ความแตกต่างระหว่างตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์และตัวเก็บประจุฟิล์ม

ตัวเก็บประจุเป็นส่วนประกอบสำคัญในวงจรอิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้าต่างๆมีบทบาทพื้นฐานในการจัดเก็บพลังงานการรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าและการกรอง ในบรรดาตัวเก็บประจุประเภทต่าง ๆ ตัวเก็บประจุไฟฟ้า และ ตัวเก็บประจุ มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในแง่ของการก่อสร้างประสิทธิภาพและการใช้งาน ในบล็อกนี้เราจะไม่เพียง แต่สำรวจความแตกต่างที่สำคัญ แต่ยังดำดิ่งลงไปในการคำนวณทางเทคนิคเพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมของพวกเขาในวงจร

1. วัสดุก่อสร้างและอิเล็กทริก

• ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลติก-
  ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้แผ่นไฟฟ้าสองแผ่น (โดยปกติจะเป็นอลูมิเนียมหรือแทนทาลัม) โดยมีชั้นออกไซด์ทำหน้าที่เป็นอิเล็กทริก แผ่นที่สองมักจะเป็นอิเล็กโทรไลต์ของเหลวหรือของแข็ง ชั้นออกไซด์ให้ความจุสูงต่อปริมาตรหน่วยเนื่องจากโครงสร้างที่บางมาก ตัวเก็บประจุเหล่านี้มีขั้วต้องใช้ขั้วที่ถูกต้องในวงจร

• ตัวเก็บประจุภาพยนตร์-
  ตัวเก็บประจุของฟิล์มใช้ฟิล์มพลาสติกบาง ๆ (เช่นโพลีโพรพีลีน, โพลีเอสเตอร์หรือโพลีคาร์บอเนต) เป็นวัสดุอิเล็กทริก ภาพยนตร์เหล่านี้มีแผลหรือซ้อนกันระหว่างสองชั้นโลหะซึ่งทำหน้าที่เป็นแผ่น ตัวเก็บประจุของฟิล์มไม่ใช่ขั้วทำให้สามารถใช้งานได้ทั้งในวงจร อันC และ DC

2. การคำนวณความจุ

ความจุ ( $C$ ) ของตัวเก็บประจุแผ่นขนานซึ่งใช้กับตัวเก็บประจุทั้งอิเล็กโทรไลต์และฟิล์มนั้นได้รับจากสูตร-

$$C - \fRac{\ vaRepsilon_0 \ vaRepsilon_R อัน}{d}$$

ที่ไหน-

• $C$ - ความจุ (faRads, f)

• $\vaRepsilon_0$ - การอนุญาตของพื้นที่ว่าง ( $8.854 \tiม.es 10^{-12}$ f/ม.)

• $\varepsilon_r$ - ความสัมพันธ์แบบสัมพัทธ์ของวัสดุอิเล็กทริก

• $A$ - พื้นที่ของแผ่น (ม.²)

• $d$ - ระยะห่างระหว่างแผ่น (M)

การคำนวณตัวอย่าง - สำหรับตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์โดยใช้ไดอิเล็กทริกออกไซด์ ( $\ varepsilon_r - 8.5$ ) มีพื้นที่แผ่น $10^{-4} \, \text{ม.}^2$ และการแยกของ $10^{-6} \, \text{m}$ -

$$C - \frac{8.854 \times 10^{-12} \times 8.5 \times 10^{-4}}{10^{-6}} - 7.53 \times 10^{-9} \, \text{F} - 7.53 \, \text{NF}$$

สำหรับตัวเก็บประจุฟิล์มโดยใช้โพรพิลีน ( $\ varepsilon_r - 2.2$ ) พื้นที่แผ่นเดียวกันและความหนาของอิเล็กทริก $10^{-6} \, \text{m}$ -

$$C - \frac{8.854 \times 10^{-12} \times 2.2 \times 10^{-4}}{10^{-6}} - 1.95 \times 10^{-9} \, \text{F} - 1.95 \, \text{nF}$$

