Kondensator foliowy - Film capacitor

Kondensatory foliowe , kondensatory foliowe z tworzywa sztucznego , kondensatory dielektryczne foliowe lub kondensatory foliowe z folii polimerowej , ogólnie nazywane kapslami foliowymi , jak również kondensatory foliowe mocy , są kondensatorami elektrycznymi z izolacyjną folią z tworzywa sztucznego jako dielektrykiem , czasami połączoną z papierem jako nośnikiem elektrod .

Warstwy dielektryczne, w zależności od pożądanej wytrzymałości dielektrycznej, są wyciągane w specjalnym procesie do bardzo cienkiej grubości, a następnie są zaopatrzone w elektrody. Elektrody kondensatorów foliowych mogą być metalizowanym aluminium lub cynkiem nałożonym bezpośrednio na powierzchnię folii z tworzywa sztucznego lub oddzielną folią metaliczną. Dwie z tych przewodzących warstw są nawinięte w uzwojenie w kształcie cylindra, zwykle spłaszczone w celu zmniejszenia wymagań dotyczących miejsca na montaż na płytce drukowanej lub ułożone warstwowo jako wiele pojedynczych warstw ułożonych razem, tworząc korpus kondensatora. Kondensatory foliowe, wraz z kondensatorami ceramicznymi i kondensatorami elektrolitycznymi , są najczęstszymi typami kondensatorów stosowanych w sprzęcie elektronicznym i są stosowane w wielu mikroelektronice i obwodach elektronicznych prądu przemiennego i stałego .

Pokrewnym typem komponentu jest kondensator mocy (folia) . Chociaż materiały i techniki konstrukcyjne stosowane w przypadku kondensatorów foliowych o dużej mocy są bardzo podobne do tych stosowanych w zwykłych kondensatorach foliowych, kondensatory o wysokiej do bardzo wysokiej mocy znamionowej do zastosowań w systemach zasilania i instalacjach elektrycznych są często klasyfikowane oddzielnie, ze względów historycznych. W miarę jak nowoczesny sprzęt elektroniczny zyskał zdolność obsługi poziomów mocy, które wcześniej były wyłączną domeną komponentów „zasilania elektrycznego”, rozróżnienie między wartościami mocy „elektronicznej” i „elektrycznej” stało się mniej wyraźne. W przeszłości granica między tymi dwiema rodzinami przebiegała w przybliżeniu przy mocy biernej 200  wolt-amperów , ale współczesna energoelektronika radzi sobie z rosnącymi poziomami mocy.

Przegląd konstrukcji i funkcji

• Wewnętrzne kondensatory foliowe
• 

  Schematyczne porównanie obrazu folii/folii z elementami wewnętrznymi kondensatorów z powłoką metaliczną

• 

  Przekrój kondensatora z folii z tworzywa sztucznego

• 

  Spłaszczone uzwojenie „nagiego” kondensatora foliowego przed obudową, z widokiem pobocznych metalowych warstw stykowych („schoopage”) i dołączonych zacisków

Kondensatory foliowe składają się z dwóch kawałków folii z tworzywa sztucznego pokrytej metalowymi elektrodami, nawiniętej w cylindryczne uzwojenie z dołączonymi zaciskami, a następnie zahermetyzowane. Generalnie kondensatory foliowe nie są spolaryzowane, więc oba zaciski są wymienne. Istnieją dwa różne typy kondensatorów foliowych z tworzywa sztucznego, wykonane z dwóch różnych konfiguracji elektrod:

• Kondensatory foliowo-foliowe lub kondensatory z folią metalową są wykonane z dwóch folii z tworzywa sztucznego jako dielektryka . Każda jest pokryta cienką folią metalową, zwykle aluminiową, jako elektrody. Zaletą tego typu konstrukcji jest łatwe podłączenie elektryczne do elektrod z folii metalowej oraz zdolność do radzenia sobie z dużymi przepięciami prądowymi.
• Kondensatory z metalizowanymi foliami wykonane są z dwóch metalizowanych folii, których dielektrykiem jest folia z tworzywa sztucznego. Bardzo cienka (~ 0,03 μm) metalizacja aluminium osadzanego próżniowo jest nakładana na jedną lub obie strony, aby służyć jako elektrody. Ta konfiguracja może mieć właściwości „samouzdrawiające”, ponieważ przebicia dielektryczne lub zwarcia między elektrodami niekoniecznie prowadzą do zniszczenia elementu. Dzięki tej podstawowej konstrukcji możliwe jest wytwarzanie wysokiej jakości produktów, takich jak kondensatory „zero defektów” oraz wytwarzanie kondensatorów uzwojonych o większych wartościach pojemności (do 100  μF i większych) w mniejszych obudowach (wysoka wydajność objętościowa ) w porównaniu do folii/folii budowa. Wadą konstrukcji metalizowanej jest jednak jej ograniczony prąd udarowy.

Kluczową zaletą nowoczesnej konstrukcji wewnętrznej kondensatora foliowego jest bezpośredni kontakt z elektrodami na obu końcach uzwojenia. Ten kontakt sprawia, że ​​wszystkie ścieżki prądowe do całej elektrody są bardzo krótkie. Układ zachowuje się jak duża liczba pojedynczych kondensatorów połączonych równolegle , zmniejszając w ten sposób wewnętrzne straty omowe ( ESR ) i indukcyjność pasożytniczą ( ESL ). Nieodłączna geometria struktury kondensatorów foliowych skutkuje bardzo niskimi stratami omowymi i bardzo niską indukcyjnością pasożytniczą, co czyni je szczególnie odpowiednimi do zastosowań z bardzo wysokimi prądami udarowymi (tłumiki) oraz do zastosowań związanych z zasilaniem prądem przemiennym lub do zastosowań przy wyższych częstotliwościach.

Inną cechą kondensatorów foliowych jest możliwość doboru różnych materiałów foliowych dla warstwy dielektrycznej w celu uzyskania pożądanych właściwości elektrycznych, takich jak stabilność, szeroki zakres temperatur lub zdolność do wytrzymywania bardzo wysokich napięć. Kondensatory z folią polipropylenową są określone ze względu na ich niskie straty elektryczne i ich prawie liniowe zachowanie w bardzo szerokim zakresie częstotliwości, dla zastosowań w klasie 1 stabilności w obwodach rezonansowych , porównywalne tylko z kondensatorami ceramicznymi . W przypadku prostych obwodów filtrujących wysokiej częstotliwości kondensatory poliestrowe oferują niedrogie rozwiązania o doskonałej długoterminowej stabilności, umożliwiające zastąpienie droższych tantalowych kondensatorów elektrolitycznych . Warianty foliowo-foliowe kondensatorów foliowych z tworzywa sztucznego są szczególnie zdolne do radzenia sobie z wysokimi i bardzo wysokimi przepięciami prądowymi.

Typowe wartości pojemności mniejszych kondensatorów foliowych stosowanych w elektronice zaczynają się od około 100 pikofaradów i rozciągają się w górę do mikrofaradów.

Unikalne właściwości mechaniczne folii z tworzyw sztucznych i papieru w niektórych specjalnych konfiguracjach pozwalają na zastosowanie ich w kondensatorach o bardzo dużych gabarytach. Większe kondensatory foliowe są stosowane jako kondensatory mocy w instalacjach i zakładach elektroenergetycznych, zdolnych do wytrzymania bardzo dużej mocy lub bardzo wysokich przyłożonych napięć. Wytrzymałość dielektryczna tych kondensatorów może sięgać czterocyfrowego zakresu napięcia.

Struktura wewnętrzna

Wzór na pojemność ( C ) kondensatora płytowego jest następujący: ( ε oznacza przenikalność dielektryczną ; A to pole powierzchni elektrody; d to odległość między elektrodami).
${\ Displaystyle C = \ varepsilon \ cdot {{A} \ nad {d}}}$

Zgodnie z równaniem, cieńszy dielektryk lub większy obszar elektrody zwiększą wartość pojemności , podobnie jak materiał dielektryczny o wyższej przenikalności.

Przykładowy proces produkcyjny

Poniższy przykład opisuje typowy przebieg procesu produkcyjnego kondensatorów z uzwojoną folią metaliczną z tworzywa sztucznego.

1. Rozciąganie i metalizacja folii — Aby zwiększyć wartość pojemności kondensatora, folię z tworzywa sztucznego wyciąga się w specjalnym procesie wytłaczania dwuosiowego rozciągania w kierunku wzdłużnym i poprzecznym, tak cienka, jak jest to technicznie możliwe i na ile pozwala pożądane napięcie przebicia . Grubość tych folii może wynosić zaledwie 0,6 μm. W odpowiednim systemie odparowywania iw warunkach wysokiej próżni (około 10 ¹⁵ do 10 ¹⁹ cząsteczek powietrza na metr sześcienny) folia z tworzywa sztucznego jest metalizowana aluminium lub cynkiem . Następnie nawija się go na tzw. „rolkę matkę” o szerokości około 1 metra.
2. Cięcie folii — Następnie rolki macierzyste są cięte na małe paski folii z tworzywa sztucznego o wymaganej szerokości w zależności od wielkości produkowanych kondensatorów.
3. Nawijanie — Dwie folie są zwijane razem w cylindryczne nawijanie. Dwie metalizowane folie, które tworzą kondensator, są nawinięte nieco przesunięte względem siebie, tak że przez rozmieszczenie elektrod jedna krawędź metalizacji na każdym końcu uzwojenia wystaje na boki.
4. Spłaszczanie — Uzwojenie jest zwykle spłaszczane do owalnego kształtu przez zastosowanie nacisku mechanicznego. Ponieważ koszt płytki drukowanej jest obliczany na milimetr kwadratowy, mniejszy rozmiar kondensatora zmniejsza całkowity koszt obwodu.
5. Nakładanie metalowej warstwy kontaktowej („schoopage”) — wystające elektrody końcowe są pokryte ciekłym metalem stykowym, takim jak ( cyna , cynk lub aluminium), który jest natryskiwany sprężonym powietrzem na obu bocznych końcach uzwojenia. Ten proces metalizacji został nazwany schoopage na cześć szwajcarskiego inżyniera Maxa Schoopa , który wynalazł aplikację do natryskiwania cyny i ołowiu.
6. Leczenie — Uzwojenia, które są teraz połączone elektrycznie przez schoopage, muszą zostać „wyleczone”. Odbywa się to poprzez przyłożenie precyzyjnie skalibrowanego napięcia na elektrodach uzwojenia, dzięki czemu wszelkie istniejące wady zostaną „wypalone” (patrz także „samouzdrawianie” poniżej).
7. Impregnacja — W celu zwiększenia ochrony kondensatora przed wpływami środowiska, zwłaszcza wilgocią, uzwojenie jest impregnowane płynem izolacyjnym, takim jak olej silikonowy .
8. Mocowanie zacisków — Zaciski kondensatora są lutowane lub spawane na końcowych metalowych warstwach stykowych schoopage.
9. Powłoka — Po przymocowaniu zacisków korpus kondensatora jest umieszczany w zewnętrznej obudowie lub zanurzany w powłoce ochronnej. Przy najniższych kosztach produkcji niektóre kondensatory foliowe mogą być używane „nagie”, bez dalszego powlekania uzwojenia.
10. Końcowy test elektryczny — Wszystkie kondensatory (100%) należy przetestować pod kątem najważniejszych parametrów elektrycznych, pojemności (C), współczynnika rozproszenia (tan δ) i impedancji (Z).

Produkcja kondensatorów z folią zwijaną/folią metalową z folią metalową zamiast folii metalizowanych odbywa się w bardzo podobny sposób.

Jako alternatywa dla tradycyjnej konstrukcji uzwojonej kondensatorów foliowych, mogą być również produkowane w konfiguracji „ułożonej w stos”. W tej wersji dwie metalizowane folie reprezentujące elektrody są nawinięte na znacznie większy rdzeń o średnicy większej niż 1 um. Tak zwane wielowarstwowe kondensatory (MLP, wielowarstwowe kondensatory polimerowe) można wytworzyć przez pocięcie tego dużego uzwojenia na wiele mniejszych pojedynczych segmentów. Piłowanie powoduje defekty na bocznych stronach kondensatorów, które później ulegają spaleniu (samoregeneracja) podczas procesu produkcyjnego. W ten sposób produkowane są niedrogie kondensatory z metalizowanej folii z tworzywa sztucznego do zastosowań ogólnych. Ta technika jest również wykorzystywana do wytwarzania „kostek” kondensatorów dla komponentów pakowanych w urządzenia do montażu powierzchniowego (SMD).

Samoregeneracja metalizowanych kondensatorów foliowych

Kondensatory z powłoką metaliczną mają właściwości „samonaprawiania”, które nie są dostępne w konfiguracjach folia/folia. Po przyłożeniu wystarczającego napięcia zwarcie punktowe między metalizowanymi elektrodami odparowuje z powodu wysokiej temperatury łuku, ponieważ zarówno dielektryczny materiał plastyczny w punkcie przebicia, jak i metalizowane elektrody wokół punktu przebicia są bardzo cienkie (około 0,02 do 0,05). μm). Przyczyna defektu punktowego zwarcia zostaje wypalona, ​​a powstałe ciśnienie pary powoduje również zdmuchnięcie łuku. Proces ten może zakończyć się w czasie krótszym niż 10 μs, często bez przerywania użytecznej pracy uszkodzonego kondensatora.

Ta właściwość samonaprawiania pozwala na zastosowanie jednowarstwowego nawijania folii metalizowanych bez dodatkowej ochrony przed defektami, a tym samym prowadzi do zmniejszenia ilości fizycznej przestrzeni wymaganej do osiągnięcia danej specyfikacji wydajności. Innymi słowy, zwiększa się tak zwana „sprawność wolumetryczna” kondensatora.

