Elektrolytické a polymérne hybridné kondenzátory majú takmer rovnaký dizajn: pozostávajú z katódovej strany a anódovej strany a obe sú vyrobené z hliníkového filmu. Anódový film sa oxiduje za vzniku vrstvy oxidu hlinitého, ktorá tvorí dielektrikum. Tieto dve fólie sa zvinú pomocou izolačného papiera, čím sa vytvorí zvinutý prvok (P1, P2).
P1
P2. Základná konštrukcia elektrolytických a polymérových kondenzátorov
Rozdiel medzi týmito dvoma kondenzátormi je materiál použitý v procese plnenia, odkiaľ pochádza aj názov: elektrolytické kondenzátory sú naplnené elektrolytom, zatiaľ čo polymérne hybridné kondenzátory používajú polymérny elektrolyt alebo kombináciu pevných a kvapalných polymérov.
Oba kondenzátory ponúkajú mnoho výhod, ako je malá veľkosť, ale vysoká hodnota kapacity, nízka cena a vhodnosť pre širokú škálu dizajnov, ako sú SMD, THT alebo snap-in dizajny.
Polymérové hybridné kondenzátory majú vyššiu kapacitu zvlnenia prúdu ako elektrolytické kondenzátory, ako aj nižší vnútorný odpor pri nízkych teplotách a stabilnejšiu kapacitu pri vysokých frekvenciách. Nevýhodou oboch kondenzátorových technológií je ich obmedzená životnosť. Počas prevádzky sa elektrolyt alebo tekutý polymér zmršťuje (P3).
P3. Elektrolyt alebo tekutý polymér počas prevádzky difunduje, čo skracuje životnosť kondenzátora.
Arrheniusova rovnica môže približne odhadnúť životnosť kondenzátora.
Najväčším faktorom ovplyvňujúcim životnosť elektrolytických a polymérových hybridných kondenzátorov je teplota jadra kondenzátora, ktorá stúpa s teplotou okolia a úrovňou použitého zvlneného prúdu. Navyše, mechanické namáhanie v dôsledku vysokého zvlneného prúdu môže poškodiť vrstvu oxidu, čo má za následok samoliečiaci efekt, ktorý spotrebúva dodatočný elektrolyt. Samoliečenie je schopnosť elektrolytických kondenzátorov a polymérnych hybridných kondenzátorov obnoviť vrstvu oxidu chemickou reakciou medzi elektrolytom a hliníkom. Zmršťovanie elektrolytu môže tiež viesť k zhoršeniu elektrických parametrov, ako je kapacita a parametre, ako je ekvivalentný sériový odpor (ESR) a stratový faktor.
Koniec životnosti je zvyčajne štádium, v ktorom nie sú splnené parametre údajového listu (zvyčajne zvýšenie straty kapacity a percento stratového faktora).
Pri identifikácii kondenzátorových produktov, ktoré spĺňajú elektrické parametre počas cieľovej prevádzky konečného produktu, môže používateľ použiť na počiatočné vyhodnotenie Arrheniovu rovnicu. Ako je znázornené na P4, životnosť ako funkcia difúzneho koeficientu je do značnej miery analogická Arrheniovej rovnici. Spravidla sa to dá vyjadriť takto: zníženie prevádzkovej teploty o 50 stupňov F (10 stupňov) zdvojnásobuje životnosť.
P4. Arrheniova rovnica aj empirická metóda ukazujú, že pokles prevádzkovej teploty o 50 stupňov F (10 C)
zdvojnásobuje životnosť kondenzátora a poskytuje takmer konzistentné výsledky
Arrheniova rovnica poskytuje len hrubý návod, pretože neberie do úvahy významný vplyv zvlneného prúdu na samoohrievací efekt.
Na získanie presnej hodnoty pre výpočet životnosti sa odporúča, aby používateľ spolupracoval s príslušným dodávateľom kondenzátora. Tento výpočet vyžaduje, aby zákazník poskytol profil úlohy s podrobnosťami o skutočných prevádzkových hodinách v príslušnom teplotnom rozsahu.
P5. Vzorový profil úlohy ukazuje, aké parametre potrebuje dodávateľ na presný výpočet životnosti
Každý dodávateľ používa samostatnú kalkuláciu pre svoje vlastné produkty, ktorá zahŕňa teplotné profily a zaťaženie zvlneným prúdom. Dodávatelia preto môžu použiť profily úloh poskytnuté zákazníkom na podrobné výpočty životnosti.
To tiež zabraňuje použitiu nadmerne špecifikovaných a drahších kondenzátorov.
Zväčšenie povrchovej plochy chladiča je dobrý spôsob, ako zlepšiť odvod tepla a tým predĺžiť životnosť kondenzátora. Napríklad aktívne chladenie pomocou ventilátorov alebo vody môže zabezpečiť lepší odvod tepla. Používatelia môžu tento typ koncepcie chladenia zvážiť pri overovaní komponentov a výpočte životnosti.
Kľúčovú úlohu zohráva aj pripojenie chladiaceho prvku ku kondenzátoru.
Pripojenie chladiaceho prvku priamo ku komponentu je často efektívnejšie ako jeho umiestnenie na druhú stranu dosky. Okrem toho je potrebné zvážiť periférnu jednotku kondenzátora, pretože súčasne vyžaruje a absorbuje teplo cez kolíky, najmä ak sú v blízkosti inštalované výkonové polovodiče alebo iné komponenty generujúce teplo. Ak sú k dispozícii empirické údaje (napr. teplota v zapnutom stave, prúd, napätie a frekvencia), tento tepelný príkon možno zahrnúť do výpočtu životnosti.
Ak používateľ používa tepelne vodivé pasty alebo podložky, rozhodujúcim faktorom je ich tepelná odolnosť. Čím nižšia je hodnota, tým vyššia je tepelná účinnosť. Ak je potrebné chladiaci prvok elektricky izolovať, treba zvoliť izolačnú tepelnú pastu alebo vhodnú spájkovaciu podložku.
Ak si užívateľ želá vykonať vlastné výpočty alebo simulácie, modely tepelného odporu možno získať od dodávateľa od jadra kondenzátora (vinutia) až po nohy a obal.
Ak sú úplne pochopené odvod tepla a tepelný odpor z horného krytu alebo dosky plošných spojov do chladiaceho prvku, možno odvodiť dodatočný odvod tepla alebo prívod tepla. Po overení možného odvodu tepla môže dodávateľ povoliť použitie vyšších zvlnených prúdov pre usporiadanie dosky za predpokladu, že sa neprekročí maximálny zvlnený prúd určený dodávateľom, pretože by to spôsobilo mechanické zaťaženie kondenzátora.
P6. Schéma tepelného ekvivalentného obvodu kondenzátora
Pri výbere kondenzátorového produktu sa odporúča použiť na určenie počiatočných smerných hodnôt Arrheniovu rovnicu. Použitím profilu úlohy je možné presne vypočítať životnosť kondenzátora zvoleného pre danú aplikáciu, ktorý zohľadňuje aj stupeň samovoľného zahrievania spôsobeného zvlneným prúdom. Aby sa maximalizovala životnosť kondenzátora, používateľ by mal preskúmať možné koncepcie chladenia a zapojiť dodávateľa alebo distribútora do fázy vývoja.