ดังที่การคำนวณแสดงให้เห็นว่าตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ให้ความจุที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญสำหรับพื้นที่แผ่นเดียวกันและความหนาของอิเล็กทริกเนื่องจากความสัมพันธ์ที่สัมพันธ์กันที่สูงขึ้นของวัสดุออกไซด์

3. ความต้านทานซีรี่ส์เทียบเท่า (อีSR)

• ตัวเก็บประจุไฟฟ้า -

  ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์มีแนวโน้มที่จะสูงขึ้น ความต้านทานซีรี่ส์เทียบเท่า (อีSR) เมื่อเทียบกับตัวเก็บประจุฟิล์ม อีSR สามารถคำนวณได้เป็น-

$$ESR - \frac{1}{2 \pi f C ถาม}$$

ที่ไหน :

• $f$ - ความถี่ในการใช้งาน (Hz)

• $C$ = ความจุ (F)

• $ถาม$ = ปัจจัยคุณภาพ

ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์มักจะมีค่า ESR ในช่วง 0.1 ถึงหลายโอห์มเนื่องจากความต้านทานภายในและการสูญเสียอิเล็กโทรไลต์ ESR ที่สูงขึ้นนี้ทำให้พวกเขามีประสิทธิภาพน้อยลงในการใช้งานความถี่สูงซึ่งนำไปสู่การกระจายความร้อนที่เพิ่มขึ้น

• ตัวเก็บประจุ :

  ตัวเก็บประจุฟิล์มมักจะมี ESR ต่ำมากซึ่งมักจะอยู่ในช่วง Milliohm ทำให้มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการใช้งานที่มีความถี่สูงเช่นการกรองและการสลับแหล่งจ่ายไฟ ESR ที่ต่ำกว่าส่งผลให้สูญเสียพลังงานน้อยที่สุดและการสร้างความร้อน

ตัวอย่าง ESR :
สำหรับตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ด้วย $c = 100 \, \ mu f$ ทำงานที่ความถี่ $f = 50 \, \text{Hz}$ และปัจจัยคุณภาพ $ถาม = 20$ :

$$ESR = \frac{1}{2 \pi \times 50 \times 100 \times 10^{-6} \times 20} = 0.159 \, \Omega$$

สำหรับตัวเก็บประจุฟิล์มที่มีความจุและความถี่ในการดำเนินงานเดียวกัน แต่เป็นปัจจัยคุณภาพที่สูงขึ้น $Q = 200$ :

$$ESR = \frac{1}{2 \pi \times 50 \times 100 \times 10^{-6} \times 200} = 0.0159 \, \Omega$$

นี่แสดงให้เห็นว่าตัวเก็บประจุของฟิล์มมี ESR ต่ำกว่ามากทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงและมีความถี่สูง

4. ความเสถียรของกระแสไฟฟ้าระลอกคลื่นและความร้อน

• ตัวเก็บประจุไฟฟ้า :
  ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลติกเป็นที่รู้จักกันว่ามีความสามารถในการจัดการกระแสระลอกคลื่น จำกัด กระแสระลอกคลื่นสร้างความร้อนเนื่องจาก ESR และระลอกคลื่นที่มากเกินไปอาจทำให้อิเล็กโทรไลต์ระเหยได้นำไปสู่ความล้มเหลวของตัวเก็บประจุ การจัดอันดับกระแสระลอกคลื่นเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแหล่งจ่ายไฟและวงจรมอเตอร์ไดรฟ์

  กระแสระลอกสามารถประมาณได้โดยใช้สูตร:

$$P_{\text{การสูญเสีย}} = ฉัน_{\text{ระลอกคลื่น}}^2 \times ESR$$

ที่ไหน:

• $P_{\text{การสูญเสีย}}$ = การสูญเสียพลังงาน (วัตต์)

• $I_{\text{ripple}}$ = ระลอกคลื่น (แอมแปร์)

หากกระแสระลอกคลื่นในตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ 100 µF ที่มี ESR 0.1 โอห์มคือ 1 a:

$$P_{\text{loss}} = 1^2 \times 0.1 = 0.1 \, \text{W}$$

• ตัวเก็บประจุภาพยนตร์:

