directe relatie met het diëlektricum van de condensator. Laten we de onderstaande afbeelding bekijken -

De bovenstaande afbeelding is een interne constructie van de aluminium elektrolytische condensator. Een aluminium elektrolytische condensator heeft weinig onderdelen die zijn ingekapseld in een compacte, strakke verpakking. De onderdelen zijn anode, kathode, elektrolyt, diëlektrische laagisolator, enz.

De diëlektrische isolator zorgt voor isolatie van de geleidende plaat in de condensator. Maar aangezien er niets perfects is in deze wereld, is de isolator geen ideale isolator en heeft hij een isolatietolerantie. Hierdoor zal er een zeer lage hoeveelheid stroom door de isolator stromen. Deze stroom wordt lekstroom genoemd.

De isolator en de stroomsterkte kunnen worden gedemonstreerd door een eenvoudige condensator en weerstand te gebruiken.

De weerstand heeft een zeer hoge weerstandswaarde, die kan worden geïdentificeerd als een isolatieweerstanden de condensator wordt gebruikt om de werkelijke condensator te repliceren. Omdat de weerstand een zeer hoge weerstandswaarde heeft, is de stroom die door de weerstand vloeit erg laag, meestal in een aantal nano-ampères. De isolatieweerstand is afhankelijk van het type diëlektrische isolator, aangezien verschillende soorten materialen de lekstroom veranderen. De lage diëlektrische constante zorgt voor een zeer goede isolatieweerstand, wat resulteert in een zeer lage lekstroom. Polypropyleen, plastic of teflon type condensatoren zijn bijvoorbeeld het voorbeeld van een lage diëlektrische constante. Maar voor die condensatoren is de capaciteit veel minder. Het vergroten van de capaciteit verhoogt ook de diëlektrische constante. Elektrolytische condensatoren hebben doorgaans een zeer hoge capaciteit en de lekstroom is ook hoog.

Afhankelijke factoren voor condensatorlekstroom

De lekstroom van de condensator is in het algemeen afhankelijk van onderstaande vier factoren:

1. Diëlektrische laag
2. Omgevingstemperatuur
3. Temperatuur opslaan
4. Toegepaste spanning

1. De diëlektrische laag werkt niet goed

Condensatorconstructie vereist een chemisch proces. Het diëlektrische materiaal is de belangrijkste scheiding tussen de geleidende platen. Omdat het diëlektricum de belangrijkste isolator is, heeft de lekstroom er grote afhankelijkheden mee. Daarom, als het diëlektricum wordt getemperd tijdens het fabricageproces, zal het direct bijdragen aan de toename van lekstroom. Soms hebben de diëlektrische lagen onzuiverheden, wat resulteert in een zwakte in de laag. Een zwakker diëlektricum vermindert de stroomstroom, wat verder wordt bijgedragen aan het langzame oxidatieproces. Niet alleen dit, maar onjuiste mechanische spanning draagt ​​ook bij aan de diëlektrische zwakte in een condensator.

2. Omgevingstemperatuur

De condensator heeft een beoordeling van de werktemperatuur. De werktemperatuur kan variëren van 85 graden Celsius tot 125 graden Celsius of zelfs meer. Omdat de condensator een chemisch samengesteld apparaat is, heeft de temperatuur een directe relatie met het chemische proces in de condensator. De lekstroom neemt doorgaans toe wanneer de omgevingstemperatuur hoog genoeg is.

3. Opslag van de condensator

Een condensator lange tijd zonder spanning bewaren is niet goed voor de condensator. De opslagtemperatuur is ook een belangrijke factor voor lekstroom. Wanneer de condensatoren worden opgeslagen, wordt de oxidelaag aangetast door het elektrolytmateriaal. De oxidelaag begint op te lossen in het elektrolytmateriaal. Het chemische proces is verschillend voor verschillende soorten elektrolytmateriaal. De elektrolyt op waterbasis is niet stabiel, terwijl de inerte elektrolyt op oplosmiddelbasis minder lekstroom veroorzaakt door de reductie van de oxidatielaag.

