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

Fóliové kondenzátory - základní informace

Tyto kondenzátory se rozdělují do dvou základních skupin:

Kondenzátory s elektrodami z tenkých kovových fólií
Umožňují velmi vysoké impulsní a proudové zatížení, mají velmi dobrou stabilitu a spolehlivost, velmi vysoký izolační odpor a velmi nízké dielektrické ztráty. Speciální konstrukce těchto kondenzátorů zajišťuje jejich samoregenerační schopnost.

Kondenzátory z metalizovaných fólií
Mají vynikající samoregenerační schopnosti a velmi malé rozměry. Kontakty jsou provedeny nastříkáním kovové vrstvy na čela svitků kondenzátorů. Vývody jsou přivařeny na tyto kontaktní plochy. Nástřikem kontaktů dojde ke zkratování jednotlivých závitů kondenzátorů a tím se dosáhne velmi nízké vlastní indukčnosti a vysoké rezonanční frekvence kondenzátoru.

Dielektrické materiály
Polyesterová fólie, nebo metalizovaná polyesterová fólie, 
- kondenzátory MKT
Polypropylénová fólie nebo metalizovaná polypropylénová fólie
- MKP, MKPI a KPI impulsní kondenzátory

Tabulka uvádí porovnání parametrů kondenzátorů.

 

Dielektrické vlastnosti kondenzátorů

Type	MKT	MKP
Relative dielectric constant e	3,2	2,2
DF at 1 kHz, tan d	0,005	0,0005
Ris [G W x mF]	25	100
Dielectric absorption [%]	0,2	0,05
Capacitance Drift D C/C [%]	1,5	0,5
Moisture absorption [%]	0,4	0,01
Maximum temperature [°C]	100 - 125	85 - 100
Tc [ppm/°C], [10-6/°C]	+400, ± 200	-200, ± 100

Kondenzátory MKT
Mají vysokou dielektrickou konstantu, vysokou dielektrickou pevnost, výborné samoregenerační vlastnosti, dobrou stabilitu, kladný teplotní koeficient (+400 . 10^-6/°C). MKT kondenzátory jsou především určeny pro všeobecné použití, přednostně v obvodech stejnosměrného proudu, jako vazební, oddělovací blokovací a odrušovací.

Kondenzátory MKP, MKPI a KPI
Mají vynikající elektrické parametry, velmi nízké dielektrické ztráty, velmi vysoký izolační odpor, vysokou dielektrickou pevnost, velmi nízkou dielektrickou absorpci, vynikající odolnost proti vlhkosti.
Teplotní koeficient je záporný (-200 . 10^-6/°C). 

Typické příklady použití: 
- v obvodech střídavého proudu a impulsních obvodech na vysokých frekvencích
- ve spínacích zdrojích a ochranných obvodech polovodičových prvků
- obvodech filtrů
- v aplikacích se vzorkovacími obvody a v podobných aplikacích, kde se využívá jejich vynikajících vlastností

Jmenovitá kapacita
Jjmenovitá kapacita kondenzátorů se měří při frekvenci 1 nebo 10kHz a při +20°C, 1kHz je referenční frekvence. Podrobnosti o měřících metodách a podmínkách měření uvádí kmenová norma ČSN IEC 60384-1 a odpovídající dílčí normy.

Ztrátový činitel
Vyjadřuje ztráty v materiálu dielektrika, v odporu kontaktů a izolačním odporu. Ztrátový činitel je poměr mezi odporovou a kapacitní složkou impedance kondenzátoru, vyjádřený jako tgd.

 

Změna ztrátového činitele v závislosti na teplotě při 1 kHz

Změna ztrátového činitele v závislosti na frekvenci (při pokojové teplotě)

 

Ztrátový činitel je zvláště důležitý když kondenzátor pracuje v obvodu střídavého proudu. Ztráty, které v kondenzátoru vznikají, způsobují jeho ohřev. Ohřev může vést při vysokých frekvencích až k destrukci když jsou ztráty vysoké. 

