Condensadores electrolíticos Panasonic
Condensadores electrolíticos Panasonic
Condensadores electrolíticos Panasonic
En artículos anteriores se discutió la construcción de condensadores MLCC y de tántalo, ahora es el turno de los condensadores electrolíticos. Este es otro tipo de condensador ampliamente utilizado en electrónica. En este artículo se discutirá el proceso de fabricación de condensadores electrolíticos y las consecuencias derivadas de dicha estructura del condensador.
Construcción del condensador electrolítico
El modelo básico de un condensador es dos electrodos separados por un dieléctrico. Sin embargo, este es un modelo simplificado para una descripción general de la construcción. La construcción real del condensador es más compleja y impone una serie de limitaciones al producto final.
La construcción del condensador comienza con el ánodo, que en el caso de los condensadores electrolíticos está hecho de una lámina de aluminio con un grosor de 40-110μm y una pureza del 99,9%. Esta lámina se somete a un proceso de grabado electroquímico. Este proceso hace que la lámina, bastante lisa, se vuelva rugosa, lo que resulta en un aumento de la superficie incluso en un orden de magnitud. El modelo básico dice que la capacidad es proporcional a la superficie de los electrodos, por lo que la posibilidad de cambiar la superficie (incluso cientos de veces) permite crear una gran cantidad de condensadores de diferentes capacidades manteniendo las mismas dimensiones.
Condensadores electrolíticos Panasonic en TME
Después del grabado, la lámina se somete a un proceso de formación del dieléctrico (en este caso, el dieléctrico es óxido de aluminio). Este proceso consiste en la electrólisis en una solución de electrolito, pero no es el mismo tipo de electrolito con el que se llenan los condensadores terminados. Los parámetros del producto terminado se determinan en la etapa de creación de la capa dieléctrica. En esta etapa, se puede ver una similitud con el proceso de producción de condensadores de tántalo, pero ahí terminan las similitudes.
La lámina destinada al ánodo, en adelante llamada ánodo, se corta a las dimensiones especificadas en el diseño del condensador.
Como se mencionó anteriormente, los condensadores deben tener al menos dos electrodos. El segundo electrodo también está hecho de una lámina de aluminio, pero en este caso no se somete al proceso de formación del dieléctrico. Sin embargo, se corta al tamaño adecuado y en esta forma se introduce en el condensador.
Después de fabricar las placas (ánodo y cátodo), se fijan terminales a ambos electrodos, comúnmente llamados "patas". Entre las láminas preparadas se coloca un tipo especial de papel, cuya función es proteger los electrodos de cortocircuitos. Estos elementos ensamblados se enrollan en un cilindro y luego se impregnan en el electrolito. El electrolito cubre completamente ambas láminas, lo que permite utilizar el 100% de la superficie de ambos electrodos.
En el caso de los condensadores Panasonic, la tolerancia es del 20%.
El siguiente paso es colocar los productos impregnados en una carcasa y sellarlos herméticamente con una base de goma.
Sin embargo, este no es el final del proceso de producción. A los condensadores terminados se les aplica el voltaje nominal para estabilizar sus parámetros. El siguiente paso es medir la capacidad, la corriente de fuga, la resistencia en serie y muchos otros parámetros que pueden ser necesarios en el diseño. Solo un elemento probado de esta manera puede salir de la fábrica.
Variantes de condensadores electrolíticos
Los condensadores electrolíticos han dado lugar a dos variantes, que son los condensadores poliméricos e híbridos. La producción de ambas variantes es casi idéntica, la diferencia radica en el material con el que se impregna el papel que separa los electrodos.
