I condensatori sono componenti assolutamente essenziali in molti progetti di circuiti e i condensatori elettrolitici in alluminio sono da tempo una scelta popolare. Tuttavia, i condensatori polimerici in alluminio di recente introduzione da KEMET offrono numerosi miglioramenti, tra cui un basso ESR, una migliore stabilità della temperatura e una maggiore durata. In questo articolo scoprirai perché potrebbe essere una buona idea valutare la scelta di un condensatore in polimero di alluminio rispetto a un condensatore elettrolitico in alluminio.
La nuova serie di condensatori polimerici solidi in alluminio di KEMET utilizza un elettrolita polimerico solido anziché un elettrolita liquido conduttivo. I tradizionali condensatori elettrolitici in alluminio utilizzano elettroliti liquidi conduttivi e per questo motivo vengono spesso definiti condensatori "bagnati". I vantaggi dei polimeri solidi includono un basso ESR che rimane stabile in tutte le temperature, frequenze e per tutta la durata operativa. Ciò significa che sono in grado di sopportare correnti di ripple più elevate e durano più a lungo rispetto ai condensatori "bagnati". Inoltre, il polimero solido li rende molto più resistenti alle vibrazioni, se confezionati correttamente.
Figura 1: Condensatori elettrolitici in polimero solido di alluminio di KEMET, con montaggio passante e superficiale
Fonte: Cosa sono i condensatori ai polimeri di alluminio? — KEMET e Mouser Electronics
Cos'è un condensatore polimerico solido?
I condensatori, in generale, sono due piastre conduttive (elettrodi) separate da un isolante (dielettrico). I condensatori elettrolitici sono polarizzati, ovvero funzionano solo quando un terminale è sempre a una tensione più positiva rispetto all'altro. Se viene applicata una tensione inversa, il condensatore potrebbe danneggiarsi.
Figura 2: Concetti base dei condensatori elettrolitici
In un condensatore elettrolitico in alluminio, gli elettrodi sono realizzati con fogli di alluminio. Tra i due elettrodi di alluminio è inserita una carta elettrolitica saturata con un elettrolita liquido conduttivo. Uno strato di ossido su uno degli elettrodi (l'anodo) è il dielettrico. L'altro elettrodo a lamina è chiamato catodo.
Al contrario, in un condensatore in polimero di alluminio, l'elettrolita è un materiale polimerico solido. Questo materiale polimerico elettricamente conduttivo riduce l'ESR, aumenta la stabilità della temperatura e prolunga la durata prevista. Inoltre, l'elettrolita del polimero solido non si deteriora seccandosi, come invece accade con gli elettroliti "bagnati".
Figura 3: Condensatore elettrolitico in alluminio con elettrolita polimerico solido
Quali sono i vantaggi dei polimeri solidi?
Il polimero organico solido utilizzato come elettrolita in questi nuovi condensatori polimerici solidi è di un ordine di grandezza più conduttivo rispetto ai tradizionali elettroliti liquidi. Ciò significa che hanno caratteristiche elettriche superiori.
ESR basso
I condensatori polimerici solidi presentano un ESR molto basso grazie all'elevata conduttività del materiale polimerico organico proprietario di KEMET e alla struttura del catodo polimerico solido. Un ESR basso indica che durante il lavoro del condensatore viene sprecata pochissima energia sotto forma di calore.
Elevata capacità di ripple
Poiché un'elevata corrente di ripple attraverso l'ESR di un condensatore provoca la dissipazione di potenza, un ESR più basso equivale a una minore potenza dissipata nel condensatore, il che a sua volta mantiene la temperatura del condensatore più bassa, rendendolo più utilizzabile in applicazioni ad alta temperatura e garantendogli una durata maggiore. Anche la corrente di ripple attraverso l'ESR crea tensioni di rumore sul rail, quindi un ESR più basso significa meno rumore nella stessa applicazione.