Ekvivalentní sériový odpor, ESR
je odporová složka ekvivalentního sériového obvodu. Závisí na velikosti odporu elektrod, vnitřních spojení kontaktů a dielektrických ztrát. Závisí na frekvenci a na teplotě. ESR = tgd/2pfC   

 

Ls - Parasitic series inductance
Rs - Series resistance of leads and internal contacts
Rp - Parallel insulation resistance
C - Capacitance of capacitors

Izolační odpor
Měří se při referenčním napětí, obvykle 100V, případně 10VDC nebo až 1000VDC, po 1 minutě nabíjení při +20°C a relativní vlhkosti RH=50%. Obvyklé měřící napětí je 100VDC. Pro kondenzátory o kapacitě C>0,33mF se izolační odpor vyjadřuje jako časová konstanta t = R x C [MW; mF] Izolační odpor klesá se vzrůstající teplotou.

 

Izolační odpor jako funkce teploty

 

Jmenovité napětí
Jmenovité napětí je max. stejnosměrné napětí nebo maximální velikost efektivního střídavého napětí nebo amplituda  napěťových impulsů, při kterém může kondenzátor pracovat trvale v rozsahu pracovních teplot od dolní teploty teplotní kategorie až do jmenovité teploty +85°C. Při teplotě vyšší než jmenovitá teplota +85°C se jmenovité napětí snižuje v závislosti na typu použitého dielektrika, aby se vyloučila možnost poškození kondenzátoru.

 

 

Superponované střídavé napětí
Když je na kondenzátor přiloženo střídavé napětí, případně společně se stejnosměrným napětím, součet obou, U_DC a vrcholové hodnoty U_AC nesmí překročit hodnotu U_R. 

Použití kondenzátorů v obvodech střídavého proudu
Když je kondenzátor použit v obvodu střídavého napětí, může vzniknout vnitřní tepelný efekt vlivem proudu, který prochází přes vnitřní odpory kondenzátoru. Ztrátový výkon v kondenzátoru je P_D = U²_RMS x 2pfC x tgd
Max. přípustný ztrátový výkon P_D nesmí způsobit zvýšení teploty kondenzátoru v pracovních podmínkách o více než
DT_S < 10°C

Pracuje-li kondenzátor ve větším frekvenčním rozsahu přípustné střídavé napětí musí být sníženo. Přípustná střídavá napětí jsou uvedena v grafu Přípustné střídavé napětí v závislosti na frekvenci pro každý typ kondenzátoru uvádí výrobce v katalogových listech.

 

 

Když se použije kondenzátor v obvodu s vysokou frekvencí, použijte max. napětí, které nepřekročí hodnotu uvedenou v odpovídajícím diagramu.

Klimatická kategorie
Určuje klimatické podmínky ve kterých může kondenzátor trvale pracovat. Podle normy IEC 60068-1 je klimatická kategorie vyjádřena třemi skupinami číslic 55/100/56.

První skupina definuje dolní teplotu teplotní kategorie T_MIN (-55°C), která je zkušební teplotou pro zkoušku mrazem Aa, dle IEC 60068-2-1.

Druhá skupina určuje horní teplotu T_MAX (+100°C), která je zkušební teplotou pro zkoušku Ba suché teplo dle normy ČSN IEC 60068-2-2.

Třetí skupina určuje počet dnů zkoušky vlhkým teplem konstantním Ca při 95% vlhkosti a +40°C podle normy IEC 60068-2-3.

Maximální teplota
nebo horní teplota teplotní kategorie je nejvyšší teplota, při které může ještě kondenzátor pracovat. Při práci v impulsním zapojení, nebo při práci v obvodech střídavého proudu součet max. teploty okolí a zvýšení teploty při zatížení (10°C) nesmí překročit horní teplotu teplotní kategorie.

Impulsní zatížení a proudová zatížitelnost přípustná strmost napětí se definuje jako dU/dt [V/msec]

 

 

Napěťové impulsy s rychlou změnou vyvolávají v kondenzátoru značný impulsní proud I_P 
I_P = C x dU/dt

Impulsní proud tekoucí kondenzátorem, způsobuje oteplení v místech kontaktů kondenzátoru, mezi vývody, kontaktními můstky a kovovými nebo metalizovanými elektrodami. Aby se předešlo riziku poškození musí se v sérii s kondenzátorem, který se připojuje na tvrdý zdroj s nízkým vnitřním odporem RIN, vložit omezovací odpor
R_S = UR/(C x dU/dt)

Údaj dU/dt je vztažen ke jmenovitému napětí U_R.

