전해 콘덴서

Electrolytic capacitor
가장 일반적인 스타일의 알루미늄 및 탄탈 전해 콘덴서
전해 콘덴서 모음

전해 콘덴서는 양극 또는 양극판이 양극화를 통해 절연산화물층을 형성하는 금속으로 이루어진 편광 콘덴서이다.이 산화층은 콘덴서의 유전체 역할을 합니다.고체, 액체 또는 전해액이 이 산화층 표면을 덮고 캐패시터의 음극 또는 음극판 역할을 한다.전해 캐패시터는 매우 얇은 유전체 산화물층과 확대된 양극 표면으로 인해 세라믹 캐패시터나 필름 캐패시터보다 단위 부피당 캐패시턴스 전압(CV) 제품이 훨씬 높기 때문에 캐패시턴스 값이 클 수 있습니다.전해 캐패시터에는 알루미늄 전해 캐패시터, 탄탈 전해 캐패시터 및 니오브 전해 캐패시터의 세 종류가 있습니다.

전해 콘덴서의 캐패시턴스가 크기 때문에 저주파 신호의 통과 또는 바이패스 및 대량의 에너지 저장에 특히 적합합니다.이들은 가변주파수 드라이브용 전원장치 및 DC 링크회로의 디커플링 또는 노이즈필터링, 앰프 스테이지 의 신호 결합 및 플래시 램프와 같은 에너지 저장에 널리 사용됩니다.

전해 캐패시터는 비대칭 구조로 인해 편광된 부품으로 항상 음극보다 양극에서 더 높은 전압(즉, 더 많은 양의 전압)으로 작동해야 합니다.따라서 극성은 장치 하우징에 표시됩니다.역극성 전압 또는 1 또는 1.5V의 최대 정격 작동 전압을 초과하는 전압을 인가하면 유전체가 파괴되어 캐패시터가 파괴될 수 있습니다.전해 콘덴서의 고장은 폭발이나 화재의 원인이 되어 위험할 수 있습니다.양극 2개가 직렬로 연결된 특수 구조를 사용하여 양극으로 작동할 수 있는 양극 전해 콘덴서도 제작됩니다.양극 전해 캐패시터는 양극에서 양극으로, 또는 음극에서 음극으로, 2개의 일반 전해 캐패시터를 직렬로 접속함으로써도 만들 수 있다.

일반 정보

전해 콘덴서 패밀리 트리

전해 콘덴서의 기본 구조 원리는 알루미늄, 탄탈, 니오브 콘덴서의 3종류가 있습니다.이들 3개의 콘덴서 패밀리는 각각 비고체 및 고체 이산화망간 또는 고체 고분자 전해질을 사용하기 때문에 양극 재료와 고체 또는 비고체 전해질의 다양한 조합을 이용할 수 있습니다.

사용되는 양극 금속의 특성과 사용되는 전해질에 따라 다양한 전해 캐패시터가 있습니다.

충전원칙

다른 기존 콘덴서와 마찬가지로 전해 콘덴서는 2개의 전극 사이의 유전체 산화층 전계에 전하 분리에 의해 정적으로 전기에너지를 저장한다.원칙적으로 비고체 또는 고체 전해질은 캐소드이며, 캐패시터의 두 번째 전극을 형성합니다.그리고 저장 원리는 전기화학적 캐패시터 또는 슈퍼 캐패시터와 구별됩니다.여기서 전해질은 일반적으로 2개의 전극 사이의 이온 전도성 연결이며 저장은 정적인 이중층 캐패시턴스와 전기화학적 의사 캐패시턴스로 발생합니다.

기본 재료 및 구조

전류원으로 전압을 인가함으로써 금속 양극 위에 산화층을 형성하는 양극 산화(형성)의 기본 원리

전해 콘덴서는 특정 전해질과 접촉하면 유전체 역할을 할 수 있는 양극 산화에 의해 표면에 매우 얇은 절연 산화층을 형성하는 일부 특수 금속의 화학적 특징을 사용합니다.전해 캐패시터에는 다음과 같은 3가지 양극 금속이 사용되고 있습니다.

