48V 산업용 전원 공급 장치용 벌크 커패시터를 선택한다고 가정해 보십시오. 정상 상태 레일은 52V를 측정하고 부하 단계 과도 현상은 최대 58V까지 울립니다. 63V 커패시터는 충분히 가까워 보이고 75V 부품은 더 안전해 보이며 둘 다 커패시터의 실제 항복 전압보다 훨씬 낮습니다. 그렇다면 설계 문제는 부품이 58V에서 살아남을 수 있는지 여부가 아닙니다. 거의 확실히 그렇습니다. 진짜 질문은 그 명백한 헤드룸을 위해 얼마나 많은 장기적인 신뢰성을 기꺼이 교환할 의향이 있는지입니다.
전해 커패시터의 항복 전압은 산화알루미늄 유전체가 절연체 역할을 멈추고 전도를 시작하는 전압입니다. 양극박 위에 성장하는 산화층의 두께에 따라 정해진 물리적 한계다. 정격 전압, 서지 전압 및 과도 전압을 포함하여 커패시터에 인쇄된 모든 전압 정격은 유전체를 해당 한계 미만으로 안전하게 유지하기 위해 존재합니다. 이 기사에서는 해당 제한이 설정되는 방법, 이를 초과하면 어떤 일이 발생하는지, 적절한 여유가 있는 전압 정격을 선택하는 방법에 대해 설명합니다.
전해 커패시터의 항복 전압은 무엇입니까?
알루미늄 전해 커패시터는 에칭된 양극 포일 표면에 전기 화학적으로 형성된 산화알루미늄(Al2O3)의 얇은 층에 전하를 저장합니다. 형성 과정에서 산화물은 적용된 형성 전압에 비례하는 두께로 볼트당 약 1.2~1.5나노미터의 속도로 성장합니다. 따라서 정격 전압이 100V인 커패시터는 120~150nm 범위의 산화물 층을 가지며, 그 두께는 유전체의 항복 전압을 결정하는 주요 요소입니다.
순방향 DC 전압이 적용되면 산화물 층은 양극과 전해질 사이의 전기장을 막아야 합니다. 전압이 충분히 상승하면 전계는 산화물의 유전 강도를 초과합니다. 전자는 미세한 결함을 통해 터널링을 시작하고 누설 전류는 급격하게 상승하며 국부적인 가열이 뒤따릅니다. 습식 액체 전해질 커패시터에서는 열로 인해 전해질이 분해되어 가스가 생성될 수 있습니다. 고체 폴리머 커패시터에서는 동일한 과전압으로 인해 심한 단락이 발생하는 경우가 더 많습니다.
산화막 두께는 제조가 끝날 때 고정되므로 완성된 커패시터의 항복 전압은 물리적 특성이며 온도나 리플에 따라 변하는 값이 아닙니다. 게시된 등급은 그 아래에 의도적인 여백을 두고 선택됩니다.
정격 전압, 서지 전압 및 항복 전압: 관계
정격 전압은 모든 수명, 리플 및 누설 사양을 충족하면서 정격 온도에서 처리하도록 설계된 커패시터의 최대 연속 DC 전압입니다. 서지 전압은 커패시터가 짧은 기간 동안 견딜 수 있는 비반복적인 과전압이며 각 시리즈에 대해 개별적으로 정의됩니다. 둘 다 절연 파괴 한계보다 훨씬 아래에 위치합니다.
| 매개변수 | 의미 | 항복전압과의 관계 |
|---|---|---|
| 정격전압(DC) | 커패시터가 수명 및 리플 사양을 충족하는 정격 온도에서의 최대 연속 DC 전압 | 일반적으로 항복 전압의 60~80% |
| 서지 전압 | 정의된 짧은 기간 동안 커패시터가 견딜 수 있는 최대 비반복 과전압 | 정격전압과 항복전압 사이 |
| 과도전압 | 스위칭, 부하 단계 또는 시스템 이벤트 중에 커패시터에 나타날 수 있는 짧은 기간의 전압 스파이크 | 정격 전압은 높지만 항복 전압은 여전히 낮습니다. |
| 항복 전압 | 산화알루미늄 유전체가 절연성을 잃고 전류를 전도하는 전압 | 물리적 한계 그 자체 |
일반적인 알루미늄 전해 커패시터의 경우 정격 전압은 항복 전압의 60~80% 사이에 위치합니다. 예를 들어, 63V 정격 부품은 대략 85V ~ 100V까지 고장나지 않을 수 있습니다. 이러한 내부 마진은 커패시터가 즉각적인 고장 없이 서지 테스트, 전압 스파이크 및 짧은 과전압 이벤트를 견딜 수 있도록 해줍니다. 사용 가능한 등급으로 취급되어서는 안 됩니다.
항복 전압을 초과하면 어떻게 되나요?
정격 전압 이상이지만 항복 한계 이하로 작동하는 것은 즉시 치명적이지는 않지만 해롭습니다. 누설 전류가 증가하고 산화물 층에 전계 응력이 증가하며 전해질이 더 빨리 소모됩니다. 항복점에 가까운 반복적인 편위는 점차적으로 정전 용량을 감소시키고 ESR을 증가시키며, 이는 액체 전해질 부분에서 측정 가능한 수명 손실로 이어집니다.
항복 전압을 교차하는 것은 다른 이벤트입니다. 산화물의 가장 약한 부분은 증가하는 전류를 전달하고 국부적인 온도는 추가 항복을 유발합니다. 습식 알루미늄 전해 콘덴서에서는 열에 의해 손상된 부위에서 산화물이 재생되기 때문에 작은 결함이라도 자가 치유될 수 있습니다. 더 높은 에너지를 사용할 수 있으면 가스 생성으로 인해 압력 배출구가 열리고 커패시터가 파괴됩니다. 고체 폴리머 커패시터는 이 모드에서 자가 치유 능력이 거의 없으며 고장은 일반적으로 내부 단락으로 인해 발생합니다.