Deze lekstroom is echter tijdelijk omdat de condensator zelfherstellende eigenschappen heeft wanneer deze op een spanning wordt toegepast. Tijdens de blootstelling aan een spanning begint de oxidatielaag te regenereren.

4. Toegepaste spanning

Elke condensator heeft een nominale spanning. Daarom is het gebruik van een condensator boven de nominale spanning een slechte zaak. Als de spanning toeneemt, neemt ook de lekstroom toe. Als de spanning over de condensator hoger is dan de nominale spanning, creëert de chemische reactie in een condensator gassen en verslechtert de elektrolyt.

Als de condensator lange tijd, bijvoorbeeld jarenlang, wordt opgeslagen, moet de condensator in de werkende staat worden hersteld door gedurende enkele minuten een nominale spanning te leveren. Tijdens deze fase wordt de oxidatielaag weer opgebouwd en herstelt de condensator in een functionele fase.

Hoe de lekstroom van de condensator te verminderen om de levensduur van de condensator te verbeteren

Zoals hierboven besproken, heeft een condensator afhankelijkheden met veel factoren. De eerste vraag is hoe de levensduur van de condensator wordt berekend. Het antwoord is door de tijd te berekenen totdat de elektrolyt op is. De elektrolyt wordt verbruikt door de oxidatielaag. Lekstroom is de primaire component om te meten hoeveel de oxidatielaag wordt belemmerd.

Daarom is de vermindering van lekstroom in de condensator een belangrijk sleutelonderdeel voor de levensduur van een condensator.

1. Productie of de productie-installatie is de eerste plaats in de levenscyclus van een condensator waar condensatoren zorgvuldig worden vervaardigd voor een lage lekstroom. De voorzorg moet worden genomen dat de diëlektrische laag niet wordt beschadigd of belemmerd.

2. De tweede fase is de opslag. Condensatoren moeten op de juiste temperatuur worden bewaard. Een onjuiste temperatuur heeft invloed op de elektrolyt van de condensator, wat de kwaliteit van de oxidatielaag verder verslechtert. Zorg ervoor dat u de condensatoren gebruikt bij de juiste omgevingstemperatuur, lager dan de maximumwaarde.

3. In de derde fase, wanneer de condensator op het bord wordt gesoldeerd, is de soldeertemperatuur een sleutelfactor. Omdat voor de elektrolytische condensatoren de soldeertemperatuur hoog genoeg kan worden, meer dan het kookpunt van de condensator. De soldeertemperatuur beïnvloedt de diëlektrische lagen over de loden pinnen en verzwakt de oxidatielaag, wat resulteert in een hoge lekstroom. Om dit te verhelpen, wordt elke condensator geleverd met een gegevensblad waarop de fabrikant een veilige soldeertemperatuur en maximale belichtingstijd geeft. Men moet voorzichtig zijn met die waarden voor de veilige werking van de respectieve condensator. Dit is ook van toepassing op de Surface Mount Device (SMD) condensatoren, de piektemperatuur van reflow-solderen of golfsolderen mag niet hoger zijn dan de maximaal toegestane waarde.

4. Aangezien de spanning van de condensator een belangrijke factor is, mag de condensatorspanning de nominale spanning niet overschrijden.

5. Balanceren van de condensator in serieschakeling. De serieverbinding van de condensator is een wat ingewikkelde klus om de lekstroom in evenwicht te brengen. Dit komt door de onbalans van de lekstroom, de spanning verdelen en tussen de condensatoren verdelen. De gesplitste spanning kan voor elke condensator anders zijn en er kan een kans zijn dat de spanning over een bepaalde condensator te hoog is dan de nominale spanning en dat de condensator defect gaat raken.

Om deze situatie te verhelpen, worden twee hoogwaardige weerstanden over de afzonderlijke condensator heen toegevoegd om de lekstroom te verminderen.

In de onderstaande afbeelding wordt de balanceringstechniek getoond waarbij twee condensatoren in serie worden gebalanceerd met behulp van hoogwaardige weerstanden.

Door gebruik te maken van de balanceringstechniek kan het door lekstroom beïnvloede spanningsverschil worden gecontroleerd.