Zdolność samoregeneracji folii metalizowanych jest wykorzystywana wielokrotnie podczas procesu produkcji kondensatorów z folią metaliczną. Zazwyczaj po przycięciu metalizowanej folii na żądaną szerokość wszelkie powstałe defekty można wypalić (naprawić) przez przyłożenie odpowiedniego napięcia przed nawinięciem. Tę samą metodę stosuje się również po metalizacji powierzchni stykowych („schoopage”), aby usunąć wszelkie defekty kondensatora spowodowane procesem metalizacji wtórnej.

„Potwory” w metalizacji spowodowane przez samonaprawiające się łuki bardzo nieznacznie zmniejszają pojemność kondensatora. Jednak skala tej redukcji jest dość niska; nawet przy kilku tysiącach defektów do wypalenia ta redukcja jest zwykle znacznie mniejsza niż 1% całkowitej pojemności kondensatora.

W przypadku większych kondensatorów foliowych o bardzo wysokich standardach stabilności i długiej żywotności, takich jak kondensatory tłumiące , metalizację można wykonać za pomocą specjalnego wzorca izolacji błędów. Na zdjęciu po prawej stronie taka metalizacja uformowana we wzór "T". Każdy z tych wzorów „T” wytwarza celowo zawężony przekrój w metalizacji przewodzącej. Ograniczenia te działają jak mikroskopijne bezpieczniki, więc jeśli wystąpi zwarcie punktowe między elektrodami, wysoki prąd zwarcia przepala tylko bezpieczniki wokół zwarcia. W ten sposób dotknięte sekcje są odłączane i izolowane w sposób kontrolowany, bez żadnych eksplozji otaczających większy łuk zwarciowy. W związku z tym obszar dotknięty problemem jest ograniczony, a usterka jest delikatnie kontrolowana, co znacznie zmniejsza wewnętrzne uszkodzenie kondensatora, który w ten sposób może pozostać w użyciu przy nieskończenie małym zmniejszeniu pojemności.

W instalacjach polowych urządzeń dystrybucji energii elektrycznej odporność na uszkodzenia baterii kondensatorów jest często poprawiana przez równoległe połączenie wielu kondensatorów, z których każdy jest chroniony wewnętrznym lub zewnętrznym bezpiecznikiem. W przypadku zwarcia wewnętrznego na pojedynczym kondensatorze, powstały prąd zwarciowy (powiększony o wyładowanie pojemnościowe z sąsiednich kondensatorów) powoduje przepalenie bezpiecznika, izolując w ten sposób uszkodzony kondensator od pozostałych urządzeń. Ta technika jest analogiczna do opisanej powyżej techniki „metalizacji T”, ale działa na większą skalę fizyczną. Stosowane są również bardziej złożone szeregi i równoległe układy baterii kondensatorów, aby zapewnić ciągłość pracy pomimo pojedynczych awarii kondensatorów na tak większą skalę.

Wewnętrzna struktura zwiększająca napięcie znamionowe

Napięcie znamionowe różnych materiałów folii zależy od takich czynników, jak grubość folii, jakość materiału (wolność od wad fizycznych i zanieczyszczeń chemicznych), temperatura otoczenia i częstotliwość pracy oraz margines bezpieczeństwa przed napięciem przebicia (Wytrzymałość dielektryczna). Ale w pierwszym przybliżeniu, napięcie znamionowe kondensatora foliowego zależy przede wszystkim od grubości folii z tworzywa sztucznego. Na przykład przy minimalnej dostępnej grubości folii kondensatorów poliestrowych (około 0,7 μm) możliwe jest wyprodukowanie kondensatorów o napięciu znamionowym 400 VDC. Jeśli potrzebne są wyższe napięcia, zwykle stosuje się grubszą folię z tworzywa sztucznego. Ale napięcie przebicia dla folii dielektrycznych jest zwykle nieliniowe . Dla grubości większych niż około 5 milicali napięcie przebicia wzrasta tylko w przybliżeniu z pierwiastkiem kwadratowym grubości powłoki. Z drugiej strony pojemność zmniejsza się liniowo wraz ze wzrostem grubości folii. Ze względu na dostępność, przechowywanie i istniejące możliwości przetwarzania pożądane jest osiągnięcie wyższych napięć przebicia przy użyciu istniejących dostępnych materiałów błonowych. Można to osiągnąć przez jednostronną częściową metalizację folii izolacyjnych w taki sposób, że powstaje wewnętrzne połączenie szeregowe kondensatorów. Stosując tę ​​technikę połączenia szeregowego, całkowite napięcie przebicia kondensatora można pomnożyć przez dowolny współczynnik, ale całkowita pojemność jest również zmniejszona o ten sam współczynnik.

Napięcie przebicia można zwiększyć, stosując jednostronne częściowo metalizowane folie lub napięcie przebicia kondensatora można zwiększyć, stosując dwustronne folie metalizowane. Dwustronne folie metalizowane można również łączyć z wewnętrznymi kondensatorami połączonymi szeregowo poprzez częściową metalizację. Te wielotechniczne projekty są szczególnie używane do zastosowań o wysokiej niezawodności z foliami polipropylenowymi.

• Zwiększenie napięcia przebicia kondensatorów foliowych dzięki zastosowaniu dwustronnych folii metalizowanych
• 

  Metalizowany kondensator foliowy z poliwęglanu z dwustronnymi metalizowanymi foliami

• 

  Kondensator wysokonapięciowy z dwoma kondensatorami wewnętrznie połączonymi szeregowo

• 

  Kondensator wysokonapięciowy z czterema kondensatorami wewnętrznie połączonymi szeregowo

Wewnętrzna struktura zwiększająca wskaźniki przepięć

Ważną właściwością kondensatorów foliowych jest ich zdolność do wytrzymywania impulsów udarowych o wysokim napięciu szczytowym lub prądach szczytowych. Ta zdolność zależy od wszystkich wewnętrznych połączeń kondensatora foliowego wytrzymujących szczytowe obciążenia prądowe do maksymalnej określonej temperatury. Poboczne warstwy kontaktowe (schoopage) z elektrodami mogą stanowić potencjalne ograniczenie obciążalności prądów szczytowych.

Warstwy elektrod są nawinięte lekko przesunięte względem siebie tak, że krawędzie elektrod mogą się stykać za pomocą metody stykania się z powierzchnią „szoku” na bocznych powierzchniach końcowych uzwojenia. To wewnętrzne połączenie jest ostatecznie wykonane przez wiele styków punktowych na krawędzi elektrody i może być modelowane jako duża liczba pojedynczych kondensatorów połączonych równolegle. Wiele indywidualnych strat rezystancji ( ESR ) i indukcyjności ( ESL ) jest połączonych równolegle , dzięki czemu te całkowite niepożądane straty pasożytnicze są zminimalizowane.

Jednak nagrzewanie rezystancji styku omowego jest generowane, gdy prąd szczytowy przepływa przez te poszczególne mikroskopijne punkty styku, które są obszarami krytycznymi dla całkowitej rezystancji wewnętrznej kondensatora. Jeśli prąd stanie się zbyt wysoki, mogą powstać „gorące punkty” i spowodować spalenie styków.

Drugie ograniczenie obciążalności prądowej wynika z rezystancji omowej samych elektrod. W przypadku kondensatorów z powłoką metaliczną, które mają warstwy o grubości od 0,02 do 0,05 μm, zdolność przewodzenia prądu jest ograniczona przez te cienkie warstwy.

Wartość prądu udarowego kondensatorów foliowych można zwiększyć za pomocą różnych konfiguracji wewnętrznych. Ponieważ metalizacja jest najtańszym sposobem wytwarzania elektrod, optymalizacja kształtu elektrod jest jednym ze sposobów na zminimalizowanie rezystancji wewnętrznej i zwiększenie obciążalności prądowej. Nieco grubsza warstwa metalizacji po bokach stykowych elektrod skutkuje niższą całkowitą rezystancją styku i zwiększonym działaniem prądu udarowego, bez utraty właściwości samonaprawiania w pozostałej części metalizacji.

Inną techniką zwiększania prądu udarowego kondensatorów foliowych jest metalizacja dwustronna. Może to podwoić prąd szczytowy. Ta konstrukcja zmniejsza również o połowę całkowitą indukcyjność własną kondensatora, ponieważ w efekcie dwie cewki indukcyjne są połączone równolegle, co pozwala na mniej niezakłócony przepływ szybszych impulsów (wyższa tak zwana wartość znamionowa „dV/dt”).

Dwustronna folia metalizowana jest pozbawiona pola elektrostatycznego, ponieważ elektrody mają ten sam potencjał napięciowy po obu stronach folii, a zatem nie mają wpływu na całkowitą pojemność kondensatora. Folia ta może więc być wykonana z innego i tańszego materiału. Np. kondensator z folii polipropylenowej z obustronną metalizacją na nośniku z folii poliestrowej sprawia, że ​​kondensator jest nie tylko tańszy, ale także mniejszy, ponieważ cieńsza folia poliestrowa poprawia sprawność objętościową kondensatora. Kondensatory foliowe z dwustronną powłoką metaliczną skutecznie mają grubsze elektrody, które zapewniają wyższy prąd udarowy, ale nadal zachowują właściwości samonaprawiające, w przeciwieństwie do kondensatorów foliowych/foliowych.

Kondensatory foliowe o najwyższym prądzie udarowym to kondensatory foliowe/foliowe o konstrukcji z folii metalowej. Kondensatory te wykorzystują cienkie folie metalowe, zwykle aluminiowe, jako elektrody pokrywające folię polimerową. Zaletą tej konstrukcji jest łatwe i solidne połączenie elektrod z folii metalowej. W tej konstrukcji rezystancja styku w obszarze schoopa jest najniższa.

Kondensatory metalowo-foliowe nie mają jednak właściwości samoregenerujących . Przebicie warstwy dielektrycznej kondensatora foliowego/foliowego prowadzi do nieodwracalnego zwarcia. Aby uniknąć przebić spowodowanych przez słabe punkty w dielektryku, wybrana warstwa izolacyjna jest zawsze grubsza niż teoretycznie wymagana przez określone napięcie przebicia materiału. Warstwy mniejsze niż 4 μm generalnie nie są stosowane do kondensatorów foliowych/foliowych ze względu na ich zbyt dużą liczbę defektów punktowych. Także. folie metalowe można wytwarzać tylko o grubości do około 25 μm. Kompromisy te sprawiają, że kondensator foliowy/foliowy jest najbardziej wytrzymałym, ale również najdroższym sposobem na zwiększenie obsługi prądu udarowego.

Rodzaje kondensatorów foliowych

• Dostępne style kondensatorów foliowych
• 

  Styl osiowy do montażu punkt-punkt i przez otwór

• 

  Styl radialny (pojedynczy koniec) do montażu lutowanego przelotowego na płytkach drukowanych

• 

  Styl promieniowy z wytrzymałymi końcówkami lutowniczymi do zastosowań z tłumieniem i wysokimi obciążeniami impulsowymi przepięć

• 

  Wytrzymały kondensator tłumiący z zaciskami śrubowymi

• 

  Styl SMD do montażu powierzchniowego na płytce drukowanej, z metalizowanymi stykami na dwóch przeciwległych krawędziach

Kondensatory foliowe do użytku w sprzęcie elektronicznym są pakowane w typowych i typowych stylach przemysłowych: osiowe, promieniowe i SMD. Tradycyjne pakiety typu osiowego są obecnie rzadziej używane, ale nadal są zalecane do okablowania punkt-punkt i niektórych tradycyjnych płytek drukowanych z otworami przewlekanymi. Najpopularniejszym współczynnikiem kształtu jest typ promieniowy (single-ended), z obydwoma zaciskami po jednej stronie korpusu kondensatora. Aby ułatwić automatyczne wkładanie , kondensatory radialne z folii z tworzywa sztucznego są zwykle konstruowane z odstępami między zaciskami w znormalizowanych odległościach, zaczynając od rastra 2,5 mm i zwiększając się w krokach co 2,5 mm. Kondensatory promieniowe są dostępne w obudowach z tworzywa sztucznego lub zanurzane w żywicy epoksydowej, aby chronić korpus kondensatora przed wpływami środowiska. Chociaż przejściowe ciepło lutowania rozpływowego wywołuje wysokie naprężenia w materiałach foliowych z tworzywa sztucznego, kondensatory foliowe zdolne do wytrzymania takich temperatur są dostępne w pakietach urządzeń do montażu powierzchniowego ( SMD ).

Rozwój historyczny

Przed wprowadzeniem folii z tworzyw sztucznych powszechnie używano kondensatorów wykonanych przez umieszczenie paska impregnowanego papieru między paskami metalu i zwinięcie wyniku w cylindryczne kondensatory papierowe ; ich produkcję rozpoczęto w 1876 roku, a od początku XX wieku były używane jako kondensatory odsprzęgające w telekomunikacji (telefonii).

Wraz z rozwojem tworzyw sztucznych przez chemików organicznych podczas II wojny światowej przemysł kondensatorów zaczął zastępować papier cieńszymi foliami polimerowymi. Jeden bardzo wczesny rozwój kondensatorów foliowych został opisany w brytyjskim patencie 587,953 w 1944 roku. Wprowadzenie tworzyw sztucznych do kondensatorów foliowych z tworzywa sztucznego było mniej więcej w następującym porządku historycznym: polistyren (PS) w 1949 roku, politereftalan etylenu (PET/"poliester") i celuloza octan (CA) w 1951, poliwęglan (PC/Lexan) w 1953, politetrafluoroetylen (PTFE/Teflon) w 1954, poliparylen w 1954, polipropylen (PP) w 1954, polietylen (PE) w 1958 i polisiarczek fenylenu (PPS) w 1967. W połowie lat 60. istniała szeroka gama różnych kondensatorów foliowych oferowanych przez wielu, głównie europejskich i amerykańskich producentów. Niemieccy producenci, tacy jak WIMA, Roederstein , Siemens i Philips , wyznaczali trendy i byli liderami na światowym rynku napędzanym elektroniką użytkową.