  1. 알루미늄 전해 캐패시터는 산화 알루미늄을 유전체로 하는 고순도 식각 알루미늄 호일을 사용합니다.
  2. 탄탈 전해 캐패시터는 유전체로 오산화탄탈을 포함한 고순도 탄탈 분말의 소결 펠릿("slug")을 사용합니다.
  3. 니오브 전해 캐패시터는 유전체로서 니오브 오산화니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오브니오

단위 부피당 캐패시턴스를 증가시키기 위해 모든 양극 재료는 식각 또는 소결되며 동일한 면적 또는 동일한 부피의 매끄러운 표면에 비해 표면적이 훨씬 높은 거친 표면 구조를 가집니다.전해조 내의 상기 양극재에 정전압을 인가함으로써 인가전압에 대응하는 두께의 산화물 장벽층을 형성한다(형성).이 산화층은 전해 콘덴서에서 유전체 역할을 합니다.이 산화층의 특성은 다음 표에 나와 있습니다.

알루미늄, 탄탈 및 니오브 전해 콘덴서의[1][2] 산화층별 특성
양극
재료.
유전체 산화물
구조.
관련있는
유전율
내역
전압
(V/µm)
전기

두께
(nm/V)
알루미늄 산화알루미늄23 AlO 비정질적인 9.6 710 1.4
결정성의 11.6~14[3].2 800...1000[4] 1.25...1.0
탄탈룸 오산화탄탈25 TaO 비정질적인 27 625 1.6
니옵 또는
산화니오브
니오브옥시드NbO25 비정질적인 41 400 2.5

조아노드 구조 위에 유전체 산화물을 형성한 후 대향전극은 조아노드 표면에 일치해야 한다.이는 전해 콘덴서의 음극 전극 역할을 하는 전해질에 의해 이루어집니다.많은 다른 전해질들이 사용되고 있다.일반적으로 그것들은 "비고체"와 "고체" 전해질이라는 두 가지 종으로 구분됩니다.이동 이온에 의한 이온 전도율가지는 액체 매체로서, 비고체 전해질은 거친 구조에 용이하게 적합할 수 있다.전자 전도성을 가진 고체 전해질은 이산화망간을 위한 열분해고분자를 전도하기 위한 중합과 같은 특수 화학 과정의 도움으로 거친 구조에 맞출 수 있습니다.

다른 산화물 재료의 유전율을 비교하면 오산화탄탈의 유전율이 산화알루미늄보다 약 3배 높은 것으로 나타났습니다.따라서 이론적으로 주어진 CV 값의 탄탈 전해 캐패시터는 알루미늄 전해 캐패시터보다 작습니다.실제로 신뢰할 수 있는 구성요소에 도달하기 위한 다른 안전 여유도는 비교를 어렵게 한다.

양극으로 생성된 절연 산화층은 인가 전압의 극성이 변화하면 파괴됩니다.

캐패시턴스 및 체적 효율

2개의 도전판(전극) 사이에 각각 영역 A와 분리 d를 가진 유전체 재료를 배치한다.

전해 콘덴서는 전극 면적 A가 클수록 정전용량이 증가하고 유전율이 높아지며 유전체 두께가 얇아지는 '플레이트 콘덴서'의 원리에 기초하고 있다.

전해 콘덴서의 유전체 두께는 볼트당 나노미터 정도로 매우 작습니다.한편, 이러한 산화층의 전압 강도는 매우 높다.이 매우 얇은 유전체 산화물층과 충분히 높은 유전 강도를 결합하면 전해 캐패시터가 높은 부피 캐패시턴스를 달성할 수 있습니다.이는 기존 콘덴서에 비해 전해 콘덴서의 캐패시턴스 값이 높은 이유 중 하나입니다.

모든 식각 또는 소결 양극은 동일한 면적 또는 동일한 부피의 매끄러운 표면에 비해 훨씬 높은 표면적을 가진다.따라서 정격 전압에 따라 비고체 알루미늄 전해 캐패시터 및 고체 탄탈 전해 [5][6][7]캐패시터의 캐패시턴스 값이 최대 200배 증가합니다.평활 콘덴서에 비해 표면이 크기 때문에 다른 콘덴서 제품군에 비해 전해 콘덴서의 캐패시턴스 값이 상대적으로 높은 두 번째 이유가 됩니다.

형성전압은 산화층 두께를 정의하기 때문에 원하는 전압정격을 매우 간단하게 생성할 수 있다.전해 콘덴서는 캐패시턴스와 전압을 부피로 나눈 곱으로 정의되는 이른바 "CV 제품"이라는 높은 부피 효율을 가집니다.

비고체 알루미늄 전해 콘덴서의 기본 구조

고체 탄탈 전해 콘덴서의 기본 구조

전해 콘덴서의 종류 및 특징

전해 콘덴서 종류 비교

전해 캐패시터용 양극 재료와 사용된 전해질의 조합으로 다양한 특성을 가진 다양한 캐패시터 유형이 생성되었습니다.다양한 유형의 주요 특징에 대한 개요는 아래 표에 나와 있습니다.

