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Anwendungshinweise für hermetisch abgedichtete Hochenergie-Tantalkondensatoren

October 07, 2023

 

 

Hermetisch abgedichteter Hochenergie-Tantalkondensator zeichnet sich durch hohe Leistung, hohe Energiedichte, niedrige Impedanz und vollständige Abdichtung aus. Durch die innovative Parallelstruktur mit mehreren Anoden wird die Eigenimpedanz des Kondensators deutlich reduziert, was zu einer geringeren Wärmeentwicklung und einer höheren Zuverlässigkeit beim Laden und Entladen mit hoher Leistungsdichte führt. Darüber hinaus kann es in Stromkreisen mit einigen Wechselstromkomponenten zur Entladung und Doppelfunktionsfilterung als Filter und Leistungskompensationsgerät verwendet werden.

 

Um eine hohe Zuverlässigkeit im Einsatz zu gewährleisten, beachten Sie bitte die folgenden Punkte.

 

1. Testen

 

1.1 Der hermetisch abgedichtete Hochenergie-Tantalkondensator ist eine polare Komponente, die Polarität darf während der Verwendung und Prüfung nicht umgekehrt werden. Bei einer Verpolung wird die Zuverlässigkeit des Kondensators irreversibel beeinträchtigt und er kann nicht mehr verwendet werden.

 

1.2 Kapazitäts- und Verlustfaktorr Messbedingungen: 1,0 Veff bei 100 Hz

 

1.3 Äquivalenter SerienwiderstandESR):gemessen bei 1000 Hz, 1 Vrms

 

1.4 Ableitstromtest: Bemessungsspannung oder Klassenspannung 5 Minuten lang anlegen. Die qualifizierten Standards für Ableitströme finden Sie in den Produktspezifikationen und den entsprechenden Spezifikationen.

 

1.5 Es müssen professionelle Prüfinstrumente und Vorrichtungen verwendet werden. Mit einem Multimeter können keine Parameter getestet werden hermetisch abgedichteter Hochenergie-Tantalkondensator. Eine Prüfung mit einem Multimeter ist unabhängig von der Polarität nicht möglich.

 

1.6 Ein hermetisch versiegelter Hochenergie-Tantalkondensator kann eine große Menge elektrischer Energie speichern. Nach der Durchführung eines Leckstromtests muss der Kondensator vor der Verwendung mit einem Standard-Leckstromtester gründlich entladen werden.

Entladungswiderstand: 1000 Ohm;

Entladezeit: 5 Minuten

Restspannung nach Entladung:<1V

 

1.7 Die Prüfung der elektrischen Leistung muss in der folgenden Reihenfolge durchgeführt werden und darf nicht verletzt werden.

Testablauf: Kapazitäts- und Verlustfaktor - ESR – Leckstrom – Entladung

  

2. Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung auf verschiedenen Stromkreisen

 

2.1 Verzögerungsschutzschaltung

Die in solchen Schaltkreisen verwendeten Kondensatoren dienen in erster Linie als Notstromversorgung für unerwartete Stromausfälle und erfordern ein automatisches Einschalten, wenn die Hauptstromquelle plötzlich ausfällt. Sie müssen unter bestimmten Spannungs- und Leistungsdichteanforderungen eine bestimmte Stromversorgungsdauer aufrechterhalten. Achten Sie beim Entwurf solcher Schaltkreise bitte auf den mathematischen Zusammenhang zwischen der Gesamtimpedanz des nachgeschalteten Schaltkreises des Kondensators und der erforderlichen Spannung, Kondensatorkapazität und dem Leistungsbedarf. Darüber hinaus ist es ratsam, während der Entwurfsphase bei der Auswahl der Kondensatorkapazität einen Spielraum von mindestens 50 % zu lassen, um sicherzustellen, dass im Falle unvorhergesehener Faktoren genügend Stromversorgungszeit und Leistungsdichte zur Verfügung stehen. Die konkrete Berechnung lautet wie folgt:

 

Wenn die Schaltung normal funktioniert,

Eingangsleistung: P

Kapazität: C

Spannung an beiden Enden: U1

Dann beträgt die vom Kondensator gespeicherte Energie

W1=CU12/2

Wobei U12 das Quadrat von U1 darstellt.