Jedną z wielkich zalet folii z tworzyw sztucznych do produkcji kondensatorów jest to, że folie z tworzyw sztucznych mają znacznie mniej wad niż arkusze papieru stosowane w kondensatorach papierowych. Pozwala to na produkcję kondensatorów z folii z tworzywa sztucznego z tylko jedną warstwą folii z tworzywa sztucznego, podczas gdy kondensatory papierowe wymagają podwójnej warstwy papieru. Kondensatory foliowe z tworzywa sztucznego miały znacznie mniejszy rozmiar fizyczny (lepsza sprawność objętościowa ), przy tej samej wartości pojemności i takiej samej wytrzymałości dielektrycznej, jak porównywalne kondensatory papierowe. W tym czasie nowe tworzywa sztuczne również wykazywały dalsze zalety w porównaniu z papierem. Plastik jest znacznie mniej higroskopijny niż papier, co zmniejsza szkodliwe skutki niedoskonałego uszczelnienia. Ponadto większość tworzyw sztucznych podlega mniejszej liczbie zmian chemicznych w dłuższych okresach, co zapewnia długotrwałą stabilność ich parametrów elektrycznych. Od około 1980 roku kondensatory papierowe i metalizowane (kondensatory MP) zostały prawie całkowicie zastąpione kondensatorami foliowymi PET w większości zastosowań elektronicznych prądu stałego o małej mocy. Papier jest obecnie używany tylko w kondensatorach tłumiących zakłócenia RFI lub silnikowych, lub jako mieszany dielektryk połączony z folią polipropylenową w dużych kondensatorach AC i DC do zastosowań o dużej mocy.

Wczesnym specjalnym typem kondensatorów z folii z tworzywa sztucznego były kondensatory z folii z octanu celulozy , zwane również kondensatorami MKU. Polarny izolujący dielektryczny octan celulozy był żywicą syntetyczną, którą można było wytwarzać dla metalizowanych kondensatorów o grubości warstwy farby do około 3 μm. Ciekła warstwa octanu celulozy została najpierw nałożona na papierowy nośnik, następnie pokryta woskiem, wysuszona, a następnie metalizowana. Podczas nawijania korpusu kondensatora papier był usuwany z metalizowanej folii. Pozostała cienka warstwa octanu celulozy miała przebicie dielektryczne 63 V, wystarczające do wielu zastosowań ogólnego przeznaczenia. Bardzo mała grubość dielektryka zmniejszyła ogólne wymiary tych kondensatorów w porównaniu do innych kondensatorów foliowych z tamtych czasów. Kondensatory foliowe MKU nie są już produkowane, ponieważ kondensatory foliowe poliestrowe mogą być teraz produkowane w mniejszych rozmiarach, które były niszą rynkową typu MKU.

Kondensatory foliowe stały się znacznie mniejsze od początku technologii. Na przykład dzięki opracowaniu cieńszych folii z tworzywa sztucznego wymiary kondensatorów z metalizowanej folii poliestrowej zostały zmniejszone o współczynnik około 3 do 4.

Najważniejszymi zaletami kondensatorów foliowych są stabilność ich wartości elektrycznych przez długi czas, ich niezawodność i niższy koszt niż w przypadku niektórych innych typów do tych samych zastosowań. Szczególnie do zastosowań z dużymi obciążeniami impulsowymi prądu lub dużymi obciążeniami AC w ​​układach elektrycznych, kondensatory foliowe o dużej wytrzymałości, zwane tutaj „kondensatorami mocy”, są dostępne z wartościami dielektrycznymi rzędu kilku kilowoltów.

Jednak produkcja kondensatorów foliowych jest istotnie zależna od łańcucha dostaw materiałów. Każdy z materiałów foliowych z tworzywa sztucznego stosowanych w kondensatorach foliowych na całym świecie jest produkowany tylko przez dwóch lub trzech dużych dostawców. Powodem tego jest to, że masowe ilości wymagane przez rynek nasadek foliowych są dość małe w porównaniu z typowymi seriami produkcyjnymi firmy chemicznej. Prowadzi to do dużej zależności producentów kondensatorów od stosunkowo niewielu firm chemicznych jako dostawców surowców. Na przykład w 2000 roku firma Bayer AG zaprzestała produkcji folii poliwęglanowych z powodu nierentownych niskich wolumenów sprzedaży. Większość producentów kondensatorów foliowych z poliwęglanu musiała szybko zmienić swoją ofertę produktową na kondensatory innego typu, a dla nowych konstrukcji wymagane było wiele kosztownych atestów testowych.

Od 2012 r. tylko pięć materiałów z tworzyw sztucznych nadal było szeroko stosowanych w przemyśle kondensatorów jako folie do kondensatorów: PET, PEN, PP, PPS i PTFE. Inne tworzywa sztuczne nie są już w powszechnym użyciu, ponieważ nie są już produkowane lub zostały zastąpione lepszymi materiałami. Nawet produkowane od dawna kondensatory foliowe z polistyrenu (PS) i poliwęglanu (PC) zostały w dużej mierze zastąpione wcześniej wymienionymi typami folii, chociaż co najmniej jeden producent kondensatorów PC zachowuje możliwość wytwarzania własnych folii z surowego surowca poliwęglanowego. Poniżej opisano pokrótce mniej popularne folie z tworzyw sztucznych, ponieważ są one nadal spotykane w starszych konstrukcjach i nadal są dostępne u niektórych dostawców.

Od prostych początków kondensatory foliowe rozwinęły się w bardzo szeroką i wysoce wyspecjalizowaną gamę różnych typów. Pod koniec XX wieku masowa produkcja większości kondensatorów foliowych przeniosła się na Daleki Wschód. Kilka dużych firm nadal produkuje wysoce wyspecjalizowane kondensatory foliowe w Europie i Stanach Zjednoczonych do zastosowań związanych z zasilaniem i prądem przemiennym.

Materiały dielektryczne i ich udział w rynku

W poniższej tabeli przedstawiono najczęściej stosowane polimery dielektryczne do kondensatorów foliowych.

Dielektryk: nazwy ogólne, nazwy chemiczne, skróty i nazwy handlowe

Dielektryk	Skrót	Nazwa handlowa
Polipropylen	PP	Tervakoski Film, Treofan
Poliester , Politereftalan etylenu,	ZWIERZAK DOMOWY	Hostafan, Mylar
Polinaftalan etylenu	DŁUGOPIS	Kaladex
Siarczek polifenylenu	PPS	Torelina
Politetrafluoroetylen	PTFE	Teflon
Polistyren	PS	Styroflex
Poliwęglan	PC	Makrofol

Ponadto można mieszać różne materiały foliowe w celu wytworzenia kondensatorów o określonych właściwościach.

Najczęściej stosowanymi materiałami foliowymi są polipropylen z udziałem w rynku wynoszący 50%, a następnie poliester z 40% udziałem. Pozostałe 10% stanowią pozostałe materiały dielektryczne, w tym polisiarczek fenylenu i papier, po około 3% każdy.

Kondensatory foliowe z poliwęglanu nie są już produkowane, ponieważ materiał dielektryczny nie jest już dostępny.

Charakterystyka materiałów foliowych na kondensatory foliowe

Właściwości elektryczne oraz zachowanie temperaturowe i częstotliwościowe kondensatorów foliowych są zasadniczo zdeterminowane przez rodzaj materiału, który tworzy dielektryk kondensatora. W poniższej tabeli wymieniono najważniejsze cechy głównych obecnie stosowanych materiałów foliowych z tworzyw sztucznych. Nie podano tutaj charakterystyk mieszanych materiałów foliowych.

Liczby w tej tabeli pochodzą ze specyfikacji opublikowanych przez różnych producentów kondensatorów foliowych do przemysłowych zastosowań elektronicznych.

Szeroki zakres wartości współczynnika rozproszenia obejmuje zarówno typowe, jak i maksymalne specyfikacje z kart danych różnych producentów. Typowe wartości elektryczne dla mocy i dużych kondensatorów AC nie zostały uwzględnione w tej tabeli.

Charakterystyka materiałów foliowych z tworzyw sztucznych na kondensatory foliowe

		Materiał filmowy, skrócone kody
Charakterystyka filmu		ZWIERZAK DOMOWY	DŁUGOPIS	PPS	PP
Względna przenikalność elektryczna przy 1 kHz		3,3	3,0	3,0	2.2
Minimalna grubość folii (μm)		0,7...0,9	0,9...1,4	1.2	1,9...3,0
Wchłanianie wilgoci (%)		Niska	0,4	0,05	<0,1
Wytrzymałość dielektryczna (V/μm)		~580	~500	~470	~650
Komercyjnie zrealizowane zabezpieczenie napięciowe (V/μm)		280	300	220	400
Zakres napięcia stałego (V)		50—1000	16—250	16—100	40—2000
Zakres pojemności		100 pF—22 μF	100 pF-1 μF	100 pF-0,47 μF	100 pF—10 μF
Zakres temperatur stosowania (°C)		-55 — +125 /+150	-55 — +150	-55 — +150	-55 — +105
ΔC/C a zakres temperatur (%)		±5	±5	±1,5	±2,5
Współczynnik rozpraszania (•10 -4 )
	przy 1 kHz	50—200	42—80	2-15	0,5-5
	przy 10 kHz	110—150	54—150	2,5—25	2-8
	przy 100 kHz	170—300	120—300	12-60	2—25
	przy 1 MHz	200—350	–	18—70	4-40
Stała czasowa R Iso •C (s)	w 25 °C	≥10000	≥10000	≥10000	≥100000
	w 85 °C	1.000	1.000	1.000	10.000
Absorpcja dielektryczna (%)		0,2-0,5	1-1.2	0,05—0,1	0,01—0,1
Specyficzna pojemność (NF • V / mm 3 )		400	250	140	50

Kondensatory foliowe z polipropylenu (PP)

Kondensatory foliowe polipropylenowe posiadają dielektryk wykonany z termoplastycznego, niepolarnego, organicznego i częściowo krystalicznego materiału polimerowego Polipropylen (PP), nazwa handlowa Treofan, z rodziny poliolefin . Produkowane są zarówno w wersji metalizowanej zwijanej jak i sztaplowanej, a także w wersji foliowo-foliowej. Folia polipropylenowa jest najczęściej stosowaną folią dielektryczną w kondensatorach przemysłowych, a także w typach kondensatorów mocy. Materiał folii polipropylenowej pochłania mniej wilgoci niż folia poliestrowa i dlatego nadaje się również do „nagich” projektów bez jakiejkolwiek powłoki lub dalszego pakowania. Jednak maksymalna temperatura 105 °C utrudnia stosowanie folii PP w opakowaniach SMD.

Zależności temperaturowe i częstotliwościowe parametrów elektrycznych kondensatorów foliowych polipropylenowych są bardzo niskie. Kondensatory foliowe z polipropylenu mają liniowy, ujemny współczynnik temperaturowy pojemności ±2,5 % w swoim zakresie temperatur. Dlatego kondensatory z folią polipropylenową nadają się do zastosowań w obwodach określających częstotliwość klasy 1, filtrach, obwodach oscylatora, obwodach audio i zegarach. Są również przydatne do kompensacji cewek indukcyjnych w zastosowaniach filtrów precyzyjnych oraz w zastosowaniach o wysokiej częstotliwości.

Oprócz kwalifikacji klasy aplikacji dla wersji foliowych/foliowych kondensatorów foliowych PP, norma IEC/EN 60384-13 określa trzy „klasy stabilności”. Te klasy stabilności określają tolerancję współczynników temperaturowych wraz z dopuszczalną zmianą pojemności po określonych testach. Są one podzielone na różne stopnie współczynnika temperaturowego (α) wraz z towarzyszącymi tolerancjami i preferowanymi wartościami dopuszczalnej zmiany pojemności po testach mechanicznych, otoczenia (wilgotności) i trwałości.

Klasy stabilności polipropylenowych kondensatorów foliowych/foliowych zgodnie z IEC/EN 60384-13

Klasa stabilności	Współczynnik temperaturowy (α) i tolerancji w częściach na milion na kelwin 10 -6 / K					Dopuszczalna zmiana pojemności Temperatura górnej kategorii
	-80	-100	-125	-160	-250	85 °C	100°C
1	±40	±50	±60	±80	±120	±(0,5%+0,5pF)	±(1%+0,5 pF)
2	-	±100	±125	±160	±250	±(1%+1 pF)	±(1%+1 pF)
3	-	-	-	±160	±250	±(2%+2 pF)	±(5%+2 pF)

Tabela nie obowiązuje dla wartości pojemności mniejszych niż 50 pF.

Ponadto kondensatory foliowe PP mają najniższą absorpcję dielektryczną , co czyni je odpowiednimi do zastosowań takich jak kondensatory czasowe VCO, aplikacje typu sample-and-hold oraz obwody audio. Są one dostępne dla tych precyzyjnych zastosowań w bardzo wąskich tolerancjach pojemności.

Współczynnik rozpraszania kondensatorów foliowych PP jest mniejszy niż innych kondensatorów foliowych. Ze względu na niski i bardzo stabilny współczynnik rozpraszania w szerokim zakresie temperatur i częstotliwości, nawet przy bardzo wysokich częstotliwościach oraz ich wysoką wytrzymałość dielektryczną 650 V/μm, kondensatory foliowe PP mogą być stosowane w wersjach metalizowanych i foliowych jako kondensatory do zastosowań impulsowych, takich jak obwody odchylające do skanowania CRT lub jako tak zwane kondensatory „ odcinające ” lub w zastosowaniach IGBT . Ponadto kondensatory z folią polipropylenową są używane w aplikacjach zasilania AC, takich jak kondensatory silnikowe lub kondensatory z korekcją współczynnika mocy (PFC).

