Конденсаторы Panasonic. Часть 3. Полимеры

Преимущества полимерных и полимерно-гибридных конденсаторов Panasonic над остальными типами конденсаторов – прекрасные частотные характеристики, самовосстановление, стабильная емкость и увеличенный срок службы
1094
В избранное

pan.png (1 KB)Преимущества полимерных и полимерно-гибридных конденсаторов Panasonic над остальными типами конденсаторов – прекрасные частотные характеристики, самовосстановление, стабильная емкость и увеличенный срок службы. 

На сегодняшний день среди выпускаемых Panasonic конденсаторов имеются четыре семейства с использованием электропроводящих полимеров (одно из них гибридное): SP-Cap, POSCAP, OS-CON, Hybrid. SP-Cap выполнены в низкопрофильном корпусе SMD. Они выделяются небольшим эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) и столь же малым значением ESL (эквивалентной последовательной индуктивности), также у них – повышенное рабочее напряжение.

Полимерно-танталовые POSCAP также выпускаются в компактном корпусе SMD, они имеют низкое ESR, повышенные емкость и рабочее напряжение. OS-CON выпускаются как в SMD, так и в цилиндрических корпусах. Они выделяются высоким рабочим напряжением и допускают повышенные пульсации тока.

Гибридные конденсаторы с проводящим полимером имеют увеличенное рабочее напряжение (80 В). У них низкое ESR, а прогнозируемая длительность эксплуатации (Endurance) составляет 4000 часов при рабочей температуре 125 °C.

Все разновидности этих конденсаторов обладают целым рядом преимуществ в сравнении с обычными устройствами – керамикой, танталами, пленкой, электролитами. Особенности полимерной структуры этих конденсаторов представлены на рисунке 1. Как видим, электроды изготавливают из разных материалов, а в качестве электролита везде применяют электропроводящий полимер. Электроды делают из серебра, алюминия или тантала. Изолирующую пленку изготавливают из оксида алюминия или тантала.

Структура полимерных конденсаторов

Рис. 1. Структуры полимерных конденсаторов

В многослойных SP-Cap используют полимерный электролит и анод из алюминия. Диапазон номинальных емкостей у этого семейства 10…560 мкФ, а номинальные напряжения 2…35 В. Конденсаторы SP-Cap отличаются очень небольшим ESR: 3 миллиома и менее. Это одни из самых малых значений.

SP-Cap имеют компактный низкопрофильный корпус из компаунда (рисунок 2), они широко применяются в портативной электронике.

Полимер-алюминиевые конденсаторы SP-Cap

Рис. 2. Полимер-алюминиевые конденсаторы SP-Cap

Конденсаторы OS-CON (рисунок 3) в цилиндрическом корпусе также используют электропроводящий полимер и алюминий. Номинальное напряжение у них 2…100 В, а емкость — 3,3…2700 мкФ. ESR у некоторых серий достигает 5 мОм. OS-CON также предназначены для поверхностного монтажа, но они и не столь компактные, как многослойные SP-Cap.

Рулонные полимер-алюминиевые конденсаторы OS-CON

Рис. 3. Рулонные полимер-алюминиевые конденсаторы OS-CON

Конденсаторы POSCAP (рисунок 4) имеют танталовый анод и электролит из электропроводящего полимера. Рабочее напряжение составляет 2…35 В, данные конденсаторы имеют малые значения ESR и ESL, а номинальная емкость в диапазоне 3,9…1500 мкФ имеет стабильное значение в широкой полосе частот и при повышенной температуре.

Полимер-танталовые конденсаторы POSCAP

Рис. 4. Полимер-танталовые конденсаторы POSCAP

В полимер-гибридных конденсаторах (рисунок 5) используют электролит совместно с электропроводящим полимером. В этом случае достигается повышенная проводимость и малое ESR. Жидкий электролит помогает работать при повышенном напряжении, а увеличенная эффективная поверхность электродов обеспечивает повышенную емкость. Рабочее напряжение гибридных конденсаторов составляет 25…80 В, а емкость 10…470 мкФ. Величина ESR находится в диапазоне 20…120 мОм. Она выше, чем у остальных полимерных семейств, но для цепей повышенной мощности все равно достаточно малая.

Полимер-гибридные алюминиевые конденсаторы

Рис. 5. Полимер-гибридные алюминиевые конденсаторы

В таблице 1 перечислены основные характеристики и различия полимерных семейств. Более детально познакомиться с особенностями технологии можно, посмотрев видеоролик.

