Elektrolītiskajiem un polimēru hibrīda kondensatoriem ir gandrīz vienāds dizains: tie sastāv no katoda puses un anoda puses, un abi ir izgatavoti no alumīnija plēves. Anoda plēve tiek oksidēta, veidojot alumīnija oksīda slāni, kas veido dielektriķi. Abas plēves tiek sarullētas, izmantojot izolācijas papīru, lai izveidotu satītu elementu (P1, P2).
P1
P2. Elektrolītisko un polimēru kondensatoru pamatkonstrukcija
Atšķirība starp abiem kondensatoriem ir uzpildīšanas procesā izmantotais materiāls, no kura arī radies nosaukums: elektrolītiskie kondensatori ir piepildīti ar elektrolītu, savukārt polimēru hibrīda kondensatori izmanto polimēru elektrolītu vai cieto un šķidro polimēru kombināciju.
Abi kondensatori piedāvā daudzas priekšrocības, piemēram, mazu izmēru, bet augstu kapacitātes vērtību, zemas izmaksas un piemērotību plašam dizainu klāstam, piemēram, SMD, THT vai pievienojamiem dizainiem.
Polimēru hibrīda kondensatoriem ir lielāka pulsācijas strāvas jauda nekā elektrolītiskajiem kondensatoriem, kā arī zemāka iekšējā pretestība zemā temperatūrā un stabilāka kapacitāte augstās frekvencēs. Abu kondensatoru tehnoloģiju trūkums ir to ierobežotais kalpošanas laiks. Darbības laikā elektrolīts vai šķidrais polimērs saruks (P3).
P3. Elektrolīts vai šķidrais polimērs darbības laikā izkliedējas, kas saīsina kondensatora kalpošanas laiku.
Arrhenius vienādojums var aptuveni novērtēt kondensatora kalpošanas laiku.
Lielākais faktors, kas ietekmē elektrolītisko un polimēru hibrīda kondensatoru kalpošanas laiku, ir kondensatora serdes temperatūra, kas paaugstinās līdz ar apkārtējās vides temperatūru un pielietotās pulsācijas strāvas līmeni. Turklāt mehāniskais spriegums lielas pulsācijas strāvas dēļ var sabojāt oksīda slāni, kā rezultātā rodas pašatveseļošanās efekts, kas patērē papildu elektrolītu. Pašārstēšanās ir elektrolītisko kondensatoru un polimēru hibrīda kondensatoru spēja atjaunot oksīda slāni, izmantojot ķīmisku reakciju starp elektrolītu un alumīniju. Elektrolīta saraušanās var izraisīt arī elektrisko parametru, piemēram, kapacitātes, un tādu parametru kā ekvivalentās sērijas pretestība (ESR) un zudumu koeficienta pasliktināšanos.
Kalpošanas beigas parasti ir stadija, kurā netiek ievēroti datu lapas parametri (parasti kapacitātes zuduma pieaugums un zudumu koeficienta procents).
Identificējot kondensatora produktus, kas atbilst elektriskajiem parametriem galaprodukta mērķa darbības laikā, lietotājs var izmantot Arrhenius vienādojumu sākotnējai novērtēšanai. Kā parādīts P4, kalpošanas laiks kā difūzijas koeficienta funkcija lielā mērā ir analogs Arrhenius vienādojumam. Tādējādi, kā īkšķi, to var izteikt šādi: darba temperatūras samazinājums par 50 grādiem F (10 grādiem) divkāršo kalpošanas laiku.
P4. Gan Arrēnija vienādojums, gan empīriskā metode parāda, ka darba temperatūras pazemināšanās par 50 °F (10 C)
dubulto kondensatora kalpošanas laiku, nodrošinot gandrīz nemainīgus rezultātus
Arrhenius vienādojums sniedz tikai aptuvenu norādījumu, jo tajā nav ņemta vērā pulsācijas strāvas nozīmīgā ietekme uz pašsasilšanas efektu.