다양한 유형의 전해 콘덴서의 주요 특징 개요
전해
콘덴서 패밀리
전해질 캐패시턴스
범위
(fF)
맥스.
정격 전압
(V)
맥스.
온도
(°C)
알루미늄-
전해 콘덴서
식각박
비고체, 유기 전해질,
: GBL, DMF, DMA,
0.1:1,000,000 550 105/125/150
비고체(예: 붕사, 글리콜) 0.1:2,700,000 630 85/105
비고체, 수성 기반 1:18,000 100 85/105
솔리드, 폴리머 10:1,500 25 105
하이브리드, 폴리머 및 비고체 6.8:1,000 125 105/125
탄탈룸
전해 콘덴서,
소결 양극
비고형 황산 0.1:18,000 630 125/200
고체 이산화망간 0.1:3,300 125 125/150
솔리드, 폴리머 10:1,500 25 105
산화니오브-
전해 콘덴서
소결 양극
고체, 이산화망간 1:1,500 10 105
솔리드, 폴리머 4.7:470 16 105

비고체 또는 소위 "습식" 알루미늄 전해 콘덴서는 다른 모든 기존 콘덴서 중 가장 저렴했습니다.이들은 높은 캐패시턴스나 디커플링 및 버퍼링 목적을 위한 전압 값을 위한 가장 저렴한 솔루션을 제공할 뿐만 아니라 낮은 오믹 충전 및 방전은 물론 낮은 에너지 과도에도 민감하지 않습니다.비고체 전해 캐패시터는 군사용도를 제외한 전자 장치의 거의 모든 영역에서 찾을 수 있습니다.

표면 실장형 칩 캐패시터로 고체 전해질을 사용하는 탄탈 전해 캐패시터는 공간이 적거나 로프로파일이 필요한 전자기기에 주로 사용된다.큰 파라미터 편차 없이 넓은 온도 범위에서 안정적으로 작동합니다.군사 및 우주 분야에서는 탄탈 전해 콘덴서만 필요한 승인을 받습니다.

니오브 전해 캐패시터는 니오브를 보다 쉽게 구할 수 있기 때문에 산업용 탄탈 전해 캐패시터와 직접 경쟁하고 있습니다.그들의 특성은 비슷합니다.

알루미늄, 탄탈 및 니오브 전해 콘덴서의 전기적 특성은 고분자 전해질에 의해 크게 개선되었습니다.

전기 파라미터의 비교

서로 다른 전해 콘덴서 유형의 서로 다른 특성을 비교하기 위해 다음 표에 같은 치수의 콘덴서와 유사한 용량 및 전압을 비교합니다.이와 같은 비교에서 ESR 및 리플 전류 부하 값은 최신 전자 장비에 전해 콘덴서를 사용하는 데 가장 중요한 매개 변수입니다.ESR이 낮을수록 볼륨당 리플 전류가 높아져 회로 내 캐패시터의 기능이 향상됩니다.그러나 전기 파라미터가 좋을수록 가격이 높아집니다.

다양한 유형의 전해 콘덴서의 가장 중요한 특성 비교
전해
콘덴서 패밀리
타입) 치수
DxL, 폭x높이xL
(mm)
최대 ESR
100 kHz, 20 °C
(MΩ)
최대 리플 전류
85/105 °C
(mA)
최대 누출 전류
2분 후에.2
(aA)
"습식" Al 전기 콘덴서 1976 )
에틸렌글리콜/보락스 전해질
Valvo, 034
4.7/40
5x11 15.000 17 10 (0.01CV)
"습식" Al 전기 콘덴서,
유기 전해질
Vishay, 036 RSP,
100/10
5x11 1000 160 10 (0.01CV)
"습식" Al 전기 콘덴서,
에틸렌글리콜/보락스 전해질
NCC, SMQ,
100/10
5x11 900 180 10 (0.01CV)
"습식" Al 전기 콘덴서,
수성 전해질
루비콘, ZL,
100/10
5x11 300 250 10 (0.01CV)
"습식" Al 전기 콘덴서, SMD
에틸렌글리콜/보락스 전해질
NIC, NACY,
220/10
6.3x8 300 300 10 (0.01CV)
"습식" Al 전기 콘덴서, SMD
수성 전해질
NIC, NAZJ,
220/16
6.3x8 160 600 10 (0.01CV)
고체 탄탈 전해 콘덴서
MnO2 전해질
케멧, T494
330/10
7,3x4.3x4.0 100 1285 10 (0.01CV)
고체 탄탈 전해 콘덴서
멀티노드, MnO2 전해질
Kemet, T510,
330/10
7.3x4.3x4.0 35 2500 10 (0.01CV)
고체 탄탈 전해 콘덴서
고분자 전해질
케멧, T543
330/10
7.3x4.3x4,0 10 4900 100 (0.1CV)
고체 탄탈 전해 콘덴서
멀티노드, 폴리머
케멧, T530,
150/10
7.3x4.3x4.0 5 4970 100 (0.1CV)
고체 니옵 전해 콘덴서
MnO2 전해질
AVX, NOS,
220/6,3
7.3x4.3x4.1 80 1461 20 (0.02CV)
고체 니옵 전해 콘덴서
멀티노드, MnO2 전해질
AVX, NBM,
220/6.3
7.3x4.3x4.1 40 2561 20 (0.02CV)
고체 Al 전기 콘덴서,
고분자 전해질
파나소닉, SP-UE,
180/6.3
7.3x4.3x4.2 7 3700 100 (0.1CV)
고체 Al 전기 콘덴서,
고분자 전해질
케멧, A700,
100/10
7.3x4.3x4.0 10 4700 40(0.04CV)
고체 Al 전기 콘덴서,
고분자 전해질
판난소닉, SVP,
120/6.3
6.3x6 17 2780 200 (0.2CV)
하이브리드 Al 전기 콘덴서,
폴리머 + 비고체 전해질
파나소닉, ZA,
100/25
6.3x7.7 30 2000 10 (0.01CV)