Kondensatory z folii polipropylenowej są szeroko stosowane do tłumienia zakłóceń elektromagnetycznych , w tym do bezpośredniego podłączenia do sieci zasilającej. W tym ostatnim zastosowaniu muszą one spełniać specjalne wymagania testowe i certyfikacyjne dotyczące bezpieczeństwa i niepalności.

Większość kondensatorów mocy, największe wykonane kondensatory, zwykle używa folii polipropylenowej jako dielektryka. Kondensatory foliowe PP są używane do zastosowań o wysokiej częstotliwości i dużej mocy, takich jak nagrzewanie indukcyjne , do zastosowań z pulsacyjnym rozładowywaniem energii oraz jako kondensatory prądu przemiennego do dystrybucji energii elektrycznej. Napięcie znamionowe tych kondensatorów może wynosić do 400 kV.

Stosunkowo niska przenikalność elektryczna wynosząca 2,2 jest niewielką wadą, a kondensatory foliowe z PP wydają się być nieco większe niż inne kondensatory foliowe.

Folie kondensatorowe produkowane są o grubości do 20 μm przy szerokości rolki do 140 mm. Rolki są starannie pakowane próżniowo parami zgodnie ze specyfikacją wymaganą dla kondensatora.

Kondensatory foliowe poliestrowe (PET)

Kondensatory z folii poliestrowej to kondensatory foliowe wykorzystujące dielektryk wykonany z termoplastycznego polarnego materiału polimerowego z politereftalanu etylenu (PET), o nazwach handlowych Hostaphan lub Mylar , z rodziny poliestrów. Produkowane są zarówno w wersji metalizowanej zwijanej, sztaplowanej, jak i w wersji foliowej. Folia poliestrowa adsorbuje bardzo mało wilgoci, a ta cecha sprawia, że ​​nadaje się do „nagich” projektów bez konieczności dalszego powlekania. Są to tanie, masowo produkowane kondensatory w nowoczesnej elektronice, o stosunkowo niewielkich gabarytach przy stosunkowo wysokich wartościach pojemności. Kondensatory PET są używane głównie jako kondensatory ogólnego przeznaczenia do zastosowań prądu stałego lub do obwodów półkrytycznych o temperaturach roboczych do 125 °C. Maksymalna temperatura znamionowa 125 °C umożliwia również wytwarzanie kondensatorów foliowych SMD z folii PET. Niski koszt poliestru i stosunkowo kompaktowe wymiary to główne powody dużej popularności kondensatorów foliowych PET w nowoczesnych konstrukcjach.

Małe wymiary fizyczne kondensatorów foliowych PET są wynikiem wysokiej przenikalności względnej 3,3 w połączeniu ze stosunkowo wysoką wytrzymałością dielektryczną prowadzi do stosunkowo wysokiej wydajności objętościowej . Ta zaleta zwartości ma pewne wady. Zależność temperaturowa pojemności kondensatorów foliowych poliestrowych jest stosunkowo wysoka w porównaniu do innych kondensatorów foliowych, ± 5% w całym zakresie temperatur. Zależność częstotliwości pojemności kondensatorów foliowych poliestrowych w porównaniu z innymi kondensatorami foliowymi wynosi -3% w zakresie od 100 Hz do 100 kHz w górnej granicy. Również zależność współczynnika rozpraszania od temperatury i częstotliwości jest wyższa dla kondensatorów foliowych poliestrowych w porównaniu z innymi typami kondensatorów foliowych.

Kondensatory z folii poliestrowej są używane głównie do zastosowań ogólnych lub obwodów półkrytycznych o temperaturach roboczych do 125 °C.

Kondensatory foliowe naftalan etylenu (PEN)

Kondensatory foliowe z naftalanu etylenu są kondensatorami foliowymi wykorzystującymi dielektryk wykonany z termoplastycznego dwuosiowego materiału polimerowego naftalanu etylenu (PEN) o nazwach handlowych Kaladex, Teonex. Produkowane są wyłącznie jako typy metalizowane. PEN, podobnie jak PET, należy do rodziny poliestrów, ale ma lepszą stabilność w wysokich temperaturach. Dlatego kondensatory foliowe PEN są bardziej odpowiednie do zastosowań wysokotemperaturowych i do pakowania SMD.

Zależność charakterystyk elektrycznych od temperatury i częstotliwości dla pojemności i współczynnika rozpraszania kondensatorów foliowych PEN są podobne do kondensatorów foliowych PET. Ze względu na mniejszą przenikalność względną i niższą wytrzymałość dielektryczną polimeru PEN, kondensatory foliowe PEN są fizycznie większe dla danej pojemności i wartości napięcia znamionowego. Mimo to, kondensatory foliowe PEN są korzystniejsze niż PET, gdy temperatura otoczenia podczas pracy kondensatorów stale przekracza 125°C. Specjalny dielektryk PEN „wysokiego napięcia” (HV) zapewnia doskonałe właściwości elektryczne podczas testów żywotności przy wysokich napięciach i wysokich temperaturach (175°C). Kondensatory PEN są używane głównie do niekrytycznego filtrowania, sprzęgania i odsprzęgania w obwodach elektronicznych, gdy zależności temperaturowe nie mają znaczenia.

Kondensatory foliowe z siarczku fenylenu (PPS)

Kondensatory foliowe z polisiarczku fenylenu to kondensatory foliowe z dielektrykiem wykonanym z termoplastycznego, organicznego i częściowo krystalicznego materiału polimerowego Poli(siarczek p-fenylenu) (PPS), nazwa handlowa Torelina. Produkowane są tylko jako typy metalizowane.

Zależność temperaturowa pojemności kondensatorów foliowych PPS w całym zakresie temperatur jest bardzo mała (± 1,5%) w porównaniu z innymi kondensatorami foliowymi. Również zależność od częstotliwości w zakresie od 100 Hz do 100 kHz pojemności kondensatorów foliowych PPS wynosi ± 0,5%, bardzo niska w porównaniu z innymi kondensatorami foliowymi. Współczynnik rozpraszania kondensatorów foliowych PPS jest dość mały, a zależność współczynnika rozpraszania od temperatury i częstotliwości w szerokim zakresie jest bardzo stabilna. Dopiero w temperaturach powyżej 100°C współczynnik rozproszenia wzrasta do większych wartości. Absorpcji dielektrycznej wydajność jest doskonała, tyle tylko PTFE i PS kondensatorów dielektrycznych.

Kondensatory foliowe z polisiarczku fenylenu doskonale nadają się do zastosowań w obwodach określających częstotliwość oraz do zastosowań wysokotemperaturowych. Ze względu na dobre właściwości elektryczne kondensatory foliowe PPS są idealnym zamiennikiem kondensatorów foliowych poliwęglanowych, których produkcja od 2000 roku została w dużej mierze przerwana.

Oprócz doskonałych właściwości elektrycznych, kondensatory foliowe PPS wytrzymują temperatury do 270 °C bez szkody dla jakości folii, dzięki czemu kondensatory foliowe PPS nadają się do urządzeń do montażu powierzchniowego (SMD) i mogą tolerować podwyższone temperatury lutowania rozpływowego dla ołowiu -wolne lutowanie wymagane przez dyrektywę RoHS 2002/95/EC .

Koszt kondensatora foliowego PPS jest zwykle wyższy w porównaniu z kondensatorem foliowym PP.

Kondensatory foliowe z politetrafluoroetylenu (PTFE)

Kondensatory foliowe z politetrafluoroetylenu są wykonane z dielektryka syntetycznego fluoropolimeru politetrafluoroetylenu (PTFE), hydrofobowego stałego fluorowęglowodoru. Produkowane są zarówno jako metalizowane, jak i jako rodzaje folii/folii, chociaż słaba przyczepność do folii utrudnia metalizację. PTFE jest często znany pod nazwą handlową DuPont Teflon .

Kondensatory foliowe z politetrafluoroetylenu charakteryzują się bardzo wysoką odpornością na temperaturę do 200 °C, a nawet do 260 °C, przy obniżeniu napięcia. Współczynnik rozproszenia 2 • 10 ^-4 jest dość mały. Zmiana pojemności w całym zakresie temperatur od +1% do -3% jest nieco większa niż w przypadku kondensatorów foliowych polipropylenowych. Jednakże, ponieważ najmniejsza dostępna grubość folii dla folii PTFE wynosi 5,5 μm, około dwa razy więcej niż grubość folii polipropylenowych, kondensatory foliowe PTFE są fizycznie bardziej masywne niż kondensatory foliowe PP. Dodał, że grubość folii na powierzchni nie jest stała, przez co folie teflonowe są trudne do wyprodukowania. Dlatego liczba producentów kondensatorów foliowych PTFE jest ograniczona.

Kondensatory foliowe PTFE są dostępne dla napięć znamionowych od 100 V do 630 V DC. Stosowane są w sprzęcie wojskowym, w lotnictwie, w sondach geologicznych, w obwodach wypalania oraz w wysokiej jakości obwodach audio. Główni producenci kondensatorów foliowych PTFE znajdują się w USA.

Kondensatory foliowe z polistyrenu (PS)

Kondensatory foliowe z polistyrenu , czasami znane jako „kondensatory styroflexowe”, były dobrze znane przez wiele lat jako niedrogie kondensatory foliowe do zastosowań ogólnych, w których wymagana była wysoka stabilność pojemności, niski współczynnik rozpraszania i niskie prądy upływu. Ale ponieważ grubość folii nie mogła być mniejsza niż 10 μm, a maksymalne temperatury osiągały tylko 85 °C, kondensatory foliowe PS zostały w większości zastąpione kondensatorami foliowymi poliestrowymi od 2012 roku. Jednak niektórzy producenci mogą nadal oferować folię PS kondensatory w swoim programie produkcyjnym, poparte dużymi ilościami folii styropianowych w ich magazynie. Kondensatory styropianowe mają ważną zaletę - mają współczynnik temperaturowy bliski zeru i dlatego są przydatne w obwodach strojonych, w których należy unikać dryftu wraz z temperaturą.

Kondensatory foliowe z poliwęglanu (PC)

Kondensatory foliowe z poliwęglanu to kondensatory foliowe z dielektrykiem wykonanym ze spolimeryzowanych estrów poliwęglanu (PC) kwasu węglowego i alkoholi dwuwodorotlenowych, czasami noszące nazwę handlową Makrofol. Produkowane są w wersji metalizowanej nawijanej oraz typu folia/folia.

Kondensatory te mają niski współczynnik rozproszenia, a ze względu na ich względnie niezależne od temperatury właściwości elektryczne wynoszące około ±80 ppm w całym zakresie temperatur, mają wiele zastosowań w zastosowaniach o niskich stratach i stabilnych temperaturowo, takich jak obwody czasowe, precyzyjne obwody analogowe, i filtry sygnału w aplikacjach o trudnych warunkach środowiskowych. Kondensatory foliowe PC były produkowane od połowy lat 50. XX wieku, ale główny dostawca folii poliwęglanowej do kondensatorów zaprzestał produkcji tego polimeru w postaci folii od 2000 roku. W rezultacie większość producentów kondensatorów z folii poliwęglanowej na całym świecie musieli zaprzestać produkcji kondensatorów foliowych z PC i zamiast tego zmienić je na kondensatory foliowe z polipropylenu. Większość wcześniejszych zastosowań kondensatorów PC znalazła zadowalające zamienniki dla kondensatorów foliowych PP.

Są jednak wyjątki. Producent Electronic Concepts Inc (New Jersey, USA) twierdzi, że jest wewnętrznym producentem własnej folii poliwęglanowej i kontynuuje produkcję kondensatorów foliowych PC. Oprócz tego producenta kondensatorów foliowych z poliwęglanu istnieją inni, głównie amerykańscy, wyspecjalizowani producenci.

Kondensatory papierowe (foliowe) (MP) i kondensatory z folią mieszaną

• Kondensatory foliowe mocy wykorzystujące metalizowany papier jako nośnik elektrod, ich różne konfiguracje i ich zwykłe skrócone oznaczenia
• 

  Kondensator MP, jednostronnie metalizowany papier (dodatkowa warstwa papieru do pokrycia defektów otworkowych), uzwojenia impregnowane olejem izolacyjnym

• 

  Kondensator mocy MKP jednostronnie metalizowany papier i folia polipropylenowa (dielektryk mieszany), uzwojenia impregnowane olejem izolacyjnym

• 

  Kondensator mocy MKV, dwustronnie metalizowany papier (bezpolowy nośnik mechaniczny elektrod), folia polipropylenowa (dielektryk), uzwojenia impregnowane olejem izolacyjnym

Historycznie, pierwszymi kondensatorami typu „foliowego” były kondensatory papierowe o konfiguracji folia/folia. Były dość nieporęczne i niezbyt niezawodne. Od 2012 roku do kondensatorów MP o właściwościach samonaprawiających stosowanych do tłumienia zakłóceń elektromagnetycznych stosuje się papier w postaci papieru metalizowanego. Papier jest również używany jako izolacyjny nośnik mechaniczny elektrod z warstwą metaliczną i jest łączony z dielektrykiem polipropylenowym, głównie w kondensatorach mocy przystosowanych do zastosowań wysokoprądowych AC i wysokonapięciowych DC.

Papier jako nośnik elektrod ma zalety polegające na niższym koszcie i nieco lepszej przyczepności metalizacji do papieru niż do folii polimerowych. Jednak sam papier jako dielektryk w kondensatorach nie jest wystarczająco niezawodny, aby sprostać rosnącym wymaganiom jakościowym nowoczesnych aplikacji. Połączenie papieru z dielektrykiem folii polipropylenowej to opłacalny sposób na poprawę jakości i wydajności. Lepsze przyleganie metalizacji do papieru jest korzystne zwłaszcza przy dużych obciążeniach impulsowych prądu, a dielektryk folii polipropylenowej zwiększa napięcie znamionowe.