Bei Ausfall der Eingangsstromversorgung sinkt nach einer Zeit t die Spannung an beiden Enden U2,

Dann beträgt die verbleibende Energie des Kondensators

W2=CU22/2

Die dabei freigesetzte Energie:

W=W1-W2=CU12-U22/2

Sie sollte der Energie entsprechen, die erforderlich ist, damit der Stromkreis ordnungsgemäß funktioniert:

W=Ptd.h. Eingangsleistung multipliziert mit der Zeit

Daher,

CU12-U22/2=Pt

Daraus ergibt sich die für die Schaltungserhaltungszeit t erforderliche Mindestkapazität zu:

C=2Pt/U12-U22

In praktischen Anwendungen ist U2 die minimale Eingangsspannung, mit der eine Schaltung normal arbeiten kann.

 

Beispiel:

Wenn die Schaltung normal funktioniert, beträgt die Eingangsspannung 28 V (U1), die Eingangsleistung 30 W (P) und die minimale Eingangsspannung, die normal funktionieren kann, beträgt 18 V (U2). Es ist erforderlich, dass die Schaltung auch nach einem Stromausfall von 50 Millisekunden (t) von der Eingangsstromversorgung noch funktionieren kann, dann beträgt die für die Energiespeicherkapazität erforderliche Mindestkapazität

 

C=2Pt/U12-U22

=2×30×50/282-182

=3000/784-324

=6,522mF=6522μF

 

Ein Energiespeicherkondensator, der am vorderen Ende eines Stromversorgungskreises verwendet wird, hat eine Eingangsspannung von 50 V. Wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, beginnt der Kondensator, Energie an den nachfolgenden Stromkreis zu liefern, und die Spannung muss auf mindestens 50 V gehalten werden 18 V bei gleichzeitiger Bereitstellung von Energie für 75 W. Berechnen Sie die erforderliche Kapazität.

Diese Schaltung erfordert auch einen genauen Schleifenwiderstand. Die Größe des Stromkreiswiderstandes bestimmt die erforderliche Kapazität des Kondensators.

Die Umrechnungsformel für die Leistung jedes Parameters in dieser Schaltung lautet wie folgt:

C=R×PT×T/(U1-U2)

 

In der Gleichung:

 

C: Erforderliche Kapazität (F)

R: Gesamtwiderstand des Stromkreises (Ω)

Pt: Die Leistung, die der Stromkreis aufrechterhalten muss (W)

T: Haltezeit der Schleifenleistung (s)

U1: Eingangsspannung (V)

U2: Spannung, die eine bestimmte Leistung und Entladezeit (V) aufrechterhalten kann

Der in solchen Schaltkreisen verwendete Kondensator muss auf maximal 70 % der Nennspannung herabgesetzt werden.

 

2.2 Lade- und Entladeschaltung

Aufgrund seiner hohen Energiedichte und niedrigen Impedanzeigenschaften ist dieser Kondensator die beste Wahl für Hochleistungsentladungsschaltungen. Der hermetisch abgedichtete Hochenergie-Tantalkondensator, der in solchen Schaltkreisen verwendet wird, kann unter bestimmten Bedingungen immer noch eine hohe Leistungsdichte bei unbegrenztem Laden und Entladen erreichen und weist dennoch eine hohe Zuverlässigkeit auf. Es ist die beste Sofortstromversorgung.

 

In solchen Schaltkreisen kann der Zusammenhang zwischen der Kapazität der Kondensatoren, der Ausgangsleistungsdichte und der Lastleistung unter Bezugnahme auf Abschnitt 2.1 berechnet werden.

 

Bei diesem Schaltungstyp darf der maximale Entladestrom I, dem der Kondensator einzeln ausgesetzt werden kann, 50 % des nach der folgenden Formel berechneten Stromwerts nicht überschreiten;

Aufgrund des inhärenten thermischen Gleichgewichtsproblems, mit dem Kondensatoren bei Hochleistungsentladungen zwangsläufig konfrontiert sind, wird der maximale Gleichstromimpuls, dem Tantalkondensatoren in einem Gleichstrom-Hochleistungsentladungskreis mit fester Impedanz sicher standhalten können, durch die folgende Formel bestimmt:

 

I=UR /R+ESR

 

In der Gleichung:

 

I: Maximaler DC-Stoßstrom (A)

R: Die Gesamtimpedanz des Stromkreises zum Testen oder Entladen (Ω)

UR: Nennspannung (V)

ESR: Äquivalenter Serienwiderstand (Ω)

 

Aus der obigen Formel lässt sich erkennen, dass bei einem Produkt mit einem höheren ESR (Äquivalenter Serienwiderstand) seine sichere DC-Stoßstrombelastbarkeit verringert wird. Dies bedeutet auch, dass, wenn ein Produkt den halben ESR eines anderen hat, seine Widerstandsfähigkeit gegen Gleichstromstöße doppelt so hoch ist und auch seine Filtereigenschaften besser sind.

