전해 및 고분자 하이브리드 커패시터는 거의 동일한 디자인을 가지고 있습니다. 캐소드 측과 애노드 측으로 구성되며 둘 다 알루미늄 필름으로 만들어집니다. 양극 필름은 산화되어 유전체를 형성하는 산화알루미늄 층을 형성합니다. 두 개의 필름을 절연지를 사용하여 감아 코일형 요소(P1, P2)를 형성합니다.
P1
P2. 전해 및 고분자 축전기의 기본 설계
두 축전기의 차이점은 충진 공정에 사용되는 재료로, 전해 축전기는 전해질로 채워지는 반면 고분자 하이브리드 축전기는 고분자 전해질 또는 고체와 액체 고분자의 조합을 사용합니다.
두 커패시터 모두 크기는 작지만 높은 정전 용량 값, 저렴한 비용, SMD, THT 또는 스냅인 설계와 같은 광범위한 설계에 대한 적합성과 같은 많은 이점을 제공합니다.
폴리머 하이브리드 커패시터는 전해 커패시터보다 리플 전류 용량이 높을 뿐만 아니라 저온에서 내부 저항이 낮고 고주파에서 정전 용량이 더 안정적입니다. 두 커패시터 기술의 단점은 제한된 서비스 수명입니다. 작동 중에 전해질 또는 액체 폴리머가 수축합니다(P3).
P3. 작동 중에 전해질 또는 액체 폴리머가 확산되어 커패시터의 수명이 단축됩니다.
Arrhenius 방정식은 커패시터의 수명을 대략적으로 추정할 수 있습니다.
전해 및 폴리머 하이브리드 커패시터의 수명에 영향을 미치는 가장 큰 요인은 주변 온도와 인가된 리플 전류 수준에 따라 상승하는 커패시터의 코어 온도입니다. 또한 높은 리플 전류로 인한 기계적 스트레스는 산화막을 손상시켜 추가적인 전해질을 소모하는 자가 치유 효과를 유발할 수 있습니다. 자가 치유는 전해질과 알루미늄 사이의 화학 반응을 통해 산화물 층을 복원하는 전해 커패시터와 폴리머 하이브리드 커패시터의 능력입니다. 전해질 수축은 정전용량과 같은 전기적 매개변수와 ESR(등가 직렬 저항) 및 손실 계수와 같은 매개변수의 저하로 이어질 수도 있습니다.
수명 종료는 일반적으로 데이터 시트 매개변수(일반적으로 커패시턴스 손실 및 손실 계수 백분율 증가)가 충족되지 않는 단계입니다.
최종 제품의 목표 작동 중 전기적 매개변수를 충족하는 커패시터 제품을 식별할 때 사용자는 초기 평가를 위해 Arrhenius 방정식을 사용할 수 있습니다. P4에서 볼 수 있듯이 확산 계수의 함수로서의 서비스 수명은 Arrhenius 방정식과 대체로 유사합니다. 따라서 경험상 다음과 같이 표현할 수 있습니다. 작동 온도가 10도 감소하면 서비스 수명이 두 배로 늘어납니다.
P4. Arrhenius 방정식과 경험적 방법 모두 50°F(10C)의 작동 온도 감소를 보여줍니다.
거의 일관된 결과를 제공하는 커패시터의 수명을 두 배로 늘림
Arrhenius 방정식은 자체 발열 효과에 대한 리플 전류의 중요한 영향을 고려하지 않기 때문에 대략적인 지침만 제공합니다.
수명 계산을 위한 정확한 값을 얻으려면 사용자가 적절한 커패시터 공급업체와 작업하는 것이 좋습니다. 이 계산을 위해서는 고객이 관련 온도 범위에서 실제 작동 시간을 자세히 설명하는 작업 프로필을 제공해야 합니다.
P5. 샘플 작업 프로필은 공급업체가 수명을 정확하게 계산하는 데 필요한 매개변수를 보여줍니다.
각 공급업체는 온도 프로필 및 리플 전류 부하를 포함하는 자체 제품에 대해 별도의 계산을 사용합니다. 따라서 공급업체는 자세한 수명 계산을 위해 고객이 제공한 작업 프로필을 사용할 수 있습니다.
이것은 또한 과도하게 지정되고 더 비싼 커패시터의 사용을 방지합니다.
방열판의 표면적을 늘리는 것은 방열을 개선하고 커패시터의 수명을 연장하는 좋은 방법입니다. 예를 들어 팬이나 물을 사용하여 능동적으로 냉각하면 더 나은 방열을 보장할 수 있습니다. 사용자는 구성 요소를 확인하고 서비스 수명을 계산할 때 이러한 유형의 냉각 개념을 고려할 수 있습니다.
냉각 요소를 커패시터에 연결하는 것도 중요한 역할을 합니다.
냉각 요소를 구성 요소에 직접 연결하는 것이 보드의 다른 면에 배치하는 것보다 종종 더 효과적입니다. 또한 커패시터의 주변 장치는 특히 전력 반도체 또는 기타 발열 부품이 근처에 설치된 경우 핀을 통해 동시에 열을 방사 및 흡수하므로 고려해야 합니다. 경험적 데이터(예: 온 상태 온도, 전류, 전압 및 주파수)를 사용할 수 있는 경우 이 입력 열을 수명 계산에 통합할 수 있습니다.
사용자가 열전도성 페이스트 또는 패드를 사용하는 경우 열 저항이 결정적인 요소입니다. 값이 낮을수록 열효율이 높아집니다. 냉각 요소를 전기적으로 절연해야 하는 경우 절연 열 페이스트 또는 적절한 솔더 패드를 선택해야 합니다.
사용자가 자체 계산 또는 시뮬레이션을 수행하려는 경우 커패시터(권선 요소)의 코어에서 다리 및 패키지까지 공급업체로부터 열 저항 모델을 얻을 수 있습니다.
상단 커버 또는 PCB에서 냉각 요소까지의 방열 및 열 저항을 완전히 이해하면 추가 방열 또는 공급을 추론할 수 있습니다. 가능한 열 발산이 확인되면 공급업체에서 지정한 최대 리플 전류를 초과하지 않는 한 공급업체에서 보드 레이아웃에 더 높은 리플 전류를 사용하도록 허용할 수 있습니다. 이는 커패시터에 기계적 부하를 부과하기 때문입니다.
P6. 커패시터의 열 등가 회로도
커패시터 제품을 선택할 때 초기 안내 값을 결정하기 위해 Arrhenius 방정식을 사용하는 것이 좋습니다. 작업 프로필을 사용하여 애플리케이션에 대해 선택한 커패시터의 수명을 정확하게 계산할 수 있으며 리플 전류로 인한 자체 발열 정도도 고려합니다. 커패시터 수명을 최대화하기 위해 사용자는 가능한 냉각 개념을 조사하고 개발 단계에서 공급업체 또는 유통업체를 참여시켜야 합니다.