1) 제조원, 시리즈명, 캐패시턴스/전압

2)는 콘덴서 100µF/10V에 대해 계산됩니다.

1976년 데이터 시트에서3).

알루미늄 및 탄탈 전해 콘덴서 스타일

알루미늄 전해 캐패시터는 크기가 다양하고 생산 비용이 저렴하기 때문에 전자제품에 사용되는 전해 캐패시터의 대부분을 구성합니다.일반적으로 SMD 버전에서 사용되는 탄탈 전해 캐패시터는 알루미늄 전해 캐패시터보다 비용량이 높아 노트북과 같이 공간이 한정되거나 평평한 디자인의 장치에 사용됩니다.그것들은 또한 군사 기술에도 사용되며, 대부분 축 방향으로 밀봉되어 있습니다.니오브 전해 칩 캐패시터는 탄탈 전해 칩 캐패시터를 대체하는 새로운 기술입니다.

역사

1914년산 초기 소형 전해 콘덴서.그것은 약 2마이크로패러드의 정전용량을 가지고 있었다.
"습한" 알루미늄 전해 콘덴서의 양극, Bell System Technology 1929 보기

기원.

알루미늄과 탄탈, 니오브, 망간, 티타늄, 아연, 카드뮴 등 금속이 산화층을 형성해 전류가 한 방향으로 흐르지 못하게 하지만 반대 방향으로 흐르게 하는 현상은 1857년 독일의 물리학자이자 화학자에 의해 처음 관찰됐다.요한 하인리히 버프(1805년-1878년).[8]그것은 1875년 프랑스의 연구자이자 설립자인 외젠 뒤크레트[9]의해 처음 사용되었는데, 그는 이러한 금속을 "밸브 메탈"이라는 용어를 만들었다.

축전지의 생산자인 찰스 폴락(본명 카롤 폴락)은 알루미늄 양극의 산화층이 전원이 꺼진 상태에서도 중성 또는 알칼리성 전해액에서 안정적인 상태를 유지한다는 사실을 알아냈다.1896년 그는 산화층을 중성 또는 약간 알칼리성이 있는 [10][11]전해액과 조합하여 편광 캐패시터에 사용한다는 그의 아이디어에 기초하여 "알루미늄 전극이 있는 전기 액체 캐패시터"(Elektrischer Flüssigkeitskondensator mit Almericelectroden)에 대한 특허를 출원했다.

'습식' 알루미늄 콘덴서

습식 콘덴서를 위한 다양한 형태의 과거 양극 구조.이러한 모든 양극의 경우 외부 금속 용기가 음극 역할을 합니다.

산업적으로 구현된 최초의 전해 콘덴서는 음극으로 사용되는 금속 상자로 구성되었습니다.그것은 물에 녹은 붕사 전해액으로 채워졌고, 그 안에 접힌 알루미늄 양극판이 삽입되었다.외부로부터의 직류전압을 인가하여 양극 표면에 산화층을 형성하였다.이러한 캐패시터의 장점은 실현된 캐패시턴스 값에 비해 현재 모든 캐패시터보다 훨씬 작고 저렴하다는 것입니다.양극 구조는 다르지만 전해질용 캐소드 및 용기로 사용되는 이 구조는 1930년대까지 사용되었으며 수분 함량이 높기 때문에 "습식" 전해 콘덴서로 불렸다.