Jednak chropowatość metalizowanej powierzchni papieru może powodować wiele małych, wypełnionych powietrzem pęcherzyków między dielektrykiem a metalizacją, zmniejszając napięcie przebicia kondensatora. Z tego powodu większe kondensatory foliowe lub kondensatory mocy wykorzystujące papier jako nośnik elektrod są zwykle wypełnione olejem izolacyjnym lub gazem, aby wyprzeć pęcherzyki powietrza w celu uzyskania wyższego napięcia przebicia.

Ponieważ jednak prawie każdy liczący się producent oferuje własne, zastrzeżone kondensatory foliowe z mieszanymi materiałami foliowymi, trudno jest podać uniwersalny i ogólny przegląd specyficznych właściwości kondensatorów z mieszaną folią.

Inne kondensatory foliowe z tworzywa sztucznego

Oprócz wyżej opisanych folii ((polipropylen (PP), politereftalan etylenu, poliester PET), siarczek polifenylenu (PPS), polinaftalan etylenu (PEN), poliwęglan (PP), polistyren (PS) i politetrafluoroetylen (PTFE)), niektóre inne tworzywa sztuczne materiały mogą być stosowane jako dielektryk w kondensatorach foliowych. Polimery termoplastyczne takie jak poliimid (PI), poliamidu (PA, lepiej znany jako nylon lub Perlon), fluorek poliwinylidenu (PVDF), siloksanowych , Polisulfonu (PEX) i aromatycznego poliestru (FPE) są opisane w literaturze technicznej, jako możliwe folii dielektrycznej kondensatory. Podstawowym powodem rozważenia nowych materiałów foliowych do kondensatorów jest stosunkowo niska przenikalność powszechnie stosowanych materiałów. Dzięki wyższej przenikalności kondensatory foliowe mogą być jeszcze mniejsze, co jest zaletą na rynku bardziej kompaktowych przenośnych urządzeń elektronicznych.

W 1984 roku w prasie ogłoszono patent na nową technologię kondensatorów foliowych, która wykorzystuje nałożone próżniowo materiały akrylowe usieciowane wiązką elektronów jako dielektryk w kondensatorach foliowych. Jednak od 2012 r. tylko jeden producent wprowadza na rynek określony kondensator akrylowy z folią SMD jako zamiennik X7R MLCC.

Poliimid (PI), termoplastyczny polimer monomerów imidowych , jest proponowany do kondensatorów foliowych zwanych kondensatorami poliimidowymi, PI lub kaptonowymi. Kapton to nazwa handlowa poliimidu firmy DuPont . Ten materiał jest interesujący, ponieważ jest odporny na wysokie temperatury do 400 °C. Jednak od 2012 r. nie ogłoszono żadnych konkretnych kondensatorów foliowych z serii PI . Oferowany kondensator foliowy, Kapton CapacitorCL11, zapowiadany przez "dhgate" to "Type: Polypropylene Film Capacitor". Kolejny bardzo dziwny kondensator Kapton można znaleźć u chińskiego producenta kondensatorów YEC. Tutaj zapowiadane „kondensatory kaptonowe” to tak naprawdę superkondensatory , zupełnie inna technologia. Być może folia kaptonowa w tych superkondensatorach służy jako separator między elektrodami tego dwuwarstwowego kondensatora . Folie kaptonowe są często oferowane jako folia samoprzylepna do zewnętrznej izolacji pakietów kondensatorów.

Polifluorek winylidenu (PVDF) ma bardzo wysoką przenikalność elektryczną od 18 do 20, co pozwala na przechowywanie dużych ilości energii na małej przestrzeni ( sprawność objętościowa ). Jednak ma temperaturę Curie wynoszącą tylko 60 °C, co ogranicza jego użyteczność. Kondensatory foliowe z PVDF są opisane dla jednego bardzo specjalnego zastosowania, w przenośnych defibrylatorach .

W przypadku wszystkich innych wcześniej wymienionych materiałów z tworzyw sztucznych, takich jak PA, PVDF, siloksan, PEx lub FPE, od 2012 r. nie wiadomo, czy konkretne serie kondensatorów foliowych z tymi foliami z tworzywa sztucznego są produkowane w ilościach handlowych.

Standaryzacja kondensatorów foliowych

Normalizacja wszystkich elementów elektrycznych , elektronicznych i powiązanych technologii jest zgodna z zasadami określonymi przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC), pozarządową międzynarodową organizację normalizacyjną typu non-profit . Normy IEC są zharmonizowane z normami europejskimi EN.

Definicję właściwości i procedurę metod badania kondensatorów stosowanych w sprzęcie elektronicznym określono w specyfikacji ogólnej:

• IEC/EN 60384-1, Kondensatory stałe do stosowania w sprzęcie elektronicznym - Część 1: Specyfikacja ogólna

Testy i wymagania, jakie muszą spełniać kondensatory foliowe stosowane w sprzęcie elektronicznym do homologacji jako typy znormalizowane, są określone w następujących specyfikacjach przekrojowych:

Przegląd standardów dla kondensatorów foliowych

Numer standardowy	Krótka nazwa filmu	Budowa kondensatora	Terminale	Napięcie	Standardowy opis
IEC/EN 60384-2	ZWIERZAK DOMOWY	metalizowany	prowadzony	DC	Stałe, metalizowane kondensatory dielektryczne z politereftalanu etylenu, DC,
IEC/EN 60384-11	ZWIERZAK DOMOWY	film/folia	prowadzony	DC	Stałe kondensatory DC z folią z politereftalanu etylenu i folią metalową
IEC/EN 60384-13	PP	film/folia	prowadzony	DC	Stałe kondensatory DC z dielektrykiem z folii polipropylenowej z metalową folią
IEC/EN 60384-16	PP	metalizowany	prowadzony	DC	Stałe kondensatory DC z dielektrykiem z metalizowanej folii polipropylenowej
IEC/EN 60384-17	PP	metalizowany	prowadzony	AC	Naprawiono metalizowany dielektryk z folii polipropylenowej i impulsowy
IEC/EN 60384-19	ZWIERZAK DOMOWY	metalizowany	SMD	DC	Naprawiono metalizowane kondensatory dielektryczne z politereftalanu etylenu do montażu powierzchniowego prądu stałego
IEC/EN 60384-20	PPS	metalizowany	SMD	DC	Naprawiono metalizowane kondensatory dielektryczne z dielektrykiem z polisiarczku fenylenu do montażu powierzchniowego;
IEC/EN 60384-23	DŁUGOPIS	metalizowany	SMD	DC	Naprawiono kondensatory prądu stałego z dielektrycznym dielektrykiem z metalizowanego polietylenu naftalanowego

Standaryzacja kondensatorów mocy jest silnie skoncentrowana na zasadach bezpieczeństwa personelu i sprzętu, podanych przez lokalne organy regulacyjne. Pojęcia i definicje gwarantujące bezpieczne stosowanie kondensatorów mocy są opublikowane w następujących normach:

• IEC/EN 61071 ; Kondensatory do energoelektroniki
• IEC/EN 60252-1 ; Kondensatory silnika prądu przemiennego. Ogólny. Wydajność, testowanie i ocena. Wymagania bezpieczeństwa. Wytyczne dotyczące instalacji i obsługi
• IEC/EN 60110-1 ; Kondensatory mocy do instalacji nagrzewania indukcyjnego - Ogólne
• IEC/EN 60567 ; Sprzęt elektryczny wypełniony olejem - Pobieranie próbek gazów i oleju do analizy gazów wolnych i rozpuszczonych - Wytyczne
• IEC/EN 60143-1 ; Kondensatory szeregowe do systemów zasilania. Ogólny
• IEC/EN 60143-2 ; Kondensatory szeregowe do systemów zasilania. Wyposażenie ochronne do szeregowych baterii kondensatorów
• IEC/EN 60143-3; Kondensatory szeregowe do systemów zasilania - Bezpieczniki wewnętrzne
• IEC/EN 60252-2 ; Kondensatory silnika prądu przemiennego. Kondensatory rozruchowe silnika
• IEC/EN 60831-1 ; Bocznikowe kondensatory mocy typu samoregenerującego się do systemów prądu przemiennego o napięciu znamionowym do 1kV włącznie. Ogólny. Wydajność, testowanie i ocena. Wymagania bezpieczeństwa. Przewodnik po instalacji i obsłudze
• IEC/EN 60831-2 ; Bocznikowe kondensatory mocy typu samonaprawiającego się do systemów prądu przemiennego o napięciu znamionowym do 1000 V włącznie. Test starzenia, test samonaprawy i test zniszczenia
• IEC/EN 60871-1 ; Kondensatory bocznikowe do systemów zasilania prądem przemiennym o napięciu znamionowym powyżej 1000 V. Informacje ogólne
• IEC/EN 60931-1 ; Bocznikowe kondensatory mocy typu niesamoregenerującego się do systemów prądu przemiennego o napięciu znamionowym do 1 kV włącznie - Informacje ogólne - Wydajność, testowanie i ocena - Wymagania bezpieczeństwa - Instrukcja instalacji i obsługi
• IEC/EN 60931-2 ; Bocznikowe kondensatory mocy nieregenerujące się do systemów prądu przemiennego o napięciu znamionowym do 1000 V włącznie. Test starzenia i test zniszczenia
• IEC 60143-4 ; Kondensatory szeregowe do systemów zasilania. Kondensatory serii sterowane tyrystorowo
• IEC/EN 61921 ; Kondensatory mocy. Niskonapięciowe banki korekcji współczynnika mocy
• IEC/EN 60931-3 ; Bocznikowe kondensatory mocy nieregenerujące się do systemów prądu przemiennego o napięciu znamionowym do 1000 V włącznie. Bezpieczniki wewnętrzne
• IEC/EN 61881-1 ; Zastosowania kolejowe. Wyposażenie taboru. Kondensatory do energoelektroniki. Kondensatory papierowe / z folii z tworzywa sztucznego
• IEC 62146-1 ; Kondensatory klasyfikujące do wyłączników wysokonapięciowych prądu przemiennego

Powyższy tekst pochodzi bezpośrednio z odpowiednich norm IEC, które używają skrótów „dc” dla prądu stałego (DC) i „ac” dla prądu przemiennego (AC).

Skróty typów kondensatorów foliowych

Podczas wczesnego opracowywania kondensatorów foliowych niektórzy duzi producenci próbowali ujednolicić nazwy różnych materiałów foliowych. W efekcie powstała dawna niemiecka norma (DIN 41 379), która została wycofana, w której określono skrócony kod dla każdego typu materiału i konfiguracji. Wielu producentów nadal używa tych de facto standardowych skrótów.

Jednak wraz z przeniesieniem działalności na rynek masowy w branży komponentów pasywnych, która obejmuje kondensatory foliowe, wielu nowych producentów na Dalekim Wschodzie stosuje własne skróty, które różnią się od skrótów wcześniej ustalonych.

Popularne skróty dla typów kondensatorów foliowych

Materiał dielektryczny	Skrót chemiczny	Skrót typu kondensatora foliowego
		Konstrukcja folii/folii	Metalizowana konstrukcja
Papier	(P)	–	(POSEŁ)
Politereftalan etylenu, Poliester	ZWIERZAK DOMOWY	(F)KT	MKT; MKS
Polinaftalan etylenu	DŁUGOPIS	(F)KN	MKN
Siarczek polifenylenu	PPS	(F)KI	MKI
Polipropylen	PP	(F)KP	MKP
Politetrafluoroetylen	PTFE	–	–
Polistyren	PS	KS
Poliwęglan	PC	(F)KC	MKC

Parametry elektryczne

Producenci Wima, Vishay i TDK Epcos podają parametry elektryczne swoich kondensatorów foliowych w ogólnej karcie technicznej.

Szeregowy obwód równoważny

Charakterystyki elektryczne kondensatorów są zharmonizowane z międzynarodową specyfikacją ogólną IEC/EN 60384-1. W tej normie charakterystykę elektryczną kondensatorów opisuje wyidealizowany obwód szeregowo-równoważny z elementami elektrycznymi, które modelują wszystkie straty omowe, parametry pojemnościowe i indukcyjne kondensatora foliowego:

• C , pojemność kondensatora,
• R _isol , rezystancja izolacji dielektryka,
• R _ESR The równoważne oporności szeregowe który opisuje wszystkie omowych strat kondensatora zazwyczaj skrócone jako „ESR”.
• L _ESL , równoważna indukcyjność szeregowa, która jest efektywną indukcyjnością własną kondensatora, zwykle w skrócie „ESL”.

Dwie reaktywne rezystancje mają następujące relacje z częstotliwością kątową „ω”:

• Pojemność (reaktancja pojemnościowa):${\ Displaystyle X_ {C} = - {\ Frac {1} {\ omega C}}}$
• Indukcyjność (reaktancja indukcyjna):${\ Displaystyle X_ {L} = \ omega L_ {\ operatorname {ESL}}}$

Standardowe wartości i tolerancje pojemności

Pojemność znamionowa to wartość, dla której zaprojektowano kondensator. Rzeczywista pojemność kondensatorów foliowych zależy od częstotliwości pomiaru i temperatury otoczenia. Znormalizowane warunki dla kondensatorów foliowych to częstotliwość pomiarowa 1 kHz i temperatura 20 °C. Procent dopuszczalnego odchylenia pojemności od wartości znamionowej nazywa się tolerancją pojemności. Rzeczywista wartość pojemności kondensatora powinna mieścić się w granicach tolerancji lub kondensator jest poza specyfikacją.

