Лекция 4 - Конспекты (1095372), страница 8
Текст из файла (страница 8)
д.);- с твёрдым органическим диэлектриком (бумажные, плёночные и т. д.);- электролитические;- оксидно-полупроводниковые и некоторые другие.В соответствии с двумя видами электрической энергии (переменный токи постоянный ток) конденсаторы также различают по назначению. Для цепейпеременногоконденсаторы,токапредназначаютсявырабатывающиев"косинусные"источнике(компенсирующие)реактивноймощностиреактивный ток, опережающий синусоидальное напряжение на четвертьпериода, и фильтровые конденсаторы, предназначенные для фильтрации(ослабления) высших гармоник, присутствующих в цепях с преобразователями.Для цепей постоянного тока предназначаются полярные конденсаторы (обычноэлектролитические),призванныесглаживать53пульсациипостоянногоЭлектропитание РЭАГлава 4напряжения. Кроме того, выделяют помехоподавляющие, снабберные, силовыеи некоторые другие конденсаторы.Также есть конденсаторы общего назначения и специального.
Первыеиспользуют практически в любых видах РЭА, вторые применяют там, гденужны особые параметры конденсатора (импульсные, высоковольтные,помехоподавляющие, пусковые, дозиметрические и т. д.).Тангенс угла потерь зависит от типа диэлектрика, напряжённости поля,температурыи прочих факторов.Дляконденсаторов,работающихвколебательных системах резонансных и квазирезонансных преобразователейнапряжения, важен максимальный переменный ток, который может выдержатькомпонент, поскольку величина тока может достигать десятков ампер.Предельно допустимая величина переменной составляющей напряженияявляетсяважнымпараметромконденсаторов,чтообязательнонужноучитывать, например, при расчёте сглаживающих и помехоподавляющихфильтров. Ёмкости электролитических конденсаторов зависят от температуры,причём при отрицательных температурах они значительно снижаются.Простейшую эквивалентную схему конденсатора можно представить какпоследовательное соединение ёмкости, паразитного сопротивления обкладок ивыводов (ESR) и паразитной индуктивности (ESL).
Схема приведена нарисунке 4.24.Рисунок 4.24 – Эквивалентная схема конденсатораПри протекании через конденсатор переменного тока на ESR падаетнапряжение – и в конденсаторе выделяется тепло. Чем больше величина ESR,тем существеннее мощность потерь в конденсаторе. Перегрев, вызванныйвыделением тепла, может привести к разрушению конденсатора. С целью54Электропитание РЭАГлава 4снижения ESR конденсаторы относительно небольшой ёмкости соединяютпараллельно.На низких частотах (до 1 кГц) величина ESL обычно незначительна – и еёдопустимо не учитывать.
На большой частоте величина ESL относительновелика – и при протекании через конденсатор импульсов тока на ESLобразуются выбросы ЭДС самоиндукции. При этом выброс импульсногонапряжения приложен обратной полярностью к конденсатору, что можетпривестикразрушению,например,электролитическогоконденсатора,диэлектрик которого чувствителен к обратному напряжению.Достоинством электролитических конденсаторов считается их оченьбольшая (по сравнению с альтернативами) ёмкость. К недостаткам относитсято, что достичь полной герметичности изделий не удаётся, в связи с чемнаблюдается постепенное высыхание электролита. Когда это происходит,теряется ёмкость и конденсатор начинает сильно разогреваться.
Особеннобыстро явление высыхания наблюдается в системах с частыми температурнымиколебаниями. Это нередко служит причиной выхода РЭА из строя, такимобразом, они подлежат периодической замене.Технология изготовления электролитических конденсаторов постоянносовершенствуется,увеличиваетсяихудельнаяэнергоёмкость,растутпоказатели надёжности.
Однако темпы увеличения их удельных показателейсущественно отстают от темпов роста удельных показателей ИЭП.Керамические конденсаторы некоторых типов способны работать начастотах в сотни мегагерц и при этом обладают низкими значениями ESR иESL. Другие преимущества керамических конденсаторов: малые размеры,достаточнобольшаяёмкость,отличныечастотныехарактеристики,возможность работы в широком температурном диапазоне и высокаянадёжность.К числу задач, связанных с применением керамических конденсаторов вИЭП, можно отнести:55Электропитание РЭАГлава 4- подавление радиопомех во входных и выходных цепях, а также насигнальных разъемах;- шунтирование низкочастотных электролитических конденсаторов длятого, чтобы избежать появления на их зажимах переменной составляющейнапряжения высокой частоты (поэтому если требуется иметь конденсаторбольшой ёмкости на высоких частотах, то его можно составить изалюминиевого и керамического, включенных параллельно);- применение в цепях, позволяющих уменьшить высокочастотныевыбросы или колебания напряжения на силовых транзисторах и диодах(демпфирующие цепи);- применение развязывающих конденсаторов, позволяющих "отсечь"постоянную составляющую напряжения от таких элементов схемы, кактрансформаторы;- цепи обратных связей операционных усилителей систем управлениясиловыми преобразователями и т.