Lai iegūtu precīzu vērtību kalpošanas laika aprēķinam, lietotājam ieteicams strādāt ar atbilstošo kondensatora piegādātāju. Šim aprēķinam klientam ir jāiesniedz uzdevuma profils, kurā sīki aprakstītas faktiskās darba stundas attiecīgajā temperatūras diapazonā.
P5. Uzdevuma profila paraugs parāda, kādi parametri piegādātājam ir nepieciešami, lai precīzi aprēķinātu kalpošanas laiku
Katrs piegādātājs saviem produktiem izmanto atsevišķu aprēķinu, kas ietver temperatūras profilus un pulsācijas strāvas slodzi. Tāpēc piegādātāji var izmantot klienta sniegtos uzdevumu profilus detalizētiem kalpošanas laika aprēķiniem.
Tas arī novērš pārāk noteiktu un dārgāku kondensatoru izmantošanu.
Siltuma izlietnes virsmas laukuma palielināšana ir labs veids, kā uzlabot siltuma izkliedi un tādējādi pagarināt kondensatora kalpošanas laiku. Piemēram, aktīvā dzesēšana, izmantojot ventilatorus vai ūdeni, var nodrošināt labāku siltuma izkliedi. Lietotāji var apsvērt šāda veida dzesēšanas koncepciju, pārbaudot komponentus un aprēķinot kalpošanas laiku.
Galvenā loma ir arī dzesēšanas elementa savienojumam ar kondensatoru.
Dzesēšanas elementa pievienošana tieši komponentam bieži ir efektīvāka nekā tā novietošana paneļa otrā pusē. Turklāt jāņem vērā kondensatora perifērijas bloks, jo tas vienlaikus izstaro un absorbē siltumu caur tapām, it īpaši, ja tuvumā ir uzstādīti jaudas pusvadītāji vai citi siltumu ģenerējoši komponenti. Ja ir pieejami empīriski dati (piemēram, temperatūra ieslēgtā stāvoklī, strāva, spriegums un frekvence), šo siltuma ievadi var iekļaut kalpošanas laika aprēķinā.
Ja lietotājs izmanto siltumvadošas pastas vai spilventiņus, to termiskā pretestība ir noteicošais faktors. Jo zemāka vērtība, jo augstāka ir siltuma efektivitāte. Ja dzesēšanas elementu nepieciešams elektriski izolēt, jāizvēlas izolējoša termopasta vai piemērots lodēšanas paliktnis.
Ja lietotājs vēlas veikt savus aprēķinus vai simulācijas, no piegādātāja var iegūt termiskās pretestības modeļus no kondensatora serdes (tinuma elementa) līdz kājām un iepakojumam.
Ja siltuma izkliede un siltuma pretestība no augšējā vāka vai PCB līdz dzesēšanas elementam ir pilnībā izprotama, var secināt par papildu siltuma izkliedi vai padevi. Tiklīdz ir pārbaudīta iespējamā siltuma izkliede, piegādātājs var atļaut izmantot lielākas pulsācijas strāvas plātnes izkārtojumam, ja netiek pārsniegta piegādātāja noteiktā maksimālā pulsācijas strāva, jo tas radītu mehānisku slodzi kondensatoram.
P6. Kondensatora termiskā ekvivalenta shēma
Izvēloties kondensatora produktu, ir ieteicams izmantot Arrhenius vienādojumu, lai noteiktu sākotnējās orientējošās vērtības. Izmantojot uzdevuma profilu, var precīzi aprēķināt lietojumprogrammai izvēlētā kondensatora kalpošanas laiku, kas ņem vērā arī pašsasilšanas pakāpi, ko izraisa pulsācijas strāva. Lai maksimāli palielinātu kondensatora kalpošanas laiku, lietotājam jāizpēta iespējamās dzesēšanas koncepcijas un izstrādes posmā jāiesaista piegādātājs vai izplatītājs.