Kondensatory foliowe są dostępne w różnych seriach tolerancji, których wartości są określone w normach serii E określonych w normie IEC/EN 60063. W przypadku skróconego znakowania w ciasnych przestrzeniach kod literowy dla każdej tolerancji jest określony w normie IEC/EN 60062.

• pojemność znamionowa, seria E96 , tolerancja ±1%, kod literowy „F”
• pojemność znamionowa, seria E48 , tolerancja ±2%, kod literowy „G”
• pojemność znamionowa, seria E24 , tolerancja ±5%, kod literowy „J”
• pojemność znamionowa, seria E12 , tolerancja ±10%, kod literowy "K"
• pojemność znamionowa, seria E6 , tolerancja ±20%, kod literowy "M"

Wymagana tolerancja pojemności zależy od konkretnego zastosowania. Wąskie tolerancje od E24 do E96 będą stosowane w obwodach wysokiej jakości, takich jak precyzyjne oscylatory i zegary. Z drugiej strony, dla ogólnych zastosowań, takich jak niekrytyczne filtrowanie lub obwody sprzęgające, seria tolerancji E12 lub E6 jest wystarczająca.

Zmiany częstotliwości i temperatury w pojemności

Różne materiały folii mają różnice w charakterystyce zależne od temperatury i częstotliwości. Poniższe wykresy pokazują typowe zachowanie pojemności w zakresie temperatury i częstotliwości dla różnych materiałów foliowych.

Oceny napięcia

Napięcie prądu stałego

Znamionowe napięcie DC V _R jest maksymalnym napięciem DC lub wartością szczytową napięcia impulsowego lub sumą przyłożonego napięcia DC i wartości szczytowej nałożonego napięcia AC, które może być przyłożone w sposób ciągły do ​​kondensatora w dowolnej temperaturze pomiędzy temperatura kategorii i temperatura znamionowa.

Napięcie przebicia kondensatorów foliowych spada wraz ze wzrostem temperatury. Kiedy za pomocą kondensatorów folii w zakresie temperatur od temperatury nominalnej górnej i górną temperaturą kategorii, a napięcie kategorii temperatury zredukowany V _C są dozwolone. Współczynniki obniżania wartości znamionowych dotyczą zarówno napięć DC, jak i AC. Niektórzy producenci mogą mieć zupełnie inne krzywe obniżania wartości znamionowych dla swoich kondensatorów w porównaniu z ogólnymi krzywymi przedstawionymi na rysunku po prawej stronie.

Dopuszczalna wartość szczytowa nałożonego napięcia przemiennego, zwana „znamionowym napięciem tętnienia”, zależy od częstotliwości. Obowiązujące normy określają następujące warunki, niezależnie od rodzaju folii dielektrycznej.

Częstotliwość nałożonego napięcia AC	Wartości procentowe nałożonego szczytowego napięcia AC w porównaniu z napięciem znamionowym przy podanych częstotliwościach
50 Hz	20%
100 Hz	15%
1kHz	3%
10 kHz	1%

Napięcie i prąd przemienny

Kondensatory foliowe nie są spolaryzowane i nadają się do obsługi napięcia przemiennego. Ponieważ napięcie znamionowe AC jest określone jako wartość skuteczna , napięcie znamionowe AC musi być mniejsze niż napięcie znamionowe DC. Typowe wartości napięć DC i nominalnie powiązanych napięć AC podano w poniższej tabeli:

Znamionowe napięcia DC i nominalne napięcia AC 50/60 Hz

Znamionowe napięcie prądu stałego	50 V	63 V	100 V	250 V	400 V	630 V	1000 V	1600 V	2000 V
Znamionowe napięcie znamionowe AC	30 V	40 V	63 V	160 V	220 V	250 V	350 V	550 V	700 V

Napięcie przemienne spowoduje prąd przemienny (z przyłożonym napięciem stałym, które jest również nazywane „prądem tętniącym”), z cyklicznym ładowaniem i rozładowywaniem kondensatora, powodując ruch oscylacyjny dipoli elektrycznych w dielektryku. Powoduje to straty dielektryczne , które są głównym składnikiem ESR kondensatorów foliowych i które wytwarzają ciepło z prądu przemiennego. Maksymalne napięcie przemienne RMS przy danej częstotliwości, które może być przyłożone w sposób ciągły do ​​kondensatora (aż do temperatury znamionowej), jest określane jako napięcie znamionowe AC _{UR AC} . Znamionowe napięcia AC są zwykle określane przy częstotliwości sieciowej regionu (50 lub 60 Hz).

Znamionowe napięcie prądu przemiennego jest zwykle obliczane w taki sposób, że wzrost temperatury wewnętrznej o 8 do 10 °K wyznacza dozwoloną granicę dla kondensatorów foliowych. Straty te rosną wraz ze wzrostem częstotliwości, a producenci określają krzywe obniżania wartości znamionowych maksymalnych napięć AC dopuszczalnych przy wyższych częstotliwościach.

Kondensatory, w tym typy foliowe, przeznaczone do ciągłej pracy przy napięciu sieciowym o niskiej częstotliwości (50 lub 60 Hz), zwykle pomiędzy linią a punktem zerowym lub linią a uziemieniem w celu tłumienia zakłóceń, muszą spełniać standardowe oceny bezpieczeństwa; np. X2 jest przeznaczony do pracy między linią a przewodem neutralnym przy 200-240 VAC, a Y2 między linią a ziemią. Te typy są zaprojektowane z myślą o niezawodności i, w przypadku awarii, bezpiecznej awarii (zamiast zwarcia). Niekatastrofalny tryb uszkodzenia w tym zastosowaniu wynika z efektu wyładowania koronowego : powietrze zawarte w elemencie uzwojenia staje się zjonizowane i w konsekwencji bardziej przewodzi, co umożliwia wyładowania częściowe na metalizowanej powierzchni folii, co powoduje miejscowe parowanie metalizacji. Zdarza się to wielokrotnie i może spowodować znaczną utratę pojemności (rozpad C) w ciągu jednego lub dwóch lat. Międzynarodowa norma IEC60384-14 określa limit 10% zaniku C na 1000 godzin testowych (41 dni stałego połączenia). Niektóre kondensatory są zaprojektowane tak, aby zminimalizować ten efekt. Jedna metoda, kosztem zwiększonych rozmiarów i kosztów, polega na tym, że kondensator pracujący przy 200-240 VAC składa się wewnętrznie z dwóch części połączonych szeregowo, każda o napięciu 100-120 VAC, niewystarczającym do spowodowania jonizacji. Producenci stosują również tańszą i mniejszą konstrukcję mającą na celu uniknięcie efektu wyładowania koronowego bez sekcji połączonych szeregowo, na przykład minimalizując zamknięte powietrze.

Oceny przepięć

W przypadku kondensatorów z powłoką metaliczną maksymalne możliwe napięcie impulsowe jest ograniczone ze względu na ograniczoną zdolność przenoszenia prądu między stykiem elektrod a samymi elektrodami. Znamionowego napięcia impulsowego V _p ma wartość szczytowa napięcia impulsów, który może być stosowany w sposób ciągły do kondensatora przy nominalnej temperaturze i przy określonej częstotliwości. Pojemność napięciowa impulsu jest podawana jako czas narastania napięcia impulsu dV/dT w V/μs i implikuje również maksymalną pojemność prądu impulsu. Wartości czasu narastania impulsu odnoszą się do napięcia znamionowego. Przy niższych napięciach roboczych dopuszczalne czasy narastania impulsów mogą ulec skróceniu. Dopuszczalna obciążalność impulsowa kondensatora foliowego jest generalnie obliczana tak, że dopuszczalny jest wzrost temperatury wewnętrznej od 8 do 10 °K.

Maksymalny dopuszczalny czas narastania impulsu kondensatorów foliowych, które mogą być stosowane w znamionowym zakresie temperatur, jest określony w odpowiednich kartach katalogowych. Przekroczenie maksymalnego określonego obciążenia impulsowego może prowadzić do zniszczenia kondensatora.

Dla każdej indywidualnej aplikacji należy obliczyć obciążenie impulsowe. Ogólna zasada obliczania mocy kondensatorów foliowych nie jest dostępna ze względu na różnice związane z dostawcami, wynikające z wewnętrznych szczegółów konstrukcyjnych różnych kondensatorów. Dlatego też procedurę obliczeniową producenta WIMA podaje się jako przykład ogólnie obowiązujących zasad.

Impedancja, współczynnik rozpraszania i ESR

Impedancja

Impedancja jest złożony stosunek napięcia do prądu prądu przemiennego (AC) na obwodzie danej częstotliwości. ${\ Displaystyle \ Z = | Z | e ^ {j \ theta} \ quad}$

W kartach katalogowych kondensatorów foliowych tylko wielkość impedancji |Z| zostanie określony i po prostu napisany jako „Z”. Faza impedancji określa się jako czynnika rozpraszającego . ${\ Displaystyle \ tan \ delta}$

Jeżeli znane są szeregowo równoważne wartości kondensatora i i i oraz częstotliwość, wówczas można obliczyć impedancję z tych wartości. Impedancja jest więc sumą geometrycznego (złożonego) dodawania rezystancji rzeczywistej i biernej. ${\displaystyle R_{\mathrm {ESR}}}$${\ Displaystyle X_ {C} = - {\ Frac {1} {\ omega C}}}$${\ Displaystyle X_ {L} = \ omega L_ {\ operatorname {ESL}}}$${\ Displaystyle Z}$

${\ Displaystyle Z = {\ sqrt {R_ {\ operatorname {ESR}} ^ {2} + (X_ {\ operatorname {C}} + X_ {\ operatorname {L}}) ^ {2}}}}$

${\ Displaystyle Z = {\ sqrt {R_ {\ operatorname {ESR}} ^ {2} + (X_ {\ operatorname {C}} + (-X_ {\ operatorname {L}})) ^ {2}}} }$

W szczególnym przypadku rezonansu , w którym obie rezystancje bierne i mają taką samą wartość ( ), wówczas impedancja będzie określona tylko przez . ${\ Displaystyle X_ {C} = - {\ Frac {1} {\ omega C}}}$${\ Displaystyle X_ {L} = \ omega L_ {\ operatorname {ESL}}}$${\ Displaystyle X_ {C} = X_ {L}}$${\displaystyle R_{\mathrm {ESR}}}$

Impedancja jest miarą zdolności kondensatora do przepuszczania prądów przemiennych. Im niższa impedancja, tym łatwiej prądy przemienne mogą być przepuszczane przez kondensator. Kondensatory foliowe charakteryzują się bardzo małymi wartościami impedancji i bardzo wysokimi częstotliwościami rezonansowymi, zwłaszcza w porównaniu do kondensatorów elektrolitycznych .

Współczynnik rozproszenia (tan δ) i ESR

Rezystancja szeregowa odpowiednik (ESR) podsumowuje wszystkie rezystancyjne strat kondensatora. Są to rezystancje linii zasilającej, rezystancja styku styku elektrody, rezystancja linii elektrod i straty dielektryczne w warstwie dielektrycznej. Największy udział w tych stratach stanowią zwykle straty dyssypacyjne w dielektryku.

W przypadku kondensatorów foliowych współczynnik rozproszenia tan  δ zostanie określony w odpowiednich arkuszach danych zamiast ESR. Współczynnik rozproszenia jest określony przez tangens kąta fazowego między reaktancją pojemnościową X _C minus reaktancja indukcyjna X _L i ESR .

Jeśli indukcyjność ESL jest mała, współczynnik rozproszenia można przybliżyć jako:

${\ Displaystyle \ tan \ delta = {\ mbox {ESR}} \ cdot \ omega C}$

Powodem używania współczynnika rozproszenia zamiast ESR jest to, że kondensatory foliowe były pierwotnie używane głównie w obwodach rezonansowych determinujących częstotliwość . Odwrotność współczynnika rozproszenia określa się jako współczynnik jakości „Q” . Wysoka wartość Q jest dla obwodów rezonansowych wyznacznikiem jakości rezonansu.

Współczynnik rozpraszania dla kondensatorów foliowych / foliowych jest niższy niż dla kondensatorów z powłoką metaliczną, ze względu na niższą rezystancję styku z elektrodą foliową w porównaniu z elektrodą z folią metalizowaną.

Współczynnik rozpraszania kondensatorów foliowych jest zależny od częstotliwości, temperatury i czasu. O ile zależności częstotliwościowe i temperaturowe wynikają bezpośrednio z praw fizycznych, to zależność czasowa jest związana z procesami starzenia i adsorpcji wilgoci.

• Typowe krzywe współczynnika rozproszenia dla różnych materiałów folii w funkcji częstotliwości i temperatury
• 

  Współczynnik rozpraszania różnych materiałów foliowych w funkcji temperatury

• 

  Współczynnik rozpraszania różnych materiałów foliowych w funkcji częstotliwości

Rezystancja izolacji

Naładowany kondensator rozładowuje się z czasem poprzez własną wewnętrzną rezystancję izolacji R _izol . Mnożenie rezystancji izolacji wraz z pojemnością kondensatora daje stałą czasową zwaną „stałą czasową samorozładowania”: (τ _isol = R _isol •C). Jest to miara jakości dielektryka w odniesieniu do jego właściwości izolacyjnych i jest mierzona w sekundach. Typowe wartości dla kondensatorów foliowych wahają się od 1000 s do 1 000 000 s. Te stałe czasowe są zawsze istotne, jeśli kondensatory są używane jako elementy determinujące czas (takie jak opóźnienie czasowe) lub do przechowywania wartości napięcia, jak w obwodach próbkowania i trzymania lub integratorach.