습식 알루미늄 전해 콘덴서의 첫 번째 일반적인 적용은 48V DC 전원 장치의 릴레이 해시(노이즈)를 줄이기 위한 대규모 전화 교환이었습니다.1920년대 후반 AC 작동식 가정용 라디오 수신기의 개발로 밸브 앰프 기술을 위한 대용량(당시) 및 고전압 캐패시터(일반적으로 최소 4 마이크로패러드와 약 500볼트 DC 정격)에 대한 수요가 창출되었다.왁스 도포된 종이와 오일 도포된 실크 필름 캐패시터를 사용할 수 있었지만 정전 용량과 전압 정격의 장치는 부피가 크고 엄청나게 비쌌습니다.

'건식' 알루미늄 캐패시터

100µF 및 150V의 "건식" 전해 콘덴서

현대 전해 콘덴서의 조상은 1925년 [12][13]사무엘 루벤에 의해 특허를 받았으며, 그는 현재 듀라셀 인터내셔널로 알려진 배터리 회사의 설립자인 필립 맬러리와 을 이뤘다.루벤의 아이디어는 은 운모 콘덴서의 적층 구조를 채택했다.그는 전해액 충전 용기를 콘덴서의 음극으로 사용하는 대신 양극박에 인접한 전해액을 접촉시키기 위해 분리된 두 번째 호일을 도입했다.적층된 두 번째 포일은 양극 단자 외에 자체 단자를 추가했고 용기는 더 이상 전기 기능을 하지 않았습니다.이러한 유형의 전해 콘덴서는 비수성 액체 또는 겔 형태의 전해액과 결합되어 수분 함량이 매우 낮다는 의미에서 건조하며, "건조" 유형의 전해 [14]콘덴서로 알려지게 되었습니다.

루벤의 발명과 함께 A에 의해 종이 스페이서 1927로 분리된 상처 포일의 발명.Hydra-Werke(독일)[15]의 Ekkel, 실제 전해 콘덴서의 개발이 시작되었습니다.[14]

1928년 [16]전해 콘덴서에 대한 첫 번째 특허가 출원된 윌리엄 두빌리어는 전해 콘덴서에 대한 새로운 아이디어를 산업화했고 1931년 [14]뉴저지 플레인필드에 있는 코넬-듀빌리어(CD) 공장에서 최초의 대규모 상업 생산을 시작했다.같은 시각 독일 베를린에서는 AEG 업체인 하이드라 베르케가 전해 콘덴서 대량 생산을 시작했다.또 다른 제조업체인 랄프 D. 메르손은 전해 [17]콘덴서에 대한 라디오 시장의 수요를 충족시키는 데 성공했다.

1960년부터 2005년까지 알루미늄 전해 콘덴서의 소형화(케이스 10x16mm, 팩터 10까지)

Pollak은 1896년 특허에서 양극박의 표면을 거칠게 다듬을 때 콘덴서의 정전용량이 증가한다는 것을 이미 알고 있었다.오늘(2014년)에는 전기화학적으로 식각된 저전압 박일이 매끄러운 [5][6]표면에 비해 표면적이 최대 200배 증가할 수 있습니다.식각 공정의 발전은 최근 수십 년 동안 알루미늄 전해 콘덴서의 치수를 감소시킨 이유입니다.

알루미늄 전해 콘덴서의 경우 1970년부터 1990년까지 수십 년 동안 누출 전류가 매우 낮거나 수명이 긴 특성, 또는 125°[18][19]C까지 높은 온도 등 특정 산업 용도에 적합한 다양한 새로운 프로페셔널 시리즈가 개발되었습니다.

탄탈 콘덴서

최초의 탄탈 전해 콘덴서 중 하나는 1930년 탄시터 일렉트로닉사에 의해 개발되었습니다.미국, 군사적 목적으로.[20]창상세포의 기본구조를 채택하여 탄탈 양극박과 탄탈 음극박을 함께 사용하여 황산인 액체 전해질을 함침한 종이 스페이서로 분리하여 은색 케이스에 봉입하였다.