Таблица 1. Сравнение полимерных конденсаторов Panasonic

Наименование SP-Cap POSCAP OS-CON Hybrid
Конструкция Алюминий-полимерный (многослойный) Полимерный танталовый Алюминий-полимерный (рулонный) Алюминиевый гибридный (полимер/электролит)
Номинальное напряжение, В 2…35 2…35 2…100 25…80
Емкость, мкФ 10…560 3,9…1500 3,3…2700 10…470
Рабочая температура, °C -40…125 -55…125 -55…105,
-55…125
-55…105,
-55…125
Срок службы, ч 1000
при 125°C (понижение на 20°C увеличивает срок в 10 раз)
1000
при 125°C (понижение на 20°C увеличивает срок в 10 раз)
2000
при 125°C (понижение на 20°C увеличивает срок в 10 раз)
10000
при 105°C,
4000
при 125°C
ESR, мОм до 3 до 5 до 5 до 20
Пульсирующий ток (Ripple), Аrms до 10,2 до 6,1 7,2 2,8
Площадь на плате, мм 7,3×4,3 2×1,25…7,3×4,3 Ø4…10 Ø5…10
Высота, мм 1,1…2 0,9…4 5,5…13 5,8…10,2
Достоинства Сверх низкое ESR, низкий профиль и приемлемая стоимость Малый размер, большая емкость и низкое ESR Высокое рабочее напряжение, большой ток пульсаций Достаточно низкое ESR, c учетом повышенного рабочего напряжения

Преимущества полимерных конденсаторов

При всех имеющихся различиях в конструкции и материалах, все четыре полимерных семейства конденсаторов Panasonic обладают и общим рядом важных достоинств в сравнении с другими популярными сегодня типами электролитических конденсаторов.

Прекрасные частотные характеристики

Благодаря очень малому ESR все полимерные семейства отличает пониженный импеданс в резонансной области частот, что позволяет пропускать через них повышенный импульсный ток в цепях питания. При тестировании оказалось, что пиковое импульсное напряжение при фильтрации помех (AC Ripple) здесь в пять раз ниже, чем на обычных танталовых конденсаторах, также отличающихся низким ESR.

Сглаживание пульсаций тока на выходе источника питания

Рис. 6. Сглаживание пульсаций тока на выходе источника питания

Механизм самовосстановления

Обеспечить повышенную надежность и безопасность в сложных условиях эксплуатации при повышенной температуре помогает присущий полимерным конденсаторам механизм самовосстановления.

Бывает так, что при перегрузках по напряжению, а также из-за случайных механических воздействий в обычном электролитическом конденсаторе происходит пробой диэлектрика, вызывающий выход конденсатора из строя, иногда с полным разрушением и опасными последствиями в виде возгорания.

Можно сказать, что присущий полимерным конденсаторам механизм самовосстановления купирует последствия пробоя диэлектрика за счет самоизоляции поврежденного участка, происходящего при разогреве полимера непосредственно возникающим током короткого замыкания.

Поэтому для полимерных конденсаторов гарантированно допустимыми являются условия эксплуатации при 90% от максимального напряжения. Тогда как для обычных танталовых конденсаторов безопасные условия выбирают с запасом по рабочему напряжению 50% и выше.

Стабильная емкость

Основной параметр конденсаторов – это электрическая емкость, она остается у полимерных конденсаторов неизменной или почти стабильной при повышенном напряжении смещения DC Bias (рисунок 7), а также при изменении температуры (рисунок 8) и частоты. В этом отношении полимерные конденсаторы выгодно отличаются от керамических, которые могут терять до 90% номинальной емкости.

Изменение емкости конденсаторов в зависимости от напряжения смещения

Рис. 7. Изменение емкости конденсаторов в зависимости от напряжения смещения

Изменение емкости конденсаторов в зависимости от температуры

Рис. 8. Изменение емкости конденсаторов в зависимости от температуры

Полимерные конденсаторы не вызывают присущего многослойным керамическим конденсаторам (MLCC) акустического шума. Причиной шума керамики является пьезоэффект при подведении к выводам напряжения с периодически меняющейся полярностью. Из-за этого конденсатор генерирует незначительные вибрации, которые распространяются по всей монтажной плате, как показано на рисунке 9.

Полимерные конденсаторы не вызывают акустического шума

Рис. 9. Полимерные конденсаторы не вызывают акустического шума

В таблице 2 указаны наилучшие параметры полимерных конденсаторов Panasonic.

Таблица 2. Наилучшие параметры полимерных семейств конденсаторов Panasonic

Наилучший параметр Максимальное
напряжение, В
Максимальная
емкость, мкФ
Минимальное ESR, мОм Наименьший размер
Значение 100/80 2700 3 Размер 2012
Наименование OS-CON/Hybrid OS-CON SP-Cap SP-Cap

Срок службы

Обычные электролитические конденсаторы имеют довольно ограниченный срок службы в связи с высыханием имеющего жидкостную консистенцию электролита. Полимерный электролит не имеет таких проблем со старением, а конденсаторы отличаются увеличенным сроком эксплуатации даже при повышенной рабочей температуре.