Absorpcja dielektryczna (nasiąkanie)

Absorpcja dielektryczna to efekt, w którym długo ładowany kondensator rozładowuje się niecałkowicie tylko w przypadku krótkiego rozładowania. Jest to forma histerezy w napięciach kondensatorów. Chociaż idealny kondensator pozostawałby w stanie zero woltów po rozładowaniu, prawdziwe kondensatory wytwarzają niewielkie napięcie szczątkowe, zjawisko to jest również nazywane „przemakaniem”.

Poniższa tabela zawiera typowe wartości absorpcji dielektrycznej dla popularnych materiałów foliowych

Materiał folii dielektrycznej,	Absorpcja dielektryczna
Poliester (PET)	0,2 do 0,5%
Polipropylen (PP)	0,01 do 0,1%
Polinaftalan etylenu (PEN)	1,0 do 1,2%
Siarczek polifenylenu (PPS)	0,05 do 0,1%

Kondensatory foliowe z polipropylenu mają najniższe wartości napięcia generowane przez absorpcję dielektryczną. Dlatego idealnie nadają się do precyzyjnych obwodów analogowych lub do integratorów i obwodów typu sample-and-hold .

Starzenie się

Kondensatory foliowe podlegają pewnym bardzo małym, ale mierzalnym procesom starzenia. Podstawowym procesem degradacji jest niewielki skurcz folii z tworzywa sztucznego, który występuje głównie podczas procesu lutowania, ale także podczas pracy w wysokich temperaturach otoczenia lub przy dużym obciążeniu prądem. Dodatkowo, pewna absorpcja wilgoci w uzwojeniach kondensatora może mieć miejsce w warunkach pracy w wilgotnym klimacie.

Naprężenie termiczne podczas procesu lutowania może zmienić wartość pojemności kondensatorów z folią ołowiową na przykład o 1% do 5% od wartości początkowej. W przypadku urządzeń do montażu powierzchniowego proces lutowania może zmienić wartość pojemności nawet o 10%. Współczynnik rozpraszania i rezystancja izolacji kondensatorów foliowych mogą również ulec zmianie pod wpływem wyżej opisanych czynników zewnętrznych, w szczególności absorpcji wilgoci w klimacie o wysokiej wilgotności.

Producenci kondensatorów foliowych mogą spowolnić proces starzenia spowodowany absorpcją wilgoci, stosując lepszą hermetyzację. Ta droższa obróbka produkcyjna może tłumaczyć fakt, że kondensatory foliowe o tej samej podstawowej konstrukcji korpusu mogą być dostarczane w różnych klasyfikacjach trwałości, zwanych klasami wydajności . Kondensatory klasy wydajności 1 mają „długą żywotność”, kondensatory klasy 2 to kondensatory „ogólnego zastosowania”. Specyfikacje tych klas są określone w odpowiedniej normie IEC/EN 60384-x (patrz normy).

Dopuszczalne zmiany pojemności, współczynnika rozpraszania i rezystancji izolacji różnią się w zależności od materiału folii i są określone w odpowiedniej karcie danych. Zmiany w czasie, które przekraczają określone wartości, są uważane za niepowodzenie degradacji.

Wskaźnik awaryjności i oczekiwana długość życia

Kondensatory foliowe są generalnie bardzo niezawodnymi komponentami o bardzo niskim wskaźniku awaryjności, z przewidywaną dziesięcioletnią żywotnością w normalnych warunkach. Oczekiwana żywotność kondensatorów foliowych jest zwykle określana w kategoriach przyłożonego napięcia, obciążenia prądowego i temperatury.

Znakowania

Wyprodukowano kondensatory foliowe oznaczone kolorami, ale zwykle na korpusie drukowane są bardziej szczegółowe informacje. Zgodnie z normą IEC 60384.1 kondensatory należy oznaczyć nadrukami zawierającymi następujące informacje:

• znamionowa pojemność
• napięcie znamionowe
• tolerancja
• napięcie kategorii
• rok i miesiąc (lub tydzień) produkcji
• nazwa producenta lub znak towarowy
• kategoria klimatyczna
• oznaczenie typu producenta

Kondensatory przeciwzakłóceniowe na napięcie sieciowe muszą być również oznakowane odpowiednimi atestami agencji bezpieczeństwa.

Pojemność, tolerancję i datę produkcji można oznaczyć krótkimi kodami. Pojemność jest często wskazywana przez wskaźnik podwielokrotności zastępujący łatwo usuwalny przecinek dziesiętny, jako: n47 = 0,47 nF, 4n7 = 4,7 nF, 47n = 47 nF

Aplikacje

W porównaniu z pozostałymi dwiema głównymi technologiami kondensatorów, kondensatorami ceramicznymi i elektrolitycznymi , kondensatory foliowe mają właściwości, które sprawiają, że szczególnie dobrze nadają się do wielu zastosowań ogólnych i przemysłowych w sprzęcie elektronicznym.

Dwie główne zalety kondensatorów foliowych to bardzo niskie wartości ESR i ESL. Kondensatory foliowe są fizycznie większe i droższe niż aluminiowe kondensatory elektrolityczne (e-kondensatory), ale mają znacznie większe możliwości obciążenia udarowego i impulsowego. Ponieważ kondensatory foliowe nie są spolaryzowane, mogą być stosowane w aplikacjach napięciowych AC bez polaryzacji DC i mają znacznie bardziej stabilne parametry elektryczne. Kondensatory foliowe z polipropylenu mają stosunkowo małą zależność od temperatury pojemności i współczynnika rozpraszania, dzięki czemu mogą być stosowane w aplikacjach klasy 1 o stabilnej częstotliwości, zastępując kondensatory ceramiczne klasy 1.

Elektroniczne obwody

• Niektóre typowe zastosowania kondensatorów foliowych do stosowania w sprzęcie elektronicznym
• 
• 
• 

Kondensatory z folią polipropylenową spełniają kryteria stabilności kondensatorów klasy 1 i mają niskie straty elektryczne oraz prawie liniowe zachowanie w bardzo szerokim zakresie temperatur i częstotliwości. Są używane do oscylatorów i obwodów rezonansowych ; do elektronicznego filtru zastosowaniach wysokiego współczynnika jakości (Q), takich jak filtr górnoprzepustowy , filtry dolnoprzepustowe i filtry środkowo-przepustowe , jak również dla układów regulacją; do zwrotnic audio w głośnikach ; w przetwornikach A/D próbkujących i zatrzymujących oraz w detektorach napięcia szczytowego. Wymagane są wąskie tolerancje pojemności w zastosowaniach taktowania w lampach sygnalizacyjnych lub generatorach szerokości impulsów w celu sterowania prędkością silników. Kondensatory foliowe PP są również dobrze dopasowane ze względu na ich bardzo niski prąd upływu.

Kondensatory foliowe klasy 1 PP są w stanie wytrzymać wyższy prąd niż kondensatory ceramiczne klasy 1. Precyzyjna ujemna charakterystyka temperaturowa polipropylenu sprawia, że ​​kondensatory PP są przydatne do kompensacji wywołanych temperaturą zmian w innych komponentach.

Szybki czas narastania impulsu, wysoka wytrzymałość dielektryczna ( napięcie przebicia ) i niski współczynnik rozproszenia (wysokie Q) to powody stosowania kondensatorów foliowych polipropylenowych w zastosowaniach do strojenia typu fly-back i korekcji S w starszych telewizorach kineskopowych i urządzeniach wyświetlających . Z podobnych powodów kondensatory foliowe PP, często w wersjach ze specjalnymi końcówkami dla wysokich prądów szczytowych, dobrze sprawdzają się jako tłumiki w układach energoelektronicznych. Ze względu na wysokie możliwości udarów impulsowych, kondensatory PP nadają się do stosowania w aplikacjach, w których potrzebne są impulsy o wysokim natężeniu prądu, takich jak lokalizatory uszkodzeń kabli z reflektometrem w dziedzinie czasu (TDR), spawarki , defibrylatory , lasery impulsowe o dużej mocy , lub do generowania wysokoenergetycznego światła lub błysków rentgenowskich.

Ponadto kondensatory z folią polipropylenową są używane w wielu zastosowaniach prądu przemiennego, takich jak przesuwniki fazowe dla PFC w lampach fluorescencyjnych lub jako kondensatory silnikowe.

W przypadku prostych obwodów filtrujących o wyższej częstotliwości lub w obwodach regulatora napięcia lub podwajaczy napięcia, tanie kondensatory z metalizowanej folii poliestrowej zapewniają długoterminową stabilność i mogą zastąpić droższe kondensatory tantalowe . Ponieważ kondensatory przepuszczają sygnały AC, ale blokują DC, kondensatory foliowe o wysokiej rezystancji izolacji i niskiej indukcyjności własnej dobrze nadają się jako kondensatory sprzęgające sygnał dla wyższych częstotliwości. Z podobnych powodów kondensatory foliowe są szeroko stosowane jako kondensatory odsprzęgające do tłumienia szumów lub stanów nieustalonych.

Kondensatory foliowe wykonane z tańszych tworzyw sztucznych są używane do zastosowań niekrytycznych, które nie wymagają ultrastabilnych charakterystyk w szerokim zakresie temperatur, takich jak wygładzanie lub sprzężenie sygnału AC. Kondensatory z folii poliestrowej (KT) typu „stacked” są obecnie często stosowane zamiast kondensatorów polistyrenowych (KS), które stały się mniej dostępne.

Kondensatory z powłoką metaliczną mają właściwości samoregenerujące, a małe niedoskonałości nie prowadzą do zniszczenia elementu, co sprawia, że ​​kondensatory te nadają się do kondensatorów tłumiących zakłócenia RFI/EMI z ochroną przed uszkodzeniem przed porażeniem elektrycznym i rozprzestrzenianiem się płomieni, chociaż powtarzające się wyładowania koronowe, które gojenie może prowadzić do znacznej utraty pojemności.

Kondensatory foliowe PTFE są używane w aplikacjach, które muszą wytrzymać ekstremalnie wysokie temperatury. np. w sprzęcie wojskowym, w lotnictwie, w sondach geologicznych lub w obwodach wypalania.

Kondensatory foliowe zabezpieczające i przeciwzakłóceniowe EMI/RFI

• Kondensatory przeciwzakłóceniowe RFI/EMI
• 

  Metalizowane papierowe kondensatory tłumiące zakłócenia RFI (MP3) ze znakami bezpieczeństwa dla standardu bezpieczeństwa „X2”

• 

  Metalizowany polipropylenowy kondensator tłumiący RFI (MKP) dla standardu bezpieczeństwa "X2"

• 

  Połączony kondensator tłumiący XY-RFI

Kondensatory foliowe do tłumienia zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) lub częstotliwości radiowych (RFI), znane również jako „kondensatory zabezpieczające z filtrem sieciowym” lub „kondensatory bezpieczeństwa”, są używane jako kluczowe elementy do zmniejszania lub tłumienia szumów elektrycznych spowodowanych działaniem elektrycznego lub sprzęt elektroniczny, a jednocześnie ograniczona zapewniająca ochronę przed porażeniem elektrycznym .

Kondensator tłumiący jest skutecznym elementem redukcji zakłóceń, ponieważ jego impedancja elektryczna zmniejsza się wraz ze wzrostem częstotliwości, tak że przy wyższych częstotliwościach zwierają szum elektryczny i stany nieustalone między liniami lub do masy. W związku z tym zapobiegają wysyłaniu i odbieraniu zakłóceń elektromagnetycznych i częstotliwości radiowych, a także stanów nieustalonych w całej linii (kondensatory X). ) i połączenia linia-ziemia (kondensatory Y). Kondensatory X skutecznie pochłaniają zakłócenia symetryczne, symetryczne lub różnicowe. Z drugiej strony kondensatory Y są połączone w obejściu linii między fazą linii a punktem o potencjale zerowym, aby pochłaniać zakłócenia asymetryczne, niezrównoważone lub w trybie wspólnym.

• Tłumienie RFI/EMI za pomocą kondensatorów X i Y dla urządzeń bez i z dodatkową izolacją bezpieczeństwa
• 

  Podłączenie kondensatora klasy I urządzenia

• 

  Podłączenie kondensatora klasy II urządzenia

Kondensatory przeciwzakłóceniowe EMI/RFI są zaprojektowane i zainstalowane w taki sposób, aby pozostałe zakłócenia lub zakłócenia elektryczne nie przekraczały limitów dyrektywy EMC EN 50081 Elementy przeciwzakłóceniowe są podłączone bezpośrednio do napięcia sieciowego półtrwale przez 10 do 20 lat lub dłużej, a zatem są narażone na działanie przepięcia i stany nieustalone, które mogą uszkodzić kondensatory. Z tego powodu kondensatory tłumiące muszą spełniać wymogi bezpieczeństwa i niepalności międzynarodowych norm bezpieczeństwa, takich jak:

• Europa: EN 60384-14,
• USA: UL 60384-14, UL 1283
• Kanada: CAN/CSA-E60384-14, CSA C22.2, nr 8
• Chiny: CQC (GB/T 6346.14-2015 lub IEC 60384-14)

Kondensatory RFI spełniające wszystkie określone wymagania są opatrzone znakiem certyfikacji różnych krajowych agencji norm bezpieczeństwa. W przypadku zastosowań w liniach energetycznych specjalne wymagania stawiane są palności powłoki i żywicy epoksydowej impregnującej lub pokrywającej korpus kondensatora. Aby otrzymać aprobaty bezpieczeństwa, kondensatory X i Y klasy powerline są testowane niszcząco aż do awarii. Nawet w przypadku wystawienia na duże przepięcia, te bezpieczne kondensatory muszą ulec awarii w sposób bezpieczny , który nie narazi personelu ani mienia.

