|
Mellan vått och torrt
Av Mark Osborne, VD för NIC Components Europe Ltd
[ Mark Osborne – General
Manager, NIC Components Europe Limited ]
Elektronik i Norden
February 10, 2004
Skall man välja en högklassig torr elektrolytkondensator eller en billig
våtelektrolyt? Svaret är kanske mitt emellan: en hybrid av de båda. Mark
Osborne, vd för NIC Components Europe Ltd, gör här en jämförelse mellan de
tre slagen av elektrolytkondensatorer.
Klicka här för att
ladda ned hela artikeln med alla illustrationer i
 -
format.
 Aluminiumelektrolytkondensatorer
med flytande elektrolyt har under lång tid varit en tillräckligt bra
lösning för många tillämpningar. På senare tid har det kommit fram
kondensatorer med fasta elektrolyter som givit utvecklare ett alternativ
med många prestanda- och tillämpningsfördelar.
Emellertid är dessa kondensatorer för dyra för en del tillämpningar. Det
finns plats på marknaden för en kondensator som hamnar mitt emellan
kondensatorer med flytande och fasta elektrolyter när det gäller prestanda
och pris. Som ett logiskt steg har det kommit fram hybridkondensatorer med
delvis fast och delvis flytande elektrolyt som fyller marknadsgapet mellan
dem.
Tillämpningskrav
I takt med att det blir mer och mer elektronik i produkterna ökar också
kravet på att elektroniken skall bli mindre, tåla högre arbetsfrekvens och
vara billigare. Andra önskvärda egenskaper är lägre energiförbrukning och
större arbetstemperatur.
En industrisektor som visar på denna trend är fordonsindustrin. Där har
andelen elektronik ökat med en fenomenal hastighet under senare år. Det är
nuförtiden mycket vanligt med luftkuddar och stabiliseringsfunktioner samt
elektrisk styrning av strålkastare, fönsterhissar och säten.
Med så många enheter i fordonet önskar man att de är så små som möjligt
vilket kräver små, tätt packade kretskort. Dessa önskemål tillsamman med
den svåra miljön (då speciellt under huven) gör att komponenterna måste
arbeta i svår miljö och under stora temperaturväxlingar. Detta är vanliga
förhållanden även i många andra industrisektorer.
Datajämförelser
Låg ESR (equivalent series resistance) är en nyckelfaktor i de senaste och
allt mer vanliga tillämpningarna för effektstyrning med hög ström. Det
finns förvisso konventionella kondensatorer med flytande elektrolyt som
har lågt ESR men man får bättre prestanda med de dyrare kondensatorerna
med fast elektrolyt.
ESR-egenskaperna hos en hybridkondensator ligger mellan kondensatorer med
fast och flytande elektrolyt och är i många fall tillräckligt bra. Se
figuren. Jämför man en hybridkondensator med en kondensator med flytande
elektrolyt är ESR-egenskaperna bättre för hybridkondensatorn över hela
frekvensområdet. Jämför man egenskaperna över hela temperaturområdet
finner man att hybridkondensatorn har betydligt bättre ESR, och då
speciellt vid låga temperaturer. Andra önskvärda egenskaper i de flesta
tillämpningar är hög tillåten rippelström. Åter igen hamnar
hybridkondensatorn mellan kondensatorer med fast och flytande elektrolyt.
Det finns ett område där hybridkondensatorer och kondensatorer med
flytande elektrolyt är bättre än kondensatorer med fast elektrolyt
nämligen felbeteendet. En kondensator med fast elektrolyt blir kortsluten
vid fel. I en del tillämpningar kan detta föra med sig skada på andra
delar av konstruktionen eller ge felaktig funktion i utrustningen.
Hybridkondensatorer och kondensatorer med flytande elektrolyt har en
felmod som ger en öppen ledning som effektivt hindrar andra delar av
utrustningen från att ta skada.
Alla kondensatorer med elektrolyt kommer med tiden att torka till viss
del. Detta försämrar kondensatorns egenskaper. Använder man kondensatorn
nära specifikationernas maxvärden går det fortare än om arbetstemperaturen
är mer normal. Detta medför att i tillämpningar med höga temperaturer
eller mycket lång förväntad livslängd är den dyrare kondensatorn med fast
elektrolyt den enda som kan användas.
Både fast och flytande
En hybridkondensator är tillverkad på ett liknande sätt som en kondensator
med flytande elektrolyt. Den huvudsakliga skillnaden är att det finns ett
lager med fast elektrolyt i gränsskikten mellan den flytande elektrolyten
och anod och katod (se fig).
Hybridkondensatorns fördelar i tillämpningar.
I en typisk tillämpning är målet att åstadkomma minsta möjliga ESR till
lägsta totalkostnad. Lågt ESR ger också lågt rippel.
I ett exempel med en DC/DC-omvandlare med inspänningen 6 V och
utspänningen 3,5 V med rippelströmmen 5 A kan hybridkondensatorn och en
kondensator med flytande elektrolyt jämföras:
Åtta 330 µF kondensatorer med flytande elektrolyt ger totalt ett ESR-värde
på 0,0213 ohm. Med bara tre 330 µF hybridkondensatorer får man ESR-värdet
0,010 ohm, dvs bara hälften av ESR-värdet för den flytande elektrolyten.
Det resulterande ripplet är 0,107 V för kondensatorn med flytande
elektrolyt och 0,05 V för hybridkondensatorn. Kort sagt; med
hybridkondensatorer behöver man färre kondensatorer och man får dessutom
bättre prestanda i tillämpningen.
En hybridkondensator är dyrare än en kondensator med flytande elektrolyt
men om man tar hänsyn till att man behöver ett mindre antal så får man
stora kostnadsbesparingar ändå. Tar man dessutom hänsyn till
montagekostnaden (tre i stället för åtta kondensatorer) blir besparingarna
ännu större.
I tillämpningen får man dessutom besparingar i kretskortsyta. I exemplet
ovan blir besparingen 40 procent. Detta är speciellt viktigt allteftersom
kraven på mindre utrustningar ökar.
Nästa steg
De många industrisektorernas krav gör att det är viktigt att
hybridkondensatorteknologin utvecklas. För att tillfredsställa framtida
generationer elektronikutrustningar finns det önskemål på att ESR och
volymen minskar samtidigt som arbetstemperaturen, livslängden och
stabiliteten ökar.
NIC Components Europé har planer att öka hybridkondensatorernas
temperaturtålighet från 105 till 125°C och livslängden till 1500 timmar
vid 125°C och 6000 timmar vid 105°C. Man förväntar sig också kunna öka
arbetsspänningen till 25 V. Teknologins framsteg kommer också att ge
mindre kondensatorer.
Dessa framsteg tillsammans med möjligheten att minska totala antalet
kondensatorer i en tillämpning genom att använda hybridkondensatorer gör
det lättare för ingenjören att få plats med mer kretsfunktioner på litet
utrymme.
- end -
Editor’s Note
Offering a comprehensive range of passive components that includes
capacitors, resistors, inductors, ferrite chip beads, thermistors,
varistors and diodes, NIC Components Europe Ltd. was established in 1998
as the European arm of passive component supplier, NIC Components
Corporation.
URL: www.niccomp.com
|