Condensadores poliméricos
En el caso de los condensadores poliméricos, el papel que separa los electrodos está impregnado con un polímero conductor en forma sólida. Se caracteriza por una conductividad hasta 10,000 veces mayor que el electrolito estándar, lo que proporciona una reducción significativa de la resistencia en serie. La disminución del ESR no es todo. Los condensadores poliméricos también pueden soportar corrientes de rizado más altas, no envejecen (seco del electrolito), es decir, su capacidad y ESR no cambian con el tiempo. La temperatura tampoco afecta el valor del ESR de los polímeros, que aumenta significativamente en los electrolitos estándar cuando las temperaturas caen por debajo de cero. A continuación se presenta una tabla que compara los condensadores poliméricos y electrolíticos de la marca Panasonic utilizados para suavizar la señal.
https://industry.panasonic.eu/products/components/capacitors/polymer-capacitors/os-con
La tabla muestra claramente la ventaja de los "polímeros": estos condensadores permiten reducir varias veces el volumen del sistema y la superficie del PCB manteniendo los mismos parámetros, lo que en la práctica se traduce en menores costos de producción y espacio ahorrado.
Una ventaja adicional es su respuesta a señales de alta frecuencia o la presencia de un componente de corriente continua en la señal, lo que hace que los "polímeros" no solo sean una alternativa a los condensadores electrolíticos, sino también a los condensadores MLCC. Los condensadores MLCC pierden parte de su capacidad cuando hay una señal de corriente continua presente, lo que lleva a un aumento en el número de condensadores en el circuito. Los condensadores poliméricos no se comportan de la misma manera: su capacidad no disminuye cuando hay un componente de corriente continua en la señal. Otro problema con los condensadores MLCC es su tolerancia a la temperatura. Cuando la temperatura se acerca a los extremos del rango de operación (tanto en el extremo inferior como en el superior), su capacidad puede disminuir hasta en un 50%, lo cual es un factor importante a considerar en el diseño del circuito. Por otro lado, los condensadores poliméricos no reaccionan a la temperatura de esta manera, lo que los hace ideales para aplicaciones en entornos con fluctuaciones significativas de temperatura. A diferencia de los MLCC, los condensadores poliméricos no sufren el efecto piezoeléctrico, lo que significa que no "suenan" como los condensadores MLCC.
Desafortunadamente, no están exentos de consecuencias. Los condensadores poliméricos están disponibles en un rango mucho más estrecho de capacidades y voltajes disponibles.
Condensadores poliméricos Panasonic en TME
Condensadores híbridos
La segunda variante son los condensadores híbridos, que combinan la tecnología polimérica y la estándar. Esto se logró mediante el uso simultáneo de polímero y electrolito clásico. Esta solución hace que los condensadores híbridos combinen la alta capacidad y el amplio rango de voltajes de los electrolitos con el bajo ESR y la larga vida útil que caracterizan a los condensadores poliméricos. Los condensadores híbridos se utilizan con mayor frecuencia en la industria automotriz, donde un gran número de condensadores haría que el uso de "polímeros" no fuera rentable, y el largo tiempo de operación y las condiciones variables causarían fallas frecuentes en los condensadores estándar. Contrariamente a las apariencias, hay realmente muchos de estos tipos de elementos en los vehículos mecánicos y se encuentran en circuitos que son responsables del funcionamiento correcto del vehículo. Tales lugares incluyen las líneas de alimentación de la ECU, todos los motores eléctricos en los vehículos (ventiladores, bombas, dirección asistida eléctrica), e incluso se pueden encontrar en el sistema de alimentación de las bolsas de aire. Por esta razón, se requiere estabilidad de los parámetros durante su operación.
Condensadores híbridos Panasonic en TME
La vida útil del condensador EEHZA1E101XV es de 10,000 horas.
Los condensadores híbridos, a pesar del uso de polímero, no pueden operar con corrientes tan altas como es el caso de los condensadores poliméricos típicos. Sin embargo, las corrientes presentes en las aplicaciones donde se utilizan híbridos siguen siendo significativamente más altas en comparación con los condensadores electrolíticos estándar.
Una ventaja adicional de los condensadores híbridos es su precio, que es significativamente más bajo que el de los condensadores poliméricos, manteniendo la característica general de la tecnología polimérica.