Kondensatorer

En kondensator lagrar spänning mellan metallytor separerade av ett dielektriskt material. Ett dielektriskt material är en elektrisk isolator som kan polariseras av ett pålagt elektriskt fält. En kondensators kapacitet att ta emot laddningar på metallytorna kallas kapacitans och mäts i enheten Farad (F).  Kondensatorn motverkar snabba förändringar av spänning och används ofta till energilagring. När kondensatorer parallellkopplas är det samma sak som att metallytorna adderas och därmed ökar också kapacitansen. Kondensatorns dielektriska material bestämmer en maximal spänning som kallas genombrottsspänningen (BVD).  Kondensatorerna delas in i olika typer utifrån sina dielektriska material till exempel elektrolyt, tantal och polypropylen. Elektrolytkondensatorer har polaritet eftersom den ena metallplattan föredrar negativa laddningar och den andra positiva. Därför kan elektrolyter bara användas i likströmskretsar och benen måste kopplas in rätt. Värden för polariserade kondensatorer anges ofta i µF. Plastfilmskondensatorer och keramiska kondensatorer har ingen polaritet och de fungerar bra i antingen växelströms- eller likströmskretsar. Vanligen anges värden för opolariserade kondensatorer i nF eller pF.
 

Aluminiumelektrolytkondensatorer

Aluminiumelektrolytkondensatorn används exempelvis i DC-länkar (t.ex 600 µF och 600 V) eller som ”hold up” kondensator.  Aluminiumelektrolyter är den dominerande tekniken från 1000 μF och uppåt. För längre livslängd bör man använda elektrolyter klassade att arbeta upp till 105 °C. När elektrolytkondensatorer används vid märkspänningen ökar deras läckström och det utvecklas mer värme. En tumregel är att använda dem vid 80% av märkspänningen.  För hög spänning får den elektrolytiska kondensatorn att kemikaliekoka och expandera så att hela kondensatorn buktar. För avbrottsfria batteribyten eller spänningsfall behövs en ”hold-up” kondensator parallellt kopplad till lasten. Flygstandarder som DO-160 eller MIL-STD-704 eller järnvägsstandarden EN50155 kräver ofta hold-up tider på 50 ms eller mer vilket kräver stora kondensatorer med hög ekvivalent serieresistans (ESR). Om en mindre plastfilmskondensator kopplas parallellt med elektrolyten kan värdet på den senare minskas. Som komplement till sina DC-DC moduler erbjuder Gaia Converter hold-up moduler som möjliggör högre märkspänning hos kondensatorn men lägre kapacitansvärde så att kondensatorns fysiska storlek kan minskas.
 

Tantalelektrolyter

Hos tantalelektrolyter används tantal som är ett tunt dielektriskt material vilket ger högre kapacitans per volym, bättre högfrekvensegenskaper och bra långtidsstabilitet jämfört med aluminiumelektrolyter. Däremot är tantal är ett konfliktämne så tantalkondensatorer används idag i försvarsapplikationer, medicinska applikationer och rymdapplikationer.  Tantalelektrolyter används med fördel som filter i kraftaggregat och avkopplingar till mikroprocessorer. Deras låga läckström passar också bra i sample-and-hold-kretsar där lång hålltid krävs.




 

Keramiska kondensatorer

Keramiska dielektrika klarar högre spänningar bättre än andra isolerande material som plast eller aluminiumoxid.  Keramiska kondensatorer väljs ofta för att de är små (ned till 0201) och för sin låga ekvivalenta serieresistans (ESR) över ett brett frekvensband. Lägre ESR vid höga frekvenser innebär lägre självupphettning. Keramiska kondensatorer finns i värden upp till 100 μF, men är vanligast i värden upp till 1 μF. Exempel på dielektriska isolermaterial i multilagerkondensatorer (så kallade MLCC-kondensatorer) är C48X, NP0 eller X7R. NP0 finns bara i relativt låga kapacitansvärden, typ upp till en nF och X7R finns från enstaka pF till tiotals μF. NP0 och X7R har ingen nämnvärd piezoeffekt vilket gör att de kan användas i audiosammanhang. På ingångssidan i switchade kraftaggregat sitter det ibland en keramisk kondensator som så kallad X-kondensator mellan fas och nolla. Fördelen är att den är liten men nackdelen att den kan gå sönder vid transienter från nätet.
 

Plastfilmkondensatorer

Plastfilmkondensatorer har normalt kapacitans från 10 pF upp till cirka 10 F. De kan delas upp i filmkondensatorer och metalliserade filmkondensatorer. Många olika material och plastfilmer kan användas som dielektrum. De viktigaste dielektrika som används idag är polypropylen och polyester. Tillverkarna av plastfilmskondensatorer jobbar ständigt med att minska deras storlek, men de kommer aldrig att bli så små som keramiska kondensatorer. Självläkning är den viktigaste egenskapen hos metalliserade filmkondensatorer. Parallellt kopplade så kallade X-kondensatorer på ingångssidan i AC/DC kraftaggregat är ofta självläkande filmkondensatorer eftersom de inte går sönder vid spikar på nätet. Självläkningen tar normalt mindre än 10 µs och sker genom att metallen intill kortslutningen förångas så att kondensatorn kan återta sin normala funktion.

Comptronic AB       Telefon: 08-564 706 70       E-post: mailbox@comptronic.se       Adress: Stormbyvägen 2-4, 163 55 Spånga       Öppettider: må–fr: 08.30–17.00