В таблицах 3 и 4 представлен заявленный срок службы для полимерных электролитических конденсаторов Panasonic.

Таблица 3. Срок службы гибридных конденсаторов Panasonic

Гибридные конденсаторы
Температура, °С Срок службы, час.
125 4000
115 8000
105 16000
95 32000
85 64000
75 128000

Таблица 4. Срок службы конденсаторов Panasonic OS-CON, SP-Cap и POSCAP

OS-CON, SP-Cap, POSCAP
Температура, °С Срок службы, час.
125 1000
105 10000
85 100000

Снижение рабочей температуры гибридных конденсаторов на каждые 10 °С вызывает двукратное продление срока эксплуатации. А для семейств OS-CON, SP-Cap и POSCAP снижение рабочей температуры на каждые 20 °С приводит к десятикратному продлению этого параметра.

Применение полимерных конденсаторов

По целому ряду параметров полимерные конденсаторы превосходят традиционные танталовые и многослойные керамические конденсаторы (MLCC). Поэтому их часто применяют в электрических цепях развязки для фильтрации и сглаживания напряжения питания. При выборе конденсаторов в дополнение к электрическим параметрам учитывают их размер, форму и стоимость.

Например, применение полимерных конденсаторов вместо MLCC позволяет ускорить разработку электронных схем, упростить конструкцию и минимизировать занимаемое на плате пространство.

За счет сверхмалого ESR полимерные конденсаторы стали альтернативой привычным танталовым и оптимальной заменой керамических конденсаторов (MLCC). Преимущества, связанные с заменой керамики полимерами, иллюстрирует рисунок 10. Два конденсатора семейства POS-CAP способны заменить 18 MLCC в фильтре после входного AC/DC-преобразователя. А один SP-CAP заменяет 15 MLCC в фильтре после вторичного источника питания DC/DC.

Преимущества, связанные с заменой кремниевых конденсаторов полимерными

Рис. 10. Преимущества, связанные с заменой кремниевых конденсаторов полимерными

С учетом всего вышесказанного о достоинствах полимерных конденсаторов, полезными будут и рекомендации Panasonic по выбору фильтрующих конденсаторов на выходе вторичных источников питания (AC/DC и DC/DC) в сложной электронной схеме, как показано на рисунке 11 и описано в таблице 3.

Примеры применения полимерных конденсаторов в цепях AC/DC и DC/DC

Рис. 11. Примеры применения полимерных конденсаторов в цепях AC/DC и DC/DC

Таблица 5. Выбор фильтрующих полимерных конденсаторов для вторичных источников питания

Позиция Требования SP-Cap POSCAP OS-CON Hybrid
1 Высокое напряжение (63…100 В), большой ток пульсаций (до 2,95 Аrms) Серии SXV Серии ZA
2 Высокое напряжение (63…100 В), низкое ESR (до 8 мОм) Серии SVPK Серии ZS
3 Большой ток пульсаций (Ripple Current), малый размер, низкий профиль Серии CX Серии TQS Серии SVPF
4 Малое ESR/ большая емкость Серии S, L, G Серии TPE, TPF
5 Большой ток пульсаций Серии ZK

Конденсаторы на основе полимерной технологии Panasonic находят широкое применение в наиболее ответственных и работающих в жестких условиях системах управления, в телекоммуникационном оборудовании, в беспроводных системах и в радиосвязи, в промышленных электродвигателях и электроприводах, в измерительных приборах, в электромобилях и электропоездах (рисунок 12).

Основные области применения полимерных конденсаторов Panasonic

Рис. 12. Основные области применения полимерных конденсаторов Panasonic

Заключение

За последние несколько лет ассортимент электролитических конденсаторов значительно пополнился благодаря применению полимерных технологий. Полимерные конденсаторы впервые появились в 1990-х годах. С тех пор они непрерывно совершенствуются. В сравнении с традиционными конденсаторами, новые конструкции и параметры полимерных изделий зачастую значительно расширяют возможности разработчиков электронной техники. Эту особенность новинок демонстрируют использующие преимущества проводящих полимеров семейства Panasonic SP-Cap, POSCAP, OS-CON и Hybrid.

Более детально разобраться с особенностями применения конденсаторов Panasonic на основе полимерной технологии вы сможете в следующей, заключительной статье из цикла «Конденсаторы Panasonic».