고체 전해질 탄탈 콘덴서의 관련 개발은 1947년 윌리엄 쇼클리, 존 바딘, 월터 하우저 브래튼트랜지스터를 발명한 지 몇 년 후에 시작되었습니다.1950년대 초 Bell Laboratories에 의해 새롭게 발명된 트랜지스터를 보완하기 위해 소형화되고 신뢰성이 높은 저전압 지원 콘덴서로 발명되었습니다.1950년 초 벨 연구소에서 R. L. Taylor와 H. E. Haring에 의해 발견된 해법은 세라믹에 대한 경험에 기초했다.탄탈을 분쇄하여 원통형으로 만든 후 진공 상태에서 1500~2000°C의 고온에서 소결하여 펠릿("slug")[21][22]을 만들었습니다.

이러한 최초의 소결 탄탈 콘덴서는 고체 전해질을 사용했는데, 고체 전자 장치의 개념에 맞지 않습니다.1952년 D가 벨 연구소를 목표로 수색했다.A. McLean과 F.S. 고체 전해질을 위한 힘은 소결 탄탈 [23]콘덴서의 고체 전해질로서 이산화망간을 발명하게 했다.

기본적인 발명품은 Bell Labs에서 나왔지만 상업적으로 실행 가능한 탄탈 전해 콘덴서를 제조하기 위한 발명품은 Sprague Electric Company의 연구원들로부터 나왔습니다.Sprague의 연구 책임자인 Preston Robinson은 1954년 [24][25]탄탈 콘덴서의 실제 발명자로 간주됩니다.그의 발명은 1955년 [26][27]R. J. Millard에 의해 지원되었는데, 그는 MnO2 증착의 각 딥 앤 컨버트 사이클 후에 콘덴서의 유전체를 수리하는 중요한 개선점인 "개혁" 단계를 도입하여 완성된 콘덴서의 누출 전류를 극적으로 줄였습니다.

고체 탄탈 캐패시터는 알루미늄 전해 캐패시터보다 ESR이 낮고 전류 값이 누출되는 캐패시터를 제공했지만 1980년 탄탈 가격 충격으로 인해 특히 엔터테인먼트 업계에서 [28][29]탄탈 전해 캐패시터의 사용이 크게 감소했습니다.업계는 알루미늄 전해 콘덴서를 사용하는 것으로 다시 전환했다.

고체 전해질

비고체 및 고체 전해질 전도율

1952년 탄탈 콘덴서용으로 개발된 이산화망간 최초의 고체 전해질은 다른 모든 유형의 비고체 전해질보다 10배 더 높은 전도율을 보였다.알루미늄 전해 콘덴서 개발에도 영향을 미쳤다.1964년 [30]필립스가 개발한 고체 전해질 SAL 전해 콘덴서를 갖춘 최초의 알루미늄 전해 콘덴서가 시장에 출시되었습니다.

디지털화의 시작과 함께 인텔은 1971년에 최초의 마이크로컴퓨터인 MCS 4를 출시했습니다.1972년 Hewlett Packard는 최초의 포켓 계산기 중 하나인 HP [31][32]35를 출시했습니다.캐패시터의 요건은 바이패스 및 디커플링 [33]캐패시터의 등가 직렬 저항(ESR)을 낮추는 측면에서 증가했습니다.

1983년이 되어서야 산요는 "OS-CON" 알루미늄 전해 콘덴서를 사용하여 ESR 저감을 위한 새로운 조치를 취했다.이러한 콘덴서는 고체 유기 도체인 전하 전달 소금 TTF-TCNQ(테트라시아노퀴노디메탄)를 사용하여 이산화망간 [34]전해질보다 전도율이 10배 향상되었습니다.[35][36]

ESR 감소의 다음 단계는 Alan J.의한 전도성 폴리머 개발이었다. 1975년 [37]히거, 앨런 맥디아미드, 시라카와 히데키.폴리피롤(PPY)이나[39] PEDOT 등의 전도성 폴리머는 TCNQ보다 100~500배 이상 전도성이 뛰어나 금속 전도성에 가깝다.

1991년 파나소닉은 폴리머 알루미늄 전해 콘덴서 시리즈인 "SP-Cap"[40]을 출시했습니다.폴리머 전해질을 사용하는 이러한 알루미늄 전해 캐패시터는 세라믹 멀티레이어 캐패시터(MLCC)에 직접 견줄 수 있는 매우 낮은 ESR 값에 도달했습니다.그것들은 여전히 탄탈 콘덴서보다 덜 비쌌고 노트북과 휴대폰위한 평평한 디자인으로 탄탈 칩 콘덴서와 경쟁했다.

PPy 고분자 전해질 캐소드를 가진 탄탈 전해 캐패시터가 3년 후에 뒤를 이었다.1993년 NEC는 SMD 폴리머 탄탈 전해 콘덴서인 "NeoCap"을 발표했습니다.1997년 산요는 "POSCAP" 폴리머 탄탈 칩을 출시했다.