Stabilità ESR
L'elettrolita polimerico solido è altamente stabile a diverse frequenze operative, a diverse temperature operative e per tutta la durata del condensatore. Un condensatore polimerico ha un basso ESR su un ampio spettro di frequenze; ciò significa che le armoniche non sono causa di riscaldamento eccessivo e perdita di potenza.
Stabilità di capacità
Un altro vantaggio legato all'uso di un elettrolita polimerico solido è che la capacità è più stabile lungo tutta la vita operativa del prodotto. Gli elettroliti in alluminio "umidi" tradizionali perdono capacità a una velocità molto più elevata.
Aspettativa di lunga durata
Con una durata prevista fino a 5.000 ore a 105 °C, superano di gran lunga i tradizionali elettrolitici in alluminio. Meglio ancora, la durata prevista aumenta di un ordine di grandezza (dieci volte) per ogni 20°C di diminuzione della temperatura di esercizio del condensatore.
Perché i condensatori polimerici solidi sono adatti alle vibrazioni?
I condensatori polimerici solidi della serie A768 di KEMET sono appositamente progettati per resistere a forze di vibrazione fino a 30G. Oltre a tutti i vantaggi dei condensatori polimerici sopra menzionati, il polimero solido è anche più stabile a livello strutturale interno, il che implica che può resistere a vibrazioni più elevate. Ma per realizzare questo potenziale, sono state fatte alcune scelte di progettazione per sfruttarlo e creare la serie A768.
Base più alta: la base più alta dell'A768 fornisce un maggiore supporto fisico per l'involucro del condensatore
Terminali aggiuntivi: i terminali "fittizi" aggiuntivi non garantiscono una migliore connettività elettrica. Piuttosto, servono a fornire una base più stabile e fisicamente connessa al PCB. Insieme, la solida struttura in polimero, la base più alta e i terminali "fittizi" aggiuntivi offrono un prodotto in grado di resistere a vibrazioni fino a 30 G. Questi componenti sono disponibili con un diametro di 10 mm e sono certificati AEC-Q200 per il settore automobilistico.
Applicazioni ideali per condensatori polimerici solidi antivibrazioni
Sono numerose le applicazioni che traggono vantaggio dall'impiego di condensatori robusti, in grado di funzionare in ambienti ad alta vibrazione. Una delle migliori applicazioni riguarda i circuiti dei convertitori di potenza nelle automobili. Con l'aumento dei dispositivi elettronici installati all'interno dei veicoli e delle parti che includono sistemi elettrici, aumenta anche la necessità di una conversione di potenza altamente affidabile in condizioni estreme.
Le nuove auto elettriche richiedono di un numero enorme di circuiti di conversione di potenza, dalla ricarica e manutenzione delle batterie, all'alimentazione della trasmissione e dei sistemi di controllo. Le vibrazioni prodotte dalle parti mobili dei motori, degli assi, delle ruote e delle superfici stradali mettono a dura prova ogni parte di un'auto. Grazie alla serie di condensatori antivibrazioni di KEMET, i sottosistemi elettrici, le unità di controllo del motore e i convertitori CC/CC per autoveicoli possono funzionare in modo più affidabile e per un periodo più lungo che mai.
Serie di condensatori in polimero di alluminio A768 di KEMET
La serie A768 di KEMET è disponibile con capacità da 18µF fino a 1000µF e tensioni da 16 V fino a 80 VDC. Grazie all'ampio intervallo di temperature d'esercizio, da -55 °C a 125 °C, alla qualifica AEC-Q200 per l'automotive e al packaging resistente alle vibrazioni, questi condensatori sono ideali per la maggior parte delle applicazioni di conversione di potenza, in particolare nei veicoli e nelle macchine industriali.
I condensatori in polimero di alluminio di KEMET sono privi di alogeni e compatibili con i processi standard di assemblaggio tramite saldatura senza piombo.
Prodotti in evidenza
Condensatore polimerico al tantalio
Condensatore in alluminio polimerico