Pracuje - li kondenzátor při nižším napětí než jmenovitém, je možné impulsní zatížení dU/dt kondenzátoru zvýšit
dU_OP/dt = dU_R/dt x U_R/U_OP

Kapacita se mění, vzrůstá nebo klesá s teplotou, v závislosti na dielektrické konstantě a teplotním koeficientu materiálu dielektrika.

Teplotní koeficient je vyjádřen vztahem  ac = C₂ - C₁/C₁(T₂-T₁)

C1: kapacita při teplotě T1
C2: kapacita při teplotě T2
referenční teplota je T1 
ac je vyjádřen vjednotkách 10^-6/°C.
V závislosti na typu dielektrika je ac buď kladný, +400 x 10^-6/°C pro MKT kondenzátory, nebo záporný,
- 200 x 10^-6/°C pro MKP kondenzátory.

 

Závislost kapacity na teplotě

 

Ekvivalentní sériová indukčnost: ESL

 

Skutečný kondenzátor má určitou indukčnost, danou délkou vývodů a konstrukcí kondenzátorového svitku. Tuto indukčnost vyjadřuje Ekvivalentní sériová indukčnost. Její hodnota se určuje na základě vlastní rezonanční frekvence kondenzátoru při teplotě +20°C ± 5°C. Při rezonanci dochází k vyrovnání induktivní a kapacitní složky impedance.
1/(2pf x C) = 2pf x ESL

ESL ovlivňuje impedanci Z(f) kondenzátoru.

 

Konstrukce kondenzátoru umožňuje dosahovat velmi nízké vlastní indukčnosti a vysoké rezonanční frekvence kondenzátoru. Při rezonanční frekvenci je impedance kondenzátoru minimální a je rovna ekvivalentnímu sériovému odporu kondenzátoru ESR. Vlastní indukčnost závisí na délce vývodů a délce tělesa kondenzátoru. Kondenzátory v pravoúhlých pouzdrech s vývody o délce 2mm mají typicky ESL podle tabulky.

Válcové nebo oválné kondenzátory s axiálními vývody mají ESL typicky 1nH na 1mm délky vývodů a délky tělesa kondenzátoru.

Jmenovitý efektivní proud I_RMS je nejvyšší přípustná trvalá hodnota proudu tekoucího kondenzátorem při max teplotě pouzdra +70°C. Když pracuje kondenzátor při této hodnotě proudu dojde ke zvýšení teploty pouzdra vlivem vnitřních ztrát o 10°C nad teplotu okolí. Tato okolnost musí být brána na zřetel s ohledem na teplotu okolí.

 

 

Max přípustný ztrátový výkon kondenzátoru je P_Dlim = D T_MAX / J _R

J_R - teplotní odpor kondenzátoru [°C/W]
DT_MAX - přípustné zvýšení teploty na povrchu kondenzátoru 
Informativní hodnoty teplotního odporu pouzder pro kondenzátory jsou uvedeny v následující tabulce.
Jednoduše lze vypočítat max. přípustný ztrátový výkon kondenzátoru podle vzorce:

P_D = K x S x DT_MAX

S - povrch tělesa kondenzátoru [cm2]
DT_MAX : 10°C
K - koeficient 1,0 - 2,5
nižší hodnoty K se volí u kondenzátorů pro všeobecné použití vyšší hodnoty, K= 2 - 2,5 u impulsních kondenzátorů, 
v provedení pro IGBT, GTO a spec. provedení

 