Kemet은 "1999 카트" 컨퍼런스에서 [41]탄탈 폴리머 캐패시터를 위한 새로운 전도성 폴리머를 발표했습니다.이 캐패시터는 PEDOT(상표명 Baytron®)라고도 하는 새로 개발된 유기 전도성 폴리머 PEDT Poly(3,4-에틸렌디옥시티오펜)를 사용했습니다.

니오브 콘덴서

2000/2001년 탄탈의 또 다른 가격 폭등으로 인해 이산화망간 전해질을 가진 니오브 전해 콘덴서를 개발해야 했으며,[43][44] 이는 2002년부터 사용 가능해졌다.니오브는 탄탈과 자매 금속으로 양극 산화 중에 산화층을 생성하는 밸브 금속 역할을 합니다.원료인 니옵은 탄탈보다 자연이 훨씬 풍부하고 가격도 저렴합니다.1960년대 후반의 기본 금속의 가용성에 대한 문제였고, 이는 서구와 같은 탄탈 콘덴서 대신 구소련에서 니오브 전해 콘덴서의 개발 및 구현으로 이어졌다.니오브 유전체 캐패시터를 생산하는 데 사용되는 재료 및 프로세스는 기본적으로 기존 탄탈 유전체 캐패시터와 동일합니다.니오브 전해 콘덴서와 탄탈 전해 콘덴서의 특성은 대략 비슷합니다.[45]

수성 전해질

일본에서는 1980년대 중반부터 저렴한 비고체 전해 콘덴서의 ESR 저감을 목표로 알루미늄 전해 콘덴서용 새로운 수성 전해질이 개발되었습니다.물은 저렴하고 전해질의 효과적인 용매이며 전해액의 전도성을 크게 향상시킵니다.일본 [46]제조사인 루비콘은 1990년대 후반 전도성이 향상된 새로운 수성 전해질 시스템 개발의 선두주자였다.수성 전해질을 가진 새로운 비고체 전해 콘덴서는 데이터 시트에서 "낮은 ESR", "낮은 임피던스", "초저임피던스" 또는 "높은 리플 전류"를 갖는 것으로 설명되었습니다.

적어도 1999년 2010년을 통하여에서 중요한 stabilizers[47][48]absent,[49]" 나쁜 모자"( 전해 콘덴서 실패),이나 가끔 컴퓨터, 전원 장치에 파열 새고는 "capacito로 알려진 다른 전자 장비의 광범위한 문제에 주도되었다 그러한 수성 전해질에 도난된 조리법부터.rplague".이러한 전해 캐패시터에서는 물이 알루미늄과 매우 적극적으로 반응하여 캐패시터 내의 강력한 열과 가스가 발생하며, 조기 장비 고장 및 시골집 수리 산업의 발전을 초래합니다.

전기적 특성

직렬 등가 회로

전해 콘덴서의 직렬 등가 회로 모델

콘덴서의 전기적 특성은 국제 일반 규격 IEC 60384-1에 의해 일치한다.이 표준에서 콘덴서의 전기적 특성은 전해 콘덴서의 모든 오믹 손실, 용량 및 유도 매개변수를 모델링하는 전기 부품을 갖춘 이상적인 직렬 등가 회로에 의해 설명됩니다.

  • C, 콘덴서의 캐패시턴스
  • RESR 콘덴서의 모든 오믹 손실을 요약하는 등가 직렬 저항으로, 일반적으로 "ESR"로 약칭됩니다.
  • LESL 캐패시터의 유효 자기 유도인 등가 직렬 인덕턴스로, 일반적으로 "ESL"로 약칭됩니다.
  • Rleak, 콘덴서의 누설 전류를 나타내는 저항

캐패시턴스, 표준값 및 공차

주파수의 함수로서의 일반적인 캐패시턴스
온도의 함수로서의 일반적인 캐패시턴스

전해 콘덴서의 전기적 특성은 양극의 구조와 사용되는 전해질에 따라 달라집니다.이는 주파수 및 온도 측정에 따라 달라지는 전해 콘덴서의 캐패시턴스 값에 영향을 미칩니다.비고체 전해질을 사용하는 전해 콘덴서는 고체 전해질을 사용하는 콘덴서보다 주파수 및 온도 범위에서 더 큰 수차를 보입니다.

전해 콘덴서의 캐패시턴스의 기본 단위는 마이크로파라드(μF)입니다.제조업체의 데이터 시트에 지정된 캐패시턴스 값은 정격 캐패시턴스R C 또는 공칭 캐패시턴스 C라고N 하며 캐패시터가 설계된 값입니다.