Większość kondensatorów foliowych do tłumienia zakłóceń EMI/RFI to kondensatory foliowe z poliestru (PET) lub metalizowanego polipropylenu (PP). Jednak niektóre typy kondensatorów z metalizowanego papieru (MP) są nadal używane do tego zastosowania, ponieważ nadal mają pewne zalety w zakresie odporności na płomienie .

Stateczniki oświetleniowe

Balast oświetlenie jest przeznaczony do zapewnienia właściwego rozruchu i roboczych do elektrycznego światła jednej lub więcej lamp fluorescencyjnych , a jednocześnie ograniczając ilość prądu. Znanym i szeroko stosowanym przykładem jest tradycyjny statecznik indukcyjny stosowany w lampach fluorescencyjnych w celu ograniczenia prądu płynącego przez lampę, który w przeciwnym razie wzrósłby do poziomu destrukcyjnego ze względu na ujemną charakterystykę rezystancji lampy . Wadą stosowania cewki indukcyjnej jest to, że prąd jest przesunięty w fazie z napięciem, co powoduje niski współczynnik mocy .

Nowoczesne elektroniczne stateczniki zwykle zmianę częstotliwości o mocy od standardowej częstotliwości sieci 50 lub 60 Hz do 40 kHz lub wyższej, często przy użyciu Switched Mode Power Supply (SMPS) topologię obwodu z PFC. Najpierw moc wejściowa prądu przemiennego jest prostowana do prądu stałego, a następnie jest odcinana z wysoką częstotliwością, aby poprawić współczynnik mocy. W droższych statecznikach kondensator foliowy jest często łączony z cewką indukcyjną, aby skorygować współczynnik mocy. Na zdjęciu po prawej, płaski szary prostokątny element w środku obwodu statecznika jest kondensatorem z folii poliestrowej używanym do PFC.

Kondensatory tłumiące / tłumiące

• Kondensatory z folią zabezpieczającą
• 

  Tłumiki RC , prosty obwód RC z małym rezystorem (R) połączony szeregowo z małym kondensatorem foliowym (C) we wspólnej obudowie

• 

  Kondensatory z folią zabezpieczającą z wytrzymałymi końcówkami do zastosowań elektronicznych o większej mocy

Kondensatory tłumiące są zaprojektowane do pracy przy wysokim prądzie szczytowym, wymaganej do ochrony przed napięciami przejściowymi. Takie napięcia są spowodowane dużą szybkością narastania prądu „di/dt” generowaną w przełączanych aplikacjach energoelektronicznych.

Tłumiki to obwody pochłaniające energię, które służą do eliminowania skoków napięcia spowodowanych indukcyjnością obwodu po otwarciu przełącznika. Celem tłumika jest poprawa kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) poprzez wyeliminowanie przejściowego napięcia, które występuje, gdy przełącznik nagle się otwiera, lub przez tłumienie iskrzenia styków przełącznika (takich jak cewka zapłonowa samochodowa z przerywaczem mechanicznym) lub przez ograniczenie napięcia narastała szybkość przełączników półprzewodnikowych, takich jak tyrystory , tyrystory GTO , tranzystory IGBT i tranzystory bipolarne . Kondensatory tłumiące (lub kondensatory tłumiące o większej mocy) wymagają bardzo niskiej indukcyjności własnej i konstrukcji kondensatora o bardzo niskim ESR. Oczekuje się również, że urządzenia te będą wysoce niezawodne, ponieważ w przypadku awarii obwodu tłumiącego RC, w większości przypadków zostanie zniszczony półprzewodnik mocy.

Obwody tłumiące zwykle zawierają kondensatory foliowe, głównie polipropylenowe nakładki foliowe. Najważniejszymi kryteriami dla tej aplikacji są niska indukcyjność własna, niski ESR i bardzo wysoki prąd szczytowy. Tak zwane kondensatory „snubber” mają czasem dodatkowe specjalne cechy konstrukcyjne. Własna indukcyjność jest zmniejszona przez cieńsze konstrukcje z węższą szerokością elektrod. Poprzez dwustronną metalizację lub konstrukcję elektrod z filmu/folii, można również zmniejszyć ESR, zwiększając zdolność prądu szczytowego. Specjalnie poszerzone zaciski, które można zamontować bezpośrednio pod pakietami półprzewodnikowymi, mogą pomóc w zwiększeniu obsługi prądu i zmniejszeniu indukcyjności.

Najpopularniejszy prosty obwód tłumiący składa się z kondensatora foliowego i rezystora połączonych szeregowo z elementem półprzewodnikowym w celu tłumienia lub tłumienia niepożądanych skoków napięcia. Kondensator chwilowo absorbuje prąd szczytowy indukcyjnego wyłączania, co ogranicza wynikowy skok napięcia. Jednak trend w nowoczesnej technologii półprzewodnikowej zmierza w kierunku zastosowań o większej mocy, co zwiększa prądy szczytowe i prędkości przełączania. W tym przypadku granica między standardowym elektronicznym kondensatorem foliowym a kondensatorem mocy jest zatarta, tak że większe kondensatory tłumiące należą bardziej do systemów zasilania, instalacji elektrycznych i zakładów.

Nachodzące na siebie kategorie kondensatorów foliowych i kondensatorów mocy są widoczne, gdy są one stosowane jako kondensatory tłumiące na rosnącym rynku elektroniki dużej mocy z IGBT i tyrystorami. Chociaż kondensatory mocy wykorzystują folię polipropylenową, podobnie jak mniejsze kondensatory z folią tłumiącą, należą one do rodziny kondensatorów mocy i są nazywane kondensatorami „tłumiącymi”.

Kondensatory foliowe mocy

• Kondensatory foliowe mocy z zaciskami śrubowymi do zastosowań w systemach elektroenergetycznych, instalacjach elektrycznych i zakładach przemysłowych
• 

  Kondensator foliowy mocy do PFC, zapakowany w cylindryczną metalową puszkę

• 

  Kondensator foliowy mocy w obudowie prostokątnej

Stosunkowo prosta technika wykonania uzwojenia daje kondensatorom foliowym możliwość uzyskania nawet bardzo dużych rozmiarów do zastosowań w zakresie wysokich mocy, jako tzw. „kondensatory mocy”. Chociaż materiały i konstrukcja kondensatorów mocy są w większości podobne do mniejszych kondensatorów foliowych, są one specyfikowane i sprzedawane inaczej ze względów historycznych.

„Kondensatory filmowe” zostały opracowane wraz z rosnącym rynkiem technologii urządzeń nadawczych i elektronicznych w połowie XX wieku. Kondensatory te są znormalizowane zgodnie z zasadami normy IEC/EN 60384-1 „Kondensatory do użytku w sprzęcie elektronicznym”, a różne „materiały foliowe” mają swoje własne normy podrzędne, serię IEC/EN 60384- n . „Kondensatory mocy” zaczynają się od mocy obsługi około 200 wolt-amperów, tak jak w przypadku kondensatorów balastowych w lampach fluorescencyjnych. Standaryzacja kondensatorów mocy jest zgodna z zasadami IEC/EN 61071 i IEC/EN 60143-1 i ma dla różnych zastosowań własne podnormy, takie jak zastosowania kolejowe.

Kondensatory mocy mogą być używane w wielu różnych zastosowaniach, nawet tam, gdzie występują skrajnie niesinusoidalne napięcia i prądy pulsacyjne. Dostępne są zarówno kondensatory AC, jak i DC. Kondensatory prądu przemiennego służą jako kondensatory tłumiące lub tłumiące, gdy są połączone szeregowo z rezystorem, a także są przeznaczone do tłumienia niepożądanych skoków napięcia spowodowanych tak zwanym efektem magazynowania nośnika ładunku podczas przełączania półprzewodników mocy. Ponadto kondensatory prądu przemiennego są używane w obwodach filtrów o niskim odstrojeniu lub ciasno dostrojonych do filtrowania lub pochłaniania harmonicznych. Jako kondensatory rozładowujące impulsowo są przydatne w zastosowaniach z napięciami wstecznymi, na przykład w urządzeniach magnesujących.

Podobnie zróżnicowany jest zakres zastosowania kondensatorów prądu stałego. Kondensatory wygładzające są używane do redukcji składowej AC wahającego się napięcia stałego (np. w zasilaczach do nadajników radiowych i telewizyjnych) oraz w urządzeniach do testowania wysokiego napięcia, sterownikach prądu stałego, technologii pomiarowej i sterującej oraz w układach kaskadowych do generowania wysokiego napięcia stałego. Kondensatory pomocnicze, kondensatory filtrujące prąd stały lub kondensatory obwodu buforowego są używane do magazynowania energii w pośrednich obwodach prądu stałego, takich jak przemienniki częstotliwości do napędów wielofazowych oraz tranzystorowe i tyrystorowe przekształtniki mocy. Muszą być zdolne do pochłaniania i uwalniania bardzo wysokich prądów w krótkich okresach, przy czym wartości szczytowe prądów są znacznie większe niż wartości skuteczne .

Kondensatory rozładowujące (impulsowe) są również zdolne do dostarczania lub pochłaniania ekstremalnych krótkotrwałych udarów prądowych. Są one zwykle eksploatowane w zastosowaniach wyładowczych z napięciami nieodwracalnymi i przy niskich częstotliwościach powtarzania, takich jak technologia laserowa i generatory oświetlenia.

Kondensatory mocy mogą osiągać dość duże wymiary fizyczne. Prostokątne obudowy z wewnętrznie połączonymi pojedynczymi kondensatorami mogą osiągać rozmiary L×W×H = (350×200×1000) mm i więcej.

Zalety

• Kondensatory z folii polipropylenowej mogą kwalifikować się do zastosowań klasy 1
• Bardzo niskie współczynniki rozpraszania (tan δ), wysokie współczynniki jakości (Q) i niskie wartości indukcyjności (ESL)
• Brak mikrofonów w porównaniu z kondensatorami ceramicznymi
• Metalizowana konstrukcja posiada właściwości samoregenerujące
• Wysokie napięcia znamionowe, możliwe do zakresu kV
• Znacznie wyższy prąd tętnienia w porównaniu z kondensatorami elektrolitycznymi
• Znacznie mniejsze starzenie w porównaniu z kondensatorami elektrolitycznymi o podobnych wartościach
• Możliwe wysokie i bardzo wysokie impulsy prądu udarowego

Niedogodności

• Większy rozmiar fizyczny w porównaniu do kondensatorów elektrolitycznych
• Ograniczona liczba rodzajów w opakowaniach do montażu powierzchniowego (SMT)
• Rodzaje folii/folii nie mają zdolności samoregeneracji (nieodwracalne zwarcie)
• Prawdopodobnie łatwopalny w warunkach przeciążenia

Producenci

Mieszanka produktów głównych producentów kondensatorów foliowych

Producent	wersje
	Kondensatory SMD	PP / PET / PPS / PEN filmowe kondensatory	Kondensatory przeciwzakłóceniowe EMI/RFI	Kondensatory tłumiące i AC lub impulsowe	PTFE PC i specjalne filmowe kondensatory
Aerovox Corp.	–	x	x	x	x
Kondensatory Ansar	–	x	x	x	x
American Capacitor Corp.	–	x	–	x	x
Kondensatory ASC [American Shizuki Corp.]	–	x	x	x	x
AVX/Kyocera Ltd., Thomson CSF	x	x	x	x	-
Biskup Elektronika	–	x	–	–	-
Przemysł kondensatorów	–	-	x	–	–
Cornell-Dubilier	x	x	x	x	–
Custom Electronics, Inc.	–	–	–	x	x
Drodzy	–	x	–	x	x
DEKI Elektronika	–	x	x	x	–
TDK Epcos	–	x	x	x	–
EFC [Elektroniczne kondensatory foliowe]	–	x	x	x	x
Elektrokostka	–	x	x	x	x
Electronic Concepts Inc.	x	x	–	x	x
Eurofarad	–	x	x	x	x
Hitachi AIC Inc.	x	x	–	x	–
Hitano Enterprise Corp	–	x	x	–	–
ICW [ BorgWarner Incl. Czapka Przejrzystości ]	–	x	x	x	x
Kondensator stanu Illinois	–	x	x	x	–
ITW Paktron	x	x	x	x	–
Kondensatory Jensen	-	x	x	x	x
KEMET Corporation , w tym. Arcotronics, Evox-Rifa	x	x	x	x	–
Meritek Electronics Corp.	–	x	x	–	–
Kondensatory MFD	–	x	–	x	x
NIC	x	x	x	-	–
Nichicon	-	x	-	-	–
Nippon Chemi-Con w tym. United Chemi-con ich amerykańska filia	–	x	–	x	–
Panasonic	x	x	x	-	–
Kondensator Richey Inc.	–	x	x	–	–
RFE International, Inc.	–	x	x	x	x
Rubycon	–	x	–	x	–
SAMWHA Kondensator Co., Ltd.	x	x	x	x	x
Solen Electronic Inc.	–	x	–	x	x
Suntan Technology Company Limited	x	x	x	-	–
Komponenty przeciwprzepięciowe	–	x	x	–	–
Grupa Tecate	–	x	x	x	–
TSC	–	x	x	-	x
Vishay Intertechnology Inc. zał. Roederstein, BCc	–	x	x	x	–
WIMA	x	x	x	x	–
Würth Elektronik eiSos GmbH & Co.KG	–	x	x	-	–

Zobacz też

• Kondensatory ceramiczne
• Kondensator odsprzęgający
• Kondensatory elektrolityczne
• Równoważna indukcyjność szeregowa (ESL)
• Równoważna rezystancja szeregowa (ESR)
• Lista producentów kondensatorów
• Rodzaje kondensatorów

Bibliografia

Ten artykuł opiera się w dużej mierze na odpowiadającym mu artykule Kunststoff-Folienkondensator w niemieckojęzycznej Wikipedii , dostępnym w wersji z dnia 12 marca 2012 r.

Zewnętrzne linki