Les condensateurs hybrides électrolytiques et polymères ont presque la même conception : ils se composent d'un côté cathode et d'un côté anode, et les deux sont constitués d'un film d'aluminium. Le film d'anode est oxydé pour former une couche d'oxyde d'aluminium, qui forme le diélectrique. Les deux films sont enroulés à l'aide d'un papier isolant pour former l'élément bobiné (P1, P2).
P1
P2. Conception de base des condensateurs électrolytiques et polymères
La différence entre les deux condensateurs est le matériau utilisé dans le processus de remplissage, d'où le nom : les condensateurs électrolytiques sont remplis d'un électrolyte, tandis que les condensateurs hybrides polymères utilisent un électrolyte polymère ou une combinaison de polymères solides et liquides.
Les deux condensateurs offrent de nombreux avantages, tels qu'une petite taille mais une valeur de capacité élevée, un faible coût et une compatibilité avec une large gamme de conceptions, telles que les conceptions SMD, THT ou enfichables.
Les condensateurs hybrides polymères ont une capacité de courant d'ondulation plus élevée que les condensateurs électrolytiques, ainsi qu'une résistance interne plus faible à basse température et une capacité plus stable à haute fréquence. L'inconvénient des deux technologies de condensateurs est leur durée de vie limitée. Pendant le fonctionnement, l'électrolyte ou le polymère liquide rétrécira (P3).
P3. L'électrolyte ou le polymère liquide diffuse pendant le fonctionnement, ce qui raccourcit la durée de vie du condensateur.
L'équation d'Arrhenius peut estimer approximativement la durée de vie du condensateur.
Le facteur le plus important affectant la durée de vie des condensateurs hybrides électrolytiques et polymères est la température à cœur du condensateur, qui augmente avec la température ambiante et le niveau de courant d'ondulation appliqué. De plus, les contraintes mécaniques dues à un courant d'ondulation élevé peuvent endommager la couche d'oxyde, entraînant un effet d'auto-guérison qui consomme de l'électrolyte supplémentaire. L'auto-guérison est la capacité des condensateurs électrolytiques et des condensateurs hybrides polymères à restaurer la couche d'oxyde par une réaction chimique entre l'électrolyte et l'aluminium. Le rétrécissement de l'électrolyte peut également entraîner une détérioration des paramètres électriques tels que la capacité et des paramètres tels que la résistance série équivalente (ESR) et le facteur de perte.
La fin de vie est généralement l'étape où les paramètres de la fiche technique (généralement l'augmentation de la perte de capacité et du pourcentage du facteur de perte) ne sont pas respectés.
Lors de l'identification des produits condensateurs qui répondent aux paramètres électriques pendant le fonctionnement cible du produit final, l'utilisateur peut utiliser l'équation d'Arrhenius pour une évaluation initiale. Comme le montre P4, la durée de vie en fonction du coefficient de diffusion est largement analogue à l'équation d'Arrhenius. Ainsi, en règle générale, elle peut être exprimée comme suit : une réduction de 50 degrés F (10 degrés) de la température de fonctionnement double la durée de vie.
P4. L'équation d'Arrhenius et la méthode empirique montrent qu'une diminution de la température de fonctionnement de 50 degrés F (10 C)
double la durée de vie du condensateur, fournissant des résultats presque constants
L'équation d'Arrhenius ne fournit qu'un guide approximatif, car elle ne prend pas en compte l'effet significatif du courant d'ondulation sur l'effet d'auto-échauffement.
Afin d'obtenir une valeur précise pour le calcul de la durée de vie, il est recommandé à l'utilisateur de travailler avec le fournisseur de condensateurs approprié. Ce calcul nécessite que le client fournisse un profil de tâche détaillant les heures de fonctionnement réelles dans la plage de température pertinente.
P5. Un exemple de profil de tâche montre les paramètres dont le fournisseur a besoin pour calculer avec précision la durée de vie
Chaque fournisseur utilise un calcul distinct pour ses propres produits, qui comprend des profils de température et des charges de courant d'ondulation. Par conséquent, les fournisseurs peuvent utiliser les profils de tâches fournis par le client pour des calculs de durée de vie détaillés.
Cela empêche également l'utilisation de condensateurs surspécifiés et plus chers.
L'augmentation de la surface du dissipateur thermique est un bon moyen d'améliorer la dissipation thermique et ainsi de prolonger la durée de vie du condensateur. Par exemple, un refroidissement actif par l'utilisation de ventilateurs ou d'eau peut assurer une meilleure dissipation de la chaleur. Les utilisateurs peuvent envisager ce type de concept de refroidissement lors de la vérification des composants et du calcul de la durée de vie.
La connexion de l'élément de refroidissement au condensateur joue également un rôle clé.
Connecter l'élément de refroidissement directement au composant est souvent plus efficace que de le placer de l'autre côté de la carte. De plus, l'unité périphérique du condensateur doit être prise en compte, car elle rayonne et absorbe la chaleur simultanément à travers les broches, en particulier si des semi-conducteurs de puissance ou d'autres composants générant de la chaleur sont installés à proximité. Si des données empiriques (par exemple, la température à l'état passant, le courant, la tension et la fréquence) sont disponibles, cet apport de chaleur peut être incorporé dans le calcul de la durée de vie.
Si l'utilisateur utilise des pâtes ou des tampons thermoconducteurs, leur résistance thermique est le facteur décisif. Plus la valeur est faible, plus le rendement thermique est élevé. Si l'élément de refroidissement doit être isolé électriquement, une pâte thermique isolante ou un tampon de soudure approprié doit être sélectionné.
Si l'utilisateur souhaite effectuer ses propres calculs ou simulations, des modèles de résistance thermique peuvent être obtenus auprès du fournisseur depuis le noyau du condensateur (élément d'enroulement) jusqu'aux jambes et au boîtier.
Si la dissipation thermique et la résistance thermique du capot supérieur ou du PCB à l'élément de refroidissement sont parfaitement comprises, une dissipation ou une alimentation thermique supplémentaire peut être déduite. Une fois la dissipation thermique possible vérifiée, le fournisseur peut autoriser l'utilisation de courants d'ondulation plus élevés pour la configuration de la carte, à condition que le courant d'ondulation maximal spécifié par le fournisseur ne soit pas dépassé, car cela imposerait une charge mécanique au condensateur.
P6. Schéma de circuit équivalent thermique du condensateur
Lors de la sélection d'un produit condensateur, il est recommandé d'utiliser l'équation d'Arrhenius pour déterminer les valeurs indicatives initiales. En utilisant le profil de tâche, la durée de vie du condensateur sélectionné pour l'application peut être calculée avec précision, ce qui prend également en compte le degré d'auto-échauffement causé par le courant d'ondulation. Afin de maximiser la durée de vie du condensateur, l'utilisateur doit étudier les concepts de refroidissement possibles et impliquer le fournisseur ou le distributeur pendant la phase de développement.