Technické parametry pouzder kondenzátorů

Rozměry pouzdra [mm]			Rozteč	Povrch [cm2]	Tepelný odpor	P Dlim
B	H	L	P	S	J R [°C/W]	[W]
6	15	26,5	22,5	12,93	43	0,32
7	16	26,5	22,5	14,43	41	0,36
8,5	17	26,5	22,5	16,405	38	0,41
10	18,5	26,5	22,5	18,805	36	0,47
11	20	26,5	22,5	20,83	34	0,52
9	17	32	27,5	19,7	35	0,49
10	20	32	27,5	23,2	32	0,58
11	20	32	27,5	24,24	31	0,61
13	22	32	27,5	28,12	29	0,70
14	28	32	27,5	34,72	26	0,87
15	24,5	32	27,5	32,63	27	0,82
18	33	32	27,5	44,52	23	1,11
22	37	32	27,5	54,04	21	1,35
10	20	42,5	37,5	29,50	28	0,74
11	22	42,5	37,5	32,89	27	0,82
13	24	42,5	37,5	37,69	25	0,94
16	28,5	42,5	37,5	46,945	23	1,17
19	32	42,5	37,5	55,51	21	1,39
20	40	42,5	37,5	67	19	1,68
24	44	42,5	37,5	78,92	17	1,97

 

Teplota kondenzátoru během provozu musí být vždy nižší než nejvyšší pracovní teplota. Proto musí být P_D vždy nižší než P_Dlim, který je schopno pouzdro kondenzátoru vyzářit. Ztrátový výkon kondenzátoru, který pracuje při střídavém napětí je dán efektivní hodnotou pracovního napětí nebo proudu, pracovní frekvence a ztrátového činitele tgd(f)

P_D = U² _RMS x tgd x 2pfC = I² _RMS x tgd / 2pfC

Max. hodnota střídavého napětí, při kterém může kondenzátor trvale pracovat je rovněž omezena tzv. ionizačním efektem, nebo korona-efektem. Tento jev vzniká, když je pracovní napětí kondenzátoru příliš vysoké a může v kondenzátoru způsobit destruktivní proces.

Mezní hodnota efektivního střídavého napětí je konstantní až do pracovní frekvence f1. Mezi frekvencemi f1 a f2 musí být pracovní napětí sníženo, aby nebyl překročen max. přípustný ztrátový výkon kondenzátoru, podle předchozích vzorců. Mezi pracovními frekvencemi f2 a f3 musí být omezován proud kondenzátorem, který je limitován parametry jeho konstrukčního provedení, např. vývody. Jsou-li vývody provedeny pocínovaným drátem

0,8mm = 0,5mm2 je IMAX =	7,0A
1,0mm = 0,785mm2	9,0A
pájecími očky	16 - 20A
nožovými konektory	16 - 24A
šrouby M4	20A
M6	40A
M8	63A
M10	100A
M12	160A

Tyto údaje je třeba brát jako informativní, je nutné provést zkoušku v konkrétních pracovních podmínkách, aby se ověřila správnost teoretických předpokladů.

 

Závislost střídavého napětí a proudu na pracovní frekvenci

 

Závislost kapacity na frekvenci (při pokojové teplotě)

 

Záruka kvality
Kvalita součástek, které firma ELEKTRONICKÉ SOUČÁSTKY CZ, a.s. vyrábí a dodává, je založena na soustavné péči o všechny výrobní operace ve výrobním procesu. Aby se dosáhlo nejvyšší kvality a spolehlivosti všech vyráběných součástek, monitorují se jejich parametry během celého výrobního procesu a také ve firemní zkušební laboratoři. Výrobní proces je certifikován podle norem ISO 9 000 a kondenzátory jsou certifikovány v rámci systému IECEE CB. K systému IECEE-CB se připojilo okolo čtyřiceti mezinárodních zkušebních laboratoří, které se zavázaly jej uznávat a garantovat národní CB certifikáty. Členy IECEE-CB jsou téměř všechny evropské země, USA i Japonsko.

Spolehlivost elektronických součástek závisí na :

• jejich konstrukci
• výrobním postupu
• podmínkách ve kterých pracují, na elektrickém zatížení a na teplotě 
  

Pokud jde o první dvě podmínky, výrobce zaručuje nejlepší péči a dodává výhradně 100% testované součástky. Ve snaze co nejvíce pomoci zákazníkovi dosáhnout optimálních podmínek a očekávané životnosti elektronických součástek, doporučujeme vzít v úvahu následující zákonitosti, které dále popíšeme.