Предыдущие главы:

Производитель: PANASONIC (Matsushita Electric Industrial)
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
EEFSX0D471E4
EEFSX0D471E4
PANASONIC (Matsushita Electric Industrial)
Арт.: 1005586 ИНФО PDF RND
Доступно: 2750 шт. 69,50
Конденсатор алюминиевый 2 В x 470 мкФ ±20%, SMD, -55...105 °C, 2000 ч
EEFSX0D471E4 69,50 от 34 шт. 64,00 от 117 шт. 62,00 от 245 шт. 59,00
2110 шт.
(на складе)
640 шт.
(под заказ)
6TPB470M
6TPB470M
PANASONIC (Matsushita Electric Industrial)
Арт.: 1871245 ИНФО PDF RND
Доступно: 3728 шт. 56,00
Конденсатор танталовый 6.3 В, 470 мкФ ±20%, корпус D4, SMD_7343-38, -55...105 °C
6TPB470M 56,00 от 42 шт. 52,00 от 144 шт. 50,00 от 303 шт. 47,80
1470 шт.
(на складе)
2258 шт.
(под заказ)
EEHZA1V470P
EEHZA1V470P
PANASONIC (Matsushita Electric Industrial)
Арт.: 2086889 ИНФО PDF RND
Доступно: 3912 шт. 31,90
Алюминиевые конденсаторы с органическим полимером 47uF 35volt AEC-Q200
EEHZA1V470P 31,90 от 74 шт. 29,50 от 253 шт. 28,50 от 532 шт. 27,20
193 шт.
(на складе)
3719 шт.
(под заказ)
10SVP10M
10SVP10M
PANASONIC (Matsushita Electric Industrial)
Арт.: 2186052 ИНФО PDF RND
Доступно: 5645 шт. 30,60
Конденсатор алюминиевый 10 В x 10 мкФ ±20%, SMD, -55...105 °C, 2000 ч
10SVP10M 30,60 от 77 шт. 28,30 от 265 шт. 27,30 от 555 шт. 26,00
1969 шт.
(на складе)
3676 шт.
(под заказ)
10SVPC68M
10SVPC68M
PANASONIC (Matsushita Electric Industrial)
Арт.: 2186058 ИНФО PDF RND
Доступно: 6768 шт. 36,60
Конденсатор алюминиевый 10 В x 68 мкФ ±20%, SMD, -55...105 °C, 2000 ч
10SVPC68M 36,60 от 64 шт. 33,90 от 221 шт. 32,70 от 464 шт. 31,20
1488 шт.
(на складе)
5280 шт.
(под заказ)
10SVPC68MV
10SVPC68MV
PANASONIC (Matsushita Electric Industrial)
Арт.: 2186059 ИНФО PDF
Доступно: 2803 шт. от 5 шт. от 127,75
Выбрать
условия
поставки
CAP, ALU ELEC, 68UF, 10V, SMD
10SVPC68MV от 5 шт. от 127,75
2803 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
10TPE68M
10TPE68M
PANASONIC (Matsushita Electric Industrial)
Арт.: 2186071 ИНФО PDF RND
Доступно: 4037 шт. 38,40
Конденсатор танталовый 10 В, 68 мкФ ±20%, корпус D2E, SMD_7343-18, -55...105 °C
10TPE68M 38,40 от 61 шт. 35,50 от 211 шт. 34,30 от 442 шт. 32,70
2592 шт.
(на складе)
1445 шт.
(под заказ)
6TPE330ML
6TPE330ML
PANASONIC (Matsushita Electric Industrial)
Арт.: 2188329 ИНФО PDF RND
Доступно: 5421 шт. 45,30
Конденсатор танталовый 6.3 В, 330 мкФ ±20%, корпус D3L, SMD_7343-28, -55...105 °C.
6TPE330ML 45,30 от 52 шт. 41,90 от 179 шт. 40,50 от 375 шт. 38,60
2364 шт.
(на складе)
3057 шт.
(под заказ)
EEHZA1H220P
EEHZA1H220P
PANASONIC (Matsushita Electric Industrial)
Арт.: 2190350 ИНФО PDF RND
Доступно: 4299 шт. 24,00
Конденсатор алюминиевый 50 В x 22 мкФ ±20%, SMD, -55...105 °C, 10000 ч
EEHZA1H220P 24,00 от 98 шт. 22,20 от 337 шт. 21,40 от 708 шт. 20,40
439 шт.
(на складе)
3860 шт.
(под заказ)
EEFCX0J101R
EEFCX0J101R
PANASONIC (Matsushita Electric Industrial)
Арт.: 3154662 ИНФО PDF RND
Доступно: 4487 шт. 33,40
Конденсатор алюминиевый 6.3 В x 100 мкФ ±20%, SMD, -55...105 °C, 2000 ч
EEFCX0J101R 33,40 от 70 шт. 30,90 от 198 шт. 29,90 от 495 шт. 28,50
2918 шт.
(на складе)
1569 шт.
(под заказ)

Сравнение позиций

  • ()