Диэлектрическая абсорбция - это название эффекта, при котором конденсатор , который заряжался в течение длительного времени, разряжается только частично при кратковременном разряде. Хотя идеальный конденсатор должен оставаться при нулевом напряжении после разряда, реальные конденсаторы будут развивать небольшое напряжение из-за дипольного разряда с задержкой по времени [1], явление, которое также называется диэлектрической релаксацией , «замачиванием» или «действием батареи». Для некоторых диэлектриков , таких как многие полимерные пленки, результирующее напряжение может быть менее 1-2% от исходного напряжения, но для электролитических конденсаторов оно может достигать 15%.. Напряжение на выводах, создаваемое диэлектрической абсорбцией, может вызвать проблемы в работе электронной схемы или может представлять угрозу безопасности персонала. Для предотвращения ударов большинство очень больших конденсаторов поставляются с закорачивающими проводами, которые необходимо удалить перед использованием, и / или постоянно подключенными ограничивающими резисторами . При отсоединении одного или обоих концов высоковольтные кабели постоянного тока также могут «перезаряжаться» до опасных напряжений.
Теория
Зарядка конденсатора (из-за напряжения между пластинами конденсатора) вызывает приложение электрического поля к диэлектрику между электродами. Это поле оказывает крутящий момент на молекулярные диполи , заставляя направления дипольных моментов совпадать с направлением поля. Это изменение молекулярных диполей называется ориентированной поляризацией и также вызывает выделение тепла, что приводит к диэлектрическим потерям (см. Коэффициент рассеяния ). Ориентация диполей не следует за электрическим полем синхронно, а задерживается на постоянную времени, которая зависит от материала. Эта задержка соответствует гистерезисному отклику поляризации на внешнее поле.
Когда конденсатор разряжается, напряженность электрического поля уменьшается, и общая ориентация молекулярных диполей возвращается в ненаправленное состояние в процессе релаксации . Из-за гистерезиса в нулевой точке электрического поля зависящее от материала количество молекулярных диполей все еще поляризовано вдоль направления поля, и на выводах конденсатора не появляется измеряемое напряжение. Это похоже на электрическую версию магнитной намагниченности . Ориентированные диполи со временем будут самопроизвольно разряжаться, и напряжение на электродах конденсатора будет экспоненциально спадать . [2] Время полного разряда всех диполей может составлять от нескольких дней до недель в зависимости от материала. Это «перезагруженное» напряжение может сохраняться месяцами даже в электролитических конденсаторах , что вызвано высоким сопротивлением изоляции в обычных современных диэлектриках конденсаторов. Разряд конденсатора и последующая перезагрузка можно повторить несколько раз.
Измерение
Диэлектрическое поглощение - это давно известное свойство. Его значение можно измерить в соответствии со стандартом IEC / EN 60384-1. Конденсатор должен заряжаться номинальным напряжением постоянного тока в течение 60 минут. Затем конденсатор отключают от источника питания и разряжают на 10 с. Напряжение, восстановленное на выводах конденсатора (восстанавливающееся напряжение) в течение 15 минут, является напряжением диэлектрического поглощения. Величина напряжения диэлектрической абсорбции указывается по отношению к приложенному напряжению в процентах и зависит от используемого диэлектрического материала. Это указано многими производителями в технических паспортах. [3] [4] [5] [6]
Тип конденсатора | Диэлектрическая абсорбция |
---|---|
Конденсаторы воздушные и вакуумные | Не поддается измерению |
Конденсаторы керамические 1-го класса , НП0 | 0,6% |
Керамические конденсаторы класса 2, X7R | 2,5% |
Конденсаторы полипропиленовые пленочные (PP) | От 0,05 до 0,1% |
Конденсаторы с полиэфирной пленкой (ПЭТ) | От 0,2 до 0,5% |
Конденсаторы пленочные полифениленсульфидные (PPS) | От 0,05 до 0,1% |
Пленочные конденсаторы из полиэтиленнафталата (PEN) | От 1,0 до 1,2% |
Танталовые электролитические конденсаторы с твердым электролитом | 2–3%, [7] 10% [8] |
Алюминиевые электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом | От 10 до 15% [9] |
Двухслойный конденсатор | данные недоступны |
Соображения по конструкции и безопасность
Напряжение на выводах, создаваемое диэлектрической абсорбцией, может вызвать проблемы в работе электронной схемы. Для чувствительных аналоговых цепей, таких как схемы выборки и хранения , интеграторы , усилители заряда или высококачественные аудиосхемы, используются керамические или полипропиленовые конденсаторы класса 1 вместо керамических конденсаторов класса 2, конденсаторы из полиэфирной пленки или электролитические конденсаторы. [10] Для большинства электронных схем, особенно для фильтров, небольшое напряжение диэлектрической абсорбции не влияет на правильное электрическое функционирование схемы. Для алюминиевых электролитических конденсаторов с нетвердым электролитом, которые не встроены в цепь, генерируемое напряжение диэлектрического поглощения может представлять угрозу безопасности персонала. [11] Напряжение может быть весьма значительным, например 50 В для электролитических конденсаторов на 400 В, и может вызвать повреждение полупроводниковых устройств или вызвать искры при установке в цепи. Большие алюминиевые электролитические конденсаторы и высоковольтные силовые конденсаторы транспортируются и доставляются замкнутыми накоротко для рассеивания этой нежелательной и, возможно, опасной энергии.
Другой эффект диэлектрической абсорбции иногда называют «пропиткой». Это проявляется как составляющая тока утечки и способствует коэффициенту потерь конденсатора. Об этом эффекте стало известно только недавно: [ неудачная проверка ] сейчас пропорционально большая часть тока утечки из-за значительно улучшенных свойств современных конденсаторов. [8]
Производители не предоставляют данные по двухслойным конденсаторам .
Смотрите также
Рекомендации
- ^ "Моделирование диэлектрической абсорбции в конденсаторах, Кен Кундерт" (PDF) .
- ^ «Продукция Elliot Sound, 2.1 - Диэлектрическая абсорбция» .
- ^ WIMA, Характеристики металлизированных пленочных конденсаторов в сравнении с другими диэлектриками «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2012-11-05 . Проверено 14 декабря 2012 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ «Пленочные конденсаторы, TDK Epcos, Общая техническая информация» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 01.02.2012 . Проверено 23 января 2012 .
- ^ AVX, Таблица сравнения диэлектрических характеристик
- ^ "Holystone, Сравнение диэлектрической проницаемости конденсаторов, Техническое примечание 3" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 01.02.2012 . Проверено 23 января 2012 .
- ^ "Кемет, полимерные танталовые чип-конденсаторы" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 23 ноября 2014 года . Проверено 23 января 2012 .
- ^ a b Р. В. Франклин, AVX, Анализ тока утечки твердого танталового конденсатора, PDF , PDF
- ^ CDE, Руководство по применению алюминиевых электролитических конденсаторов, PDF
- ^ National Semiconductors, Понимание замачивания конденсатора для оптимизации аналоговых систем Архивировано 23 января 2010 г. в Wayback Machine
- ^ Что вообще за вся эта ерунда, связанная с захваченным зарядом и диэлектрическим сжатием?
дальнейшее чтение
- Понимание замачивания конденсаторов для оптимизации аналоговых систем , Боб Пиз, EDN , 13 октября 1982 г.
- Во всяком случае, что это за замачивание? , Боб Пиз, Электронный дизайн , 12 мая 1998 г.
- Введение в конденсаторы