Электролитические и танталовые конденсаторы фирмы Hitachi AIC уже много лет известны нашим разработчикам. Компания постоянно совершенствует технологии и улучшает параметры своих изделий. В статье рассматриваются хорошо известные и новые серии конденсаторов, которые, без сомнения, заинтересуют разработчиков силовой электроники и другой электронной техники.
Евгений Звона рев zvonarev@compel.ru
Компания Hitachi AIC была основана в 1965 году н входит в настоящий момент в Hitachi Chemical Group — составную часть гигантской корпорации Hitachi, основанной в 1910 году. Hitachi AIC широко яляестпа как одни из ведущих мировых производителей высококачественных алюминиевых конденсаторов и танталовых чип-конденсаторов, разрабатывающих новейшие технологии производства конденсаторов с улучшенными рабочими характеристиками, паиболее полно отвечающими т ребованиям рынка силовой плектроннкн.
Алюминиевые электролитические конденсаторы Hitachi AIC
Алюминиевые электролитические конденсаторы выпускаются в нескольких вариантах:
• с болтовыми выводами (Screw Terminal);
• с усиленными выводами-зашелк.тми (Snap-In);
• для монт ажа на печатную плату.
Основные параметры электролитических конденсаторов с болтовыми выводами приведены в таблице 1.
При выборе электролитических кондачка торов необходимо внимательно оценивать параметр, который называется «срок службы» пли «срок эксплуатации». Эта характеристика притаится производителем для каждой серии и составляет для серии FXA, например, 10-12 тысяч часов. Это гарантированный срок работы при максимально допустимой температуре и максимальном токе пульсаций при этой температуре. То есть в документации производитель указывает срок службы для максимально жестких у словий эксплуатации. Если температура н ток пульсаций будут мень пте максимально допустимых, то и гарантированный срок эксплуатации может возрасти в десятки раз. Реальный (типовой) срок эксплуатации обычно оказывается в 1,5-2 раза больше расчетного. Это от ражено в столбце «Тиловой срок службы» таблицы 1. Под окончанием срока эксплуатации производитель подразумевает момент времени, при котором на 10-15% ухудшились основные параметры электролитическою конденсатора (уменьши лась емкость, увеличился фактор иотерь tg 8, возрос ток утечки). Это проиллюстрировано на рис. 2.
Из рис. 2, приведенного в документации Hitachi AIC для серии FXA, видно, что под окончанием срока эксплуатации производитель подразумевает уменьшение емкости на 10% и увеличение потерь на 12-13% при работе на максимально допустимых пульсации* тока и при максимальной температуре для дан ной серии. Интереснее всею ведет себя ток утечки. В первую тысячу часов эксплуатации оп даже резко уменьшается, затем в течение большей части срока службы ток утечки практически не изменяется, возрастая лишь в самом конце гарантированного периода работоспособности. Конечно, это типовые графики, но они дают наглядное представление о га ран тироваттом сроке безотказной работы.
Зависимости гарантированного времени эксплуатации с учетом изменения тока пульсаций, при котором работают конденсаторы серий НХА (85 «С) и GXA (105 *С), показаны на рис. 3 и 4. Измерения производились при частоте пульсаций 120 Гц (данные взяты нз документации производителя для серий НХА иСХА).
Hitachi AIC не выделяет серки электролитических конденсаторов с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (Low FSR), но в документации для каждой серии указаны значения LSR (эквивалентное последовательное сопротивление) и ESL (эквивалентная последовательная индуктивность I. Некоторые серии гара|ггированио можно считать имеющими пшкое значение F.SR, поэтому разработчику желательно внимательно изучить параметры всех близких серий для оптимального выбора электролитического конденсатора.
Уменьшение тока пульсаций и температуры эксплу атации электролитических конденсаторов позволяет q-щеспкиио (в пекоторых случаях даже в десятки раз) увеличить срок службы этих компонентов — это основной вывод, который можно сделать нз графиков на рис. 3 и 4. Окончание срока эксплуатации (End of life) ори допустимых температурных и электрических режимах ие означает, что наступает катастрофический отказ конденсатора — происходит только выход параметров за оговоренные производителем допустимые пределы. Исходя из этого, можно предложить несколько способов увеличения продолжи тельпости безотказной работы электролитических коидепсаторов:
• Выбор конденсатора из серии с повышенной надежностью.
• Выбор конденсатора с более широким рабочим диапазоном температур.
• Уменьшение пульсаций тока я конденсаторе —этого можно достичь увеличением емкости.