역극성은 별도의 실패 조건으로 처리되어야 합니다. 주요 산화물 층은 양극에만 존재하므로 역전압이 음극 포일의 얇은 산화물을 공격합니다. 낮은 역전압이라도 해당 층을 빠르게 파괴할 수 있습니다. 전원을 켜거나 끄는 동안 역바이어스에 노출된 커패시터는 바이폴라로 지정되거나 회로 설계에 의해 보호되어야 합니다.
적절한 마진으로 전압 정격을 선택하는 방법
실제 시작점은 공칭 버스 전압이 아니라 커패시터에 나타나는 최악의 전압입니다. AC 리플 또는 일시적 링잉의 피크를 최대 DC 레벨에 추가한 다음 경감 요인을 적용합니다. 알루미늄 전해 콘덴서의 일반적인 규칙은 최대 인가 전압을 정격 전압의 80% 이하로 유지하는 것입니다. 심각한 과도 환경의 경우 많은 설계자는 65~70%를 목표로 합니다.
48V 버스 예로 돌아가십시오. 52V 정상 상태 최대 및 58V 최악의 과도 상태에서 80% 규칙은 최소 72.5V의 정격 전압을 요구합니다. 가장 가까운 표준 정격은 75V 및 80V이므로 엔지니어링에서는 75V 커패시터를 선택하는 반면 63V 부품은 과도 상태를 8%만 제거합니다. 더 안전한 선택의 비용은 물리적 크기입니다. 왜냐하면 전압 정격이 높을수록 산화물이 더 두껍고 동일한 커패시턴스에 대해 더 큰 캔을 의미하기 때문입니다.
- DC 허용오차, 리플, 부하 단계, 시동 오버슈트를 포함하여 커패시터 단자에서 최악의 피크 전압을 측정하거나 시뮬레이션합니다.
- 해당 피크에 안정성 목표에 사용된 경감 요인(보통 1.2 이상)을 곱합니다.
- 결과 위에서 가장 가까운 표준 전압 정격을 선택합니다.
- 선택한 부품의 서지 전압 정격이 최악의 과도 피크도 제거하는지 확인하십시오.
보드 레벨 DC 버스용 방사형 부품
방사형 리드 커패시터는 보드 레벨 DC 버스에서 일반적이며 우리는 방사형 전해 커패시터의 전압 정격이 회로 신뢰성에 미치는 영향 별도의 기사에서. 방사형 형식에서는 CD11H 초고전압 장수명 방사형 커패시터 시리즈 중전압 및 고전압 위치에서 지속적인 DC 스트레스를 위해 설계되었습니다.
CD11H 초고전압 장수명 방사형 알루미늄 전해 커패시터 공급 장치 Nantong Xingchen Electron Co., Ltd.는 중국 도매 CD11H 초고전압 장수명 방사형 알루미늄 전해 커패시터 공급업체입니다... 제품보기 → 소형 고출력 스테이지용 스냅인 부품
더 높은 전력 레벨에서는 스냅인 커패시터가 대신합니다. 정류기 또는 인버터 스테이지가 소형 보드 실장 패키지에서 높은 정전 용량을 필요로 하는 경우 다음과 같은 부품이 필요합니다. CD297 초고전압 저누설 긴 수명 스냅인 커패시터 시리즈 누설 전류를 낮게 유지하면서 높은 정격 전압을 제공합니다.
CD297 초고전압, 저누설, 긴 수명의 스냅인 알루미늄 전해 C Nantong Xingchen Electron Co., Ltd.는 중국 도매 CD297 초고전압, 저누설, 긴 수명의 스냅인 알루미늄 전해 커패시터입니다. 제품보기 → 이것이 디자인에 미치는 영향
항복 전압은 커패시터가 고장나는 이유를 이해하는 데 유용한 개념이지만 설계 매개변수는 아닙니다. 정격 전압으로 설계하고 서지 정격을 준수하며 회로의 과도 심각도에 맞는 경감 마진을 유지하십시오. 정격 전압의 60~80%에서 작동하는 커패시터는 수명 요구 사항을 충족합니다. 등급의 가장자리에서 작동하는 것은 그렇지 않을 수도 있습니다. 더 높은 전압 등급을 선택하고 관련 케이스 크기를 수용하는 것은 일반적으로 예측 가능한 성능에 비해 작은 비용입니다.
매우 높은 레일 전압과 상당한 리플 전류에서 작동하는 산업용 컨버터의 경우 나사 단자 구성이 실용적인 형식인 경우가 많습니다. CD136 고전압 고온 나사 단자 커패시터 시리즈 예를 들어, 높은 주변 온도에서 연속 작동하도록 제작되어 제조업체가 지정한 전압 및 수명 제한을 유지하는 데 도움이 됩니다.
CD136 고전압 및 고온 저항 단자 알루미늄 전해 Nantong Xingchen Electron Co., Ltd.는 중국 도매 CD136 고전압 및 고온 방지 단자 알루미늄 전해 케이블입니다. 제품보기 → 부품 번호를 확정하기 전에 리플, 부하 단계, 시동 오버슈트를 포함하여 커패시터 단자에서 최악의 피크 전압을 측정하거나 시뮬레이션하십시오. 해당 피크가 정격 전압의 20% 내에 있으면 다음 전압 등급으로 이동합니다. 귀하의 평생 추정치와 신뢰성 검토가 모두 더 건강해질 것입니다.