д.Внастоящеевремяведущимпроизводителямкерамическихмногослойных конденсаторов удалось значительно повысить их удельнуюёмкость. Современные керамические конденсаторы с диэлектриком типа X7Rпоудельнойконденсаторам.ёмкостиЭтотвплотнуюфактприблизилисьпозволяеткэлектролитическимрассматриватьсовременныемногослойные керамические конденсаторы как основу для перспективных ИЭПс высоким КПД и большими разрядными токами для жёстких условийэксплуатации.Твердотельныеполимерныеконденсаторылишенынедостатковэлектролитических и отличаются высокой надёжностью, но стоимость ихзачастуюслишкомвысока.Особойустойчивостьюпараметровхарактеризуются современные танталовые конденсаторы.Плёночные конденсаторы находят применение в силовой электроникетам, где от них требуется большая удельная энергия, хорошие частотные56Электропитание РЭАГлава 4свойства, способность выдерживать импульсные нагрузки, возможность работыкак при постоянном, так и при переменном напряжениях.
Назовём несколькообластей применения плёночных конденсаторов:- входные и выходные фильтры защиты от радиопомех;-конденсаторы,устанавливаемыепараллельноэлектролитическимконденсаторам большой ёмкости;- разделительные цепи;- защитные цепи силовых транзисторов и диодов.Сравнительные характеристики некоторых конденсаторов приведены втаблице 4.3.Таблица 4.3 – Сравнительные характеристики некоторых конденсаторов№Тип конденсаторап/п1234ПлёночныеКерамическиеЭлектролитическиеСлюдяныеУдельная энергия,Дж/кг2001 г.2011 г.0,4020,000,015,000,202,000,010,05Удельная масса,кг/кВт2001 г.2011 г.5,02×10310,010×1030,210×1035,05×103Рабочиечастоты, Гц>100>100×103>100>1×106В последние годы в РЭА получил распространение новый типконденсаторов – ионистор.Ионистор (или суперконденсатор) – это конденсатор, заряд в которомнакапливается на границе раздела двух сред – электрода и электролита.Энергия в ионисторе содержится в виде статического заряда.
Накоплениесовершается, если к его обкладкам будет приложена разность потенциалов(постоянное напряжение).Концепция создания ионисторов появилась недавно, и в настоящее времяони заняли свою нишу применения. Ионисторы успешно могут заменятьхимическиеисточникитокавкачестверезервногоилиосновногоподзаряжаемого источника тока. Внешний вид ряда ионисторов приведён нарисунке 4.25.57Электропитание РЭАГлава 4Если обычный конденсатор представляет собой обкладки из фольги,разделённые сухим сепаратором, то ионистор – это комбинация конденсатора сэлектрохимической батареей. В нём применяют специальные обкладки иэлектролит.
В качестве обкладок используют материалы одного из трёх типов:обкладки большой площади на основе активированного угля, оксиды металловипроводящиеполимеры.Использованиевысокопористыхугольныхматериалов позволяет достичь плотности ёмкости порядка 10 Ф/см3 и больше.Рисунок 4.25 – Современные ионисторыИонисторы на базе активированного угля наиболее экономичны визготовлении. Их ещё называют двухслойными, или DLC-конденсаторами,потому что заряд сохраняется в двойном слое, образующемся на поверхностиобкладки.Электролит ионисторов может быть водным либо органическим.Ионисторы на основе водного электролита обладают небольшим внутреннимсопротивлением, но напряжение заряда для них ограничено 1 В. А ионисторына основе органических электролитов обладают более высоким внутреннимсопротивлением, но обеспечивают напряжение заряда 2-3 В.Для электропитания РЭА нужны более высокие напряжения, чемобеспечивают ионисторы.
Для получения нужного напряжения их включаютпоследовательно. 3-4 ионистора обеспечивают напряжение достаточнойвеличины.58Электропитание РЭАВеличинаГлава 4ёмкостиконденсаторовизмеряетсявпикофарадах,нанофарадах и микрофарадах, в то время как ёмкость ионисторов измеряется вфарадах. В ионисторах достижима энергетическая плотность от 1 до 10 Вт/кг.Она больше, чем у типичных конденсаторов, но меньше, чем у аккумуляторов.Относительно низкое внутреннее сопротивление ионисторов обеспечиваетхорошую проводимость.Ионистор может запасать энергию, примерно равную 1/10 энергииникель-металлгидридного аккумулятора.
В то время как аккумулятор выдаётотносительно постоянное рабочее напряжение, напряжение на ионисторепонижается линейно от рабочего значения до нуля и ему не присущи такиеплоские зоны характеристики разряда, как у аккумуляторов. По этой причинеионистор не способен удерживать полный заряд. Степень его зарядаопределяется в процентах и зависит в первую очередь от того приложения, вкотором он применяется.Например, если 6-вольтовая батарея допускает разряд до 4,5 В, покаоборудование не выключится, ионистор достигает этого порога в течениепервой четверти времени разряда. Оставшаяся в нём запасенная электроэнергияоказывается бесполезной. Для повышения степени использования запасённой вионисторе энергии можно использовать DC/DC преобразователи, однако такойпуть недостаточно результативен и к тому же ведёт к удорожанию системы.Чаще всего ионисторы используют для электропитания микросхемпамяти, и иногда ими подменяют гальванические элементы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