• Выбор конденсатора с большей величиной допустимого рабочего напряжения, если это возможно.
• Выбор конденсатора с низким значением эквивалентного последовательного сонротив лени* (Low ESR). Для каждого номинала электролитического конденсатора Hitachi AIC в документации указывает значение fcSR и ESL. Конденсаторы с низким значением ESR допускают высокие уровни пульсаций тока, поэтому при равных условиях эксплуатации срок службы у них будет больше. Следует учитывать, что при температурах около -40 «С эквивалентное последовательное сопротивление резко возрастает.
• Облегчение температурного режима эксплуатации (установка конденсатора на теп-лоотводящее шасси или радиатор, рис. S). Необходимо отметить, что все изделия для крепежа имеют свои собственные наименования и в комплект поставки электролитического конденсатора не входят. Правильный монтаж также исключает мехаиичес кие повреждения конденсаторов при ударах и вибрациях аппаратуры.
• Выбор конденсатора с минимальным током утечки.
• Выбор конденсатора от ведущего мировою производителя.
В работающем приборе конденсаторы находятся пол воздействием постоянного и пульсирующего напряжений. Свой вклад в потери и нагрев конденсатора вносит и сопротивле ние утечки, которое характеризует качество изоляции между обкладками. Мощность потерь, вносимая током утечки, пропорциональна квадрату тока утечки или квадрату постоянной составляющей напряжения на конденсаторе. Когда номинального рабочего напряжения конденсаторов недостаточно, их приходится соединять последовательно. В этом случае напряжение на них может распределяться неравномерно из за технологического разброса номиналов. Рассмотрим конкретный пример последовательного включения двух электролитических конденсаторов с номинальным напряжением 350 В постоянного тока, емкость которых имеет допуск ±20% от номинального значения. В худшем случае при максимальном разбросе емкость одного из них будет составлять 80%, а у другого — 120% от поминала. Теоретически при суммарном напряжении 700 В к одному из конденсаторов будет приложено 420 В, а к другому — 280 В. И эго без учета разброса сопротивлений утечки. Чтобы уравповесигь напряжения, иараллель по каждому конденсатору подключают выравнивающие резисторы. Специально для этих целей Hitachi А1С выпускает резисторы с максимальной мощностью от 5 до 20 Вт. которые крепятся винтами непосредственно к болтовым выводам конденсаторов.
Кроме конденсаторов с болтовыми выводами Hitachi А1С выпускает электролитические конденсаторы с усиленными выводами (рис 6).
Конденсаторы с выводами защелками уже давно завоевали широкую популярность. Рис. 6 позволит сориентироваться в правильпом выборе для достижения оптимального соотношения цены и качества. Конструкты выводов Snap In упрощает монтаж конденсаторов на печатную плату. Параметры электролитических конденсаторов Snap-In сведены в таблпцу 2.
На рис. 7 показана взаимосвязь между номинальным рабочим напряжением (Rated Voltage) и допустимым кратковременным напряженном (Surge Voltage), а в таблице 3 при пелена числовая гавнсимостъ между этими напряжениями.
При работе конденсатора совместно с индуктивностью на первом возникают перенапряжения. Ограничительный резистор и электронный ключ, шунтирующий ограничительный резистор после окончания заряда конденсатора, позволяют полностью устранить перегрузи)’ (рис. 7).
Танталовые чип-конденсаторы Hitachi AIC
Кроме электролитических конденсаторов Hitachi AIC выпускает широкую номенклатуру танталовых чип-конденсагоров стандартных типоразмеров обычной и повышенной надежности, с низким эквивалентным сопро типленнем. Имеются нinкопрофильная и миниатюрная серия, специальная серия конденсаторов со встроенным тепловым предохранителем. Диапазоны рабочих температур танталовых чип конденсаторов -S5…105°C, -55. ..125 «С, -55. ..150 4′.. Взаимосвязь между сериями танталовых чип-кондепсаторов Hitachi А1С показана на рис. 8, а их основные параметры сведены в таблице 4.
На рис. 9 показана рекомендуемая произво дителем область безопасной работы для тан таловых чип-кокдеисаггоров. Главный вывод, который можно сделать иа основании рис. 9: желательно иметь двукратный рекомендуемый запас ио напряжению.
Дополнительную информацию об элсктро литпческих и чип-танталовых конденсаторах Hitachi AIC с PDF файлами от производителя I datasheets) можно найти на сайте Hitachi А1С w ww.aic-«irope.c ora. в