Beim Einsatz von Kondensatoren in solchen Schaltkreisen sollte die tatsächliche Betriebsspannung 70 % der Nennspannung nicht überschreiten, da die Kondensatoren kontinuierlich mit hoher Leistung arbeiten. Angesichts der Auswirkungen der Wärmeableitung auf die Zuverlässigkeit ist es für eine höhere Zuverlässigkeit sogar besser, die Nutzung auf unter 50 % zu reduzieren.

Darüber hinaus kommt es bei der Verwendung dieses Kondensatortyps in solchen Schaltkreisen aufgrund des hohen Betriebsstroms zu einer gewissen Erwärmung des Kondensators. Bei der Platzierung des Kondensators ist unbedingt darauf zu achten, dass er nicht zu nahe an anderen wärmeempfindlichen Bauteilen positioniert wird. Darüber hinaus muss der Einbauraum für diesen Kondensator gut belüftet sein.

 

2.3 Filterung und Leistungskompensation für die Sekundärseite der Stromversorgung 

Der zulässige Wechselstromwelligkeitswert des in solchen Schaltkreisen verwendeten Kondensators muss streng kontrolliert werden. Andernfalls kann eine übermäßige Wechselstromwelligkeit zu einer erheblichen Erwärmung des Kondensators und einer verringerten Zuverlässigkeit führen. Grundsätzlich sollte der maximal zulässige Wechselstromwelligkeitswert 1 % der Nennspannung nicht überschreiten, der Strom sollte 5 % des maximal zulässigen Entladestroms nicht überschreiten und die maximal zulässige Betriebsspannung des Kondensators sollte 50 % des Nennwerts nicht überschreiten Stromspannung.

 

3. Derating-Design von hermetisch abgedichteter Hochenergie-Tantalkondensator

 

Im Allgemeinen hängt die Zuverlässigkeit von Kondensatoren eng mit den Betriebsbedingungen der Schaltung zusammen. Um eine ausreichende Zuverlässigkeit im Einsatz zu gewährleisten, ist die Einhaltung folgender Grundsätze unbedingt erforderlich:

3.1 Reduzieren Sie mehr statt weniger

Denn je größer die Leistungsreduzierung der Kondensatoren ist, desto höher ist die Zuverlässigkeit im Umgang mit unerwarteten Stromschlägen. Darüber hinaus sollte das Derating-Design auf der Zuverlässigkeit unter möglichen extremen Einsatzbedingungen wie hohen Betriebstemperaturen, hohen Rippelströmen und erheblichen Temperatur- und Leistungsschwankungen basieren.

 

3.2 Wählen Sie lieber eine große als eine kleine Kapazität

Je größer die Kapazität, desto höher ist die momentane elektrische Energie, die sie liefern kann. Da dieser Kondensator außerdem in die Grundkategorie der Tantal-Elektrolytkondensatoren fällt, erfährt er bei niedrigen Temperaturen einen größeren Kapazitätsverlust (im Vergleich zu Festkörper-Tantalkondensatoren). Daher sollte die Kapazitätsauswahl auf der Kapazität bei extrem negativen Temperaturen basieren. Dies ist besonders wichtig für Kondensatoren, die in großen Höhen eingesetzt werden. Spezifische Kapazitätsschwankungen bei niedrigen Temperaturen finden Sie in den Produktspezifikationen und relevanten Normen.

 

3.3 Auswahl der Impedanz

Für Schaltkreise, die in Situation 2.3 verwendet werden, ist es für eine höhere Zuverlässigkeit und verbesserte Filterleistung wichtig, wann immer möglich Produkte mit einem niedrigeren ESR zu wählen.

 

3.4 Auswahl der Kondensatorgröße

Da kleinere Produkte mit gleicher Kapazität und Spannung aus Tantalpulver mit höherer spezifischer Kapazität hergestellt werden müssen, ist der ESR des Produkts höher und auch der Leckstrom größer. Daher ist die Zuverlässigkeit des Produkts geringer als bei größeren Produkten. Wenn es der Bauraum zulässt, sollten möglichst Produkte mit größeren Volumina eingesetzt werden, um eine höhere Zuverlässigkeit zu erreichen.

 

4. Installation

 

4.1 Installationsmöglichkeiten 

Der positive Anschlussdraht von Hybridenergie-Tantalkondensatoren kann nicht direkt an die Leiterplatte geschweißt werden, sondern muss über den externen Anschlussdraht an die Leiterplatte geschweißt werden. Es wird hochenergetisches Tantal-Komposit vorhanden sein.