  ตัวเก็บประจุฟิล์มที่มี ESR ต่ำสามารถจัดการกระแสระลอกคลื่นที่สูงขึ้นด้วยการสร้างความร้อนน้อยที่สุด สิ่งนี้ทำให้พวกเขาเหมาะสำหรับการใช้งาน AC เช่นวงจร Snubber และตัวเก็บประจุมอเตอร์ที่มีความผันผวนในปัจจุบัน

5. การจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าและรายละเอียด

• ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลติก:
  ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์โดยทั่วไปจะมีการจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าโดยทั่วไปจะมีตั้งแต่ 6.3V ถึง 450V แรงดันไฟฟ้าเกินสามารถนำไปสู่การสลายตัวของอิเล็กทริกและความล้มเหลวในที่สุด การก่อสร้างของพวกเขาทำให้พวกเขามีแนวโน้มที่จะลัดวงจรมากขึ้นหากชั้นออกไซด์เสียหาย

• ตัวเก็บประจุภาพยนตร์:
  ตัวเก็บประจุของฟิล์มโดยเฉพาะผู้ที่มีโพลีโพรพีลีนอิเล็กทริกสามารถรองรับแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นได้บ่อยกว่า 1,000V สิ่งนี้ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานแรงดันไฟฟ้าสูงเช่นวงจร DC-Link ซึ่งความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญ

6. อายุขัยและความน่าเชื่อถือ

• ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลติก:
  อายุขัยของตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิกระแสระลอกคลื่นและแรงดันไฟฟ้า กฎทั่วไปของหัวแม่มือคือสำหรับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุก ๆ 10 ° C ความคาดหวังอายุการใช้งานจะลดลงครึ่งหนึ่ง พวกเขายังอยู่ภายใต้ อายุของตัวเก็บประจุ เมื่ออิเล็กโทรไลต์แห้งเมื่อเวลาผ่านไป

• ตัวเก็บประจุภาพยนตร์:
  ตัวเก็บประจุฟิล์มมีความน่าเชื่อถือสูงกับชีวิตที่ใช้งานได้ยาวนานซึ่งมักจะเกิน 100,000 ชั่วโมงในสภาพที่ได้รับการจัดอันดับ พวกเขามีความต้านทานต่อการชราภาพและปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานระยะยาวและความน่าเชื่อถือสูง

7. แอปพลิเคชัน

• ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลติก:

  • การกรองแหล่งจ่ายไฟ

  • วงจรเสียง (การปรับให้เรียบของสัญญาณ)

  • วงจรเริ่มมอเตอร์

  • การจัดเก็บพลังงานในวงจรแรงดันต่ำ

• ตัวเก็บประจุภาพยนตร์:

  • วงจร AC/DC แรงดันสูง

  • วงจร Snubber สำหรับการป้องกันไฟกระชาก

  • ตัวเก็บประจุ

  • การปราบปราม EMI/RFI

ดังนั้น, ตัวเก็บประจุใดให้เลือก

การเลือกระหว่างตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลติกและฟิล์มขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของแอปพลิเคชัน ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์มีความจุสูงในขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพในการใช้งานสำหรับการใช้งานแรงดันไฟฟ้าต่ำ อย่างไรก็ตาม ESR ที่สูงขึ้นของพวกเขาอายุขัยที่สั้นลงและความไวต่ออุณหภูมิทำให้พวกเขาเหมาะสำหรับการใช้งานความถี่สูงและความน่าเชื่อถือสูง

ตัวเก็บประจุฟิล์มที่มีความน่าเชื่อถือที่เหนือกว่า ESR ต่ำและการจัดการแรงดันสูงเป็นที่ต้องการในการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพสูงและความทนทานเช่นวงจรมอเตอร์ AC, อินเวอร์เตอร์พลังงานและการควบคุมอุตสาหกรรม

โดยการทำความเข้าใจความแตกต่างที่สำคัญและการคำนวณทางเทคนิคที่จำเป็นคุณสามารถตัดสินใจได้มากขึ้นสำหรับการออกแบบวงจรของคุณ