KONTAKT :
Elektronické součástky CZ, a.s.
Syllabova 2980/37A
703 00 Ostrava - Vítkovice
IČ: 25852361, DIČ: CZ25852361
Tel: 595 781 623
E-mail: Napište nám

• << Zpět

Impulsní kondenzátory

Moderní technologie a progresivní polovodičové spínací součástky umožňují konstrukci elektronických spínacích zdrojů, které pracují s vysokými pracovními frekvencemi a dosahují velkých pracovních výkonů. Jednou z klíčových součástek těchto konstrukcí je kondenzátor, na který jsou kladeny zvlášť vysoké nároky. Důležitou vlastností kondenzátoru je schopnost akumulovat a přenášet značnou energii právě při vysokých frekvencích s velmi strmými napěťovými impulsy a velkými proudy. Kondenzátory musí mít velmi malé dielektrické ztráty, nepatrnou vlastní indukčnost a velmi dobrý kontaktní systém. Co se odehrává v kondenzátoru, který pracuje v impulsním režimu, kdy je nabíjen a vybíjen velmi strmými napěťovými impulsy?

--- Obr. 1 ---

Když připojíme zcela vybitý kondenzátor ke zdroji napětí U přes odpor R (obr.1), bude se  nabíjet nábojem q = i (t) . t
i(t) je okamžitá hodnota nabíjecího proudu i(t) = U/R . e^-t/R.C
součin R . C = t je časová konstanta obvodu. 
Napětí na kondenzátoru u(t) exponenciálně narůstá podle obr.2. Hodnoty napětí zdroje U dosáhne zhruba za 3 časové konstanty.

--- Obr. 2 ---

I_o = U/R je počáteční hodnota nabíjecího proudu.

Jestliže odpojíme zdroj napětí a kondenzátor vybijeme přes odpor R, bude se napětí na kondenzátoru snižovat (obr.2).
Počáteční hodnota vybíjecího proudu je I_o = U/R
Časová konstanta t vyjadřuje rychlost změny napětí na kondenzátoru dU/dt.
Vztah mezi rychlostí změny napětí na kondenzátoru a nabíjecím, resp. vybíjecím proudem vyjadřuje vztah:

i(t) = C . dU/dt

Aby kondenzátor pulsní režim úspěšně vydržel, musí tomu jeho vnitřní konstrukce odpovídat. Tyto vlastnosti specifikuje výrobce katalogovým údajem přípustné hodnoty dU/dt. U impulsních kondenzátorů se pohybuje dU/dt ~1000V/µsec, případně více.

Údaj dU/dt, který výrobce udává v katalogu, zaručuje, že kondenzátor vydrží 10 000 cyklů, aniž by došlo k podstatnému zhoršení el. parametrů. Jestliže se však dU/dt výrazně zvýší nad hodnotu, snižuje se životnost. Při zvýšení dU/dt  4x se zaručuje 1 000 cyklů, 6x se zaručuje 100 cyklů nabití a vybití.

Vyšší impulsní zatížitelnost můžeme dosáhnout tím, že použijeme kondenzátor s vyšší napěťovou rezervou, např. kondenzátor s U_R = 2000 V pro amplitudu napěťových impulsů U_P = 1000 V.
Pak se přípustné zatížení zvýší podle vzorce:

dU/dt = dU_R/dt . U_R/U_P

Důležité je, aby impulsní kondenzátor měl co nejnižší dielektrické ztráty, které se definují ztrátovým činitelem tgδ (f) a to i při vysokých pracovních frekvencích.

Při impulsním zatížení je však třeba vzít v úvahu i chování dielektrika při vyšších frekvencích. 
Při zatížení střídavým proudem je ztrátový výkon na kondenzátoru dán vztahem: 

P_Z = U²_ef . 2π . f . C . tgδ (t)

Tímto ztrátovým výkonem se kondenzátor zahřívá a při vyšším oteplení dochází k jeho degeneraci a tím se snižuje spolehlivost elektronického obvodu.Zhoubně na kondenzátor působí i ohřev od okolních součástek, jako jsou výkonové polovodičové prvky. ale i výkonové odporníky.

Pracuje-li kondenzátor v mezních teplotních podmínkách, musí se snížit napěťové i proudové zatížení kondenzátoru, má-li kondenzátor pracovat spolehlivě. V rozsahu teplot +85 až +100°C o 1,25% na každý stupeň nad teplotu +85°C. Napěťová i proudová zatížitelnost kondenzátorů se výrazně snižuje i se vzrůstající pracovní frekvencí. Přípustnou napěťovou zatížitelnost v závislosti na pracovní frekvenci a kapacitě udávají výrobci obvykle formou grafů. 
Např. kondenzátor 0,15 µF/1000V= lze zhruba až do frekvence 12 kHz zatěžovat plným střídavým napětím. Při pracovní frekvenci 50 kHz poklesne však přípustné střídavé napětí kondenzátoru až na 100V_ef a při frekvenci 100 kHz na pouhých 50V_ef.
Pracovní teplota je činitel, který velmi snižuje životnost všech elektronických součástek, tedy i kondenzátorů. Obecně platí, že při zvýšení teploty o každých 10°C klesá životnost na polovinu.

--- Obr. 3 ---

Při pulsním zatížení je však třeba dát i pozor na záludnost vyšších harmonických, z nichž se elektrický nesinusový signál skládá. Následující tabulka uvádí porovnání základní elektrických parametrů kondenzátorů:

Dielektr. materiál	Teplotní kategorie IEC 68	Dielektr. konstanta ω	Ztrátový činitel tg δ/1 kHz	Teplotní koeficient (C/C)	Inf. izol. odpor MΩ
Metaliz. polyester	-55/+100°C	3,2	80 . 10-4	+500 . 10-6	30 000
Metaliz. polykarbonát	-55/+125°C	2,8	4 . 10-4	-125 . 10-6	30 000
Metaliz. polypropylén	-55/+85°C	2,2	4 . 10-4	-250 . 10-6	100 000
Polystyren	-40/+85°C	2,5	2 . 10-4	-120 . 10-6	500 000

Jako dielektrikum se používá zásadně materiál s co nejnižšími ztrátami při vyšších frekvencích. Takovým materiálem je polypropylénová fólie.

--- Obr. 4 ---