Es gibt drei Möglichkeiten, die Platine zu installieren, wie unten gezeigt:

Abbildung 1Installationsart einer einzelnen Minuspolleitung (durch Montagerahmen befestigt)

 

 Figur 2Installationsmodus mit doppelter negativer oder dreifacher negativer Leitung (festgelegt durch negative Leitung)

 

 

Figur 3Doppelschrauben- oder Dreifachschraubenmontage (Befestigung durch Schraube)

 

4.2 Überlegungen zur Auswahl der Installationsmethode 

Aufgrund der relativ großen Masse und Größe dieses Kondensators empfiehlt es sich, bei der Installation folgende Grundsätze zu beachten:

aBei Spezifikationen mit großer Größe und Masse sollten so weit wie möglich die vom Hersteller bereitgestellten Standardmontagehalterungen verwendet werden, um sicherzustellen, dass es bei der Verbindung zwischen Produkt und Stromkreis nicht zu plötzlichen Stromkreisunterbrechungen kommt, wenn das Gerät großen Vibrationen und Überlastungsstößen ausgesetzt ist um die Anforderungen an die Installationsfestigkeit sicherzustellen.

(b) Für Bedingungen, bei denen Größe und Masse relativ gering sind und strenge Anforderungen an den Installationsraum bestehen, können Kondensatorprodukte mit integrierten Befestigungsschrauben verwendet werden. Bei solchen Installationen ist unbedingt auf eine hohe Festigkeit der Leiterplatte zu achten. Darüber hinaus muss nach dem Anziehen der Befestigungsschrauben ein Dichtmittel auf Epoxidbasis zum Sichern der Schrauben verwendet werden. Wenn die Bedingungen es zulassen, können auch andere Befestigungsarten (z. B. das Auftragen von Klebstoff auf den Kondensatorsockel) eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass die Montagefestigkeit des Kondensators den Anforderungen für extreme Einsatzbedingungen entspricht.

(c) Bei Produkten, die in Hochleistungs-Dauerentladungskreisen verwendet werden, sollten Kondensatoren nicht zu nahe an Geräten mit erheblicher Wärmeableitung installiert werden, um eine Überhitzung des Kondensators und eine verminderte Zuverlässigkeit zu verhindern. Darüber hinaus sollten Kondensatoren, die in solchen Schaltkreisen verwendet werden, keine wärmeisolierenden Dichtungsbeschichtungen auf ihren Gehäusen aufweisen, um eine Verschlechterung der Wärmeableitungsleistung zu vermeiden, was zu erhöhten Temperaturen und einer verringerten Zuverlässigkeit der Kondensatoren führen könnte.

(D) Bei Produkten, die in unterbrechungsfreien Entladekreisen mit hoher Leistung verwendet werden, ist es wichtig, über gute Belüftungsbedingungen zu verfügen, um sicherzustellen, dass die von den Kondensatoren erzeugte Wärme sofort abgeführt werden kann und ein übermäßiger Temperaturanstieg der Kondensatoren verhindert wird.

(e) Der Anodenanschluss von hermetisch abgedichteter Hochenergie-Tantalkondensator ist mit einem isolierenden Keramikmaterial mit dem Gehäuse verbunden. Deshalb muss beim Einbau die auf der Platine befestigte Plusleitung über angelötete Nickelbasisleitungen angeschlossen werden; Es ist nicht zulässig, die zu kurzen Tantalleitungen direkt auf die Platine zu löten. Dies liegt daran, dass kurze Plusleitungen die Dichtung des Kondensators beeinträchtigen können, wenn er starker Überlastung und hochfrequenten Vibrationen ausgesetzt ist, was zu Undichtigkeiten und zum Ausfall des Kondensators führen kann.

 

5. Schaltungsschutz

 

5.1 Wenn der ausgewählte Kondensator bei einer Frequenz mit erheblichen Leistungsschwankungen arbeitet, empfiehlt es sich, einen Überlastschutz im Stromversorgungskreis zu implementieren, der den Energieausgleich des Kondensators gewährleistet. Dies trägt dazu bei, eine Überlastung der Stromversorgung bei einem plötzlichen Anstieg des Anlaufstroms zu verhindern.

5.2 Der Stromkreis, in dem dieser Kondensator verwendet wird, muss über eine Sperrspannungssteuerung und einen separaten Entladepfad verfügen, um zu verhindern, dass der Kondensator während des Betriebs und beim Herunterfahren Spannungsspitzen erfährt. Die im Kondensator gespeicherte Energie sollte nach Gebrauch ordnungsgemäß entladen werden.

 

 

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