Očekávaná životnost součástek je doba, než dojde k poruše.
Jedná se o tzv. kritické poruchy, jako zkrat nebo přerušení kontaktu a poruchy způsobené překročením mezních hodnot
kritických parametrů, např.
DC/C 10% u kondenzátorů MKT 
DC/C 5% u kondenzátorů MKP, KPI 
zvýšení tgd > 2 x oproti počáteč. limitu pro MKT
zvýšení tgd > 3 x oproti poč. limitu pro MKP, KPI

Intenzita poruch je počet poruch za dobu pracovního času součástek a je vyjádřen v jednotkách FIT,
1FIT = 1 x 10^-9/h 
počet poruch za 10⁹ hodin-prvků intenzita poruch je vztažena ke kriteriím poruch 

l = n/(n x t_t)

n : počet poruch
N : počet zkoušených prvků
t_t : počet hodin zkoušky
1 / l = střední doba mezi poruchami

doba činnosti, životnosti, zahrnuje pracovní čas, čas přerušení i čas skladování a přepravy. je vztažena k teplotě +40°C a 
pracovnímu napětí U_W = 0,5 x U_R a hornímu konfidenčnímu intervalu 60%.

Očekávaná životnost elektronických součástek, pracujících při jiném než referenčním napětí se přibližně vypočte podle 
následujícího vzorce

L_W = L_R x (U_REF / U_W)⁸

Očekávaná životnost když je pracovní teplota jiná než referenční se vypočte podle vzorce

L_OP = L_TO x 2 ^(To-Tw)/Ac

To : referenční teplota
Tw : pracovní teplota
Ac : Arrheniova konstanta, typ. Ac = 7

Tento vzorec je odvozen z Arrheniovy rovnice, popisující stárnutí dielektrických fólií v závislosti na teplotě a  dává dobré výsledky, když rozsah teplot braný do úvahy není příliš široký. Přepočet FIT pro jiná pracovní napětí a jiné teplotní podmínky se provede podle vzorce 

l = l _REF x C_U x C_T

C_U : činitel vlivu napětí
C_T : činitel vlivu teploty

Pro dobrý odhad vlivu teploty a pracovního napětí na životnost fóliových kondenzátorů, které pracují v obvodech střídavého proudu lze použít následující grafy.

 

 

Činitel vlivu napětí

Load ratio UW/UR [%]	Type, Typ MKT	Type, Typ MKPI, KPI
100	6	11
75	2,5	3
50	1	1
25	0,4	0,4
10	0,2	0,2

Činitel vlivu teploty

Teplota [°C]	CT
40	1
55	2
70	5
85	12
100	33
125	350

 

Další faktory, které ovlivňují intenzitu poruch v praktických pracovních podmínkách

• činitel pracovního prostředí C_E
• vliv hodnoty kapacity C_C
  
  C_C = 1,4 x C^0,12

Činitel pracovního prostředí

Enviroment Prostředí	CE
Laboratory Laboratoř	1
Consumer electronic Spotřební elektronika	1,2 - 1,5
Industrial electronic Průmyslová elektronika	2,0 - 3,0
Automotive electronics Automobilová elektronika	3,0 - 4,0

 

Vliv velikosti kapacity na spolehlivost kondenzátoru

 

Intenzita poruch je, samozřejmě, také funkcí času.

Typická křivka závislosti

 

Vanová křivka závislosti Intenzity poruch má tři oblasti:

1. Oblast časných poruch
2. Oblast, ve které je úroveň intenzity poruch prakticky konstantní
3. Oblast, ve které vzrůstá intenzita poruch v důsledku opotřebení součástek

Údaj intenzita poruch se uvádí pro oblast 2.

Aby byl co nejvíce omezen vliv časných poruch, provádí se tzv. zahořování, neboli umělé stárnutí součástek. Na přání zákazníka jsou součástky podrobeny proceduře definovaného zatížení při určité teplotě a napětí a poté jsou 100% proměřeny a přetříděny.