전해 콘덴서의 표준 측정 조건은 20°C에서 100/120Hz의 주파수에서 0.5V의 AC 측정 방법입니다.탄탈 콘덴서의 경우 정격 전압이 2.5V 이상인 유형의 경우 1.1~1.5V, 정격 전압이 2.5V 이상인 유형의 경우 2.1~2.5V의 DC 바이어스 전압을 측정 중에 적용하여 역전압을 방지할 수 있습니다.

1kHz 주파수에서 측정된 캐패시턴스 값은 100/120Hz 값보다 약 10% 작습니다.따라서 전해 콘덴서의 캐패시턴스 값은 직접 비교할 수 없으며 1kHz 이상의 캐패시턴스로 측정되는 필름 콘덴서 또는 세라믹 콘덴서와 다릅니다.

100/120Hz에서 AC 측정 방법으로 측정한 캐패시턴스 값은 e캡에 저장된 전하와 가장 가까운 값입니다.저장된 전하를 특수 방전 방법으로 측정하여 DC 캐패시턴스라고 합니다.DC 캐패시턴스는 100/120Hz AC 캐패시턴스보다 약 10% 높습니다.DC 캐패시턴스는 포토 플래시와 같은 방전 애플리케이션에서 중요합니다.

측정된 캐패시턴스의 정격값으로부터의 허용 편차 비율을 캐패시턴스 허용 오차라고 합니다.전해 콘덴서는 다양한 공차 계열로 사용할 있으며, 그 값은 IEC 60063에 명시된 E 계열에 명시되어 있습니다.좁은 공간에서의 생략 표시의 경우, 각 공차에 대한 문자 코드가 IEC 60062에 명시되어 있다.

  • 정격 용량, 드라마 시리즈 E3, 관용 ±20%, 문자 코드"M".
  • 정격 용량, 드라마 시리즈 E1, 관용 ±20%, 문자 코드"M".
  • 정격 용량, 시리즈 E12, 허용 오차는±10%, 문자 코드"K".

필요한 용량 공차는 특정 응용 프로그램에 의해 결정된다.왜냐하면 그들은 대부분 정확한 주파수 애플리케이션에 oscillators에서처럼 사용되지 않는다면서 종종 일하는 푸줏간 주인장 필터링에 사용된다 전기 콘덴서, 좁은 허용 오차의 필요성이 없다.

정격 및 카테고리 전압

범주 전압, 정격과 사용 온도 정격 사이의 관계.

그 IEC/EN60384-1 표준에 관해 언급하며 전해 콘덴서에 허용된 작동 전압은"정격 전압 UR"또는"공칭 전압 유엔"라고 불린다.정격 전압 UR의 최대 DC전압이나 계속해서 어떤 온도에 정격 온도 범위 TR내에 적용될 것이다. 최고 펄스 전압.

온도 증가하면서 전해 콘덴서의 전압은 증명은 감소하고 있다.일부 애플리케이션에는 더 높은 온도 범위를 사용하는 것이 중요하다.전압을 더 높은 온도에서 적용한 저하 안전 마진을 유지하고 있다.일부 축전기의 유형에 따라서 IEC표준은 더 높은 온도"범주 전압 UC"에 대한"온도 전압 derated"를 지정합니다.계속해서 capacitor에 사용 온도 범위 TC의 어떤 온도에서 적용될 수 있는 범주 전압은 최대 DC전압 또는 피크 펄스 전압.두 전압과의 기온의 관계는 사진 속 오른쪽에 주어진다.

더 높은 전압보다 지정된 적용을 전해 콘덴서 손상될 수 있다.

낮은 전압을 적용하면 전해 콘덴서에 긍정적인 영향을 줄 수도 있다.알루미늄 전해 콘덴서의 경우 인가 전압이 낮으면 수명이 [5]연장될 수 있습니다.탄탈 전해 콘덴서의 경우 인가 전압을 낮추면 신뢰성이 높아지고 예상 고장률이 [50]감소합니다.i

서지 전압

서지 전압은 제한된 사이클 [5]수 동안 전기 콘덴서에 적용될 수 있는 최대 피크 전압 값을 나타냅니다.서지 전압은 IEC/EN 60384-1에 표준화되어 있습니다.정격전압이 최대 315V인 알루미늄 전해 콘덴서는 서지전압이 정격전압의 1.15배, 정격전압이 315V를 넘는 콘덴서는 서지전압이 정격전압의 1.10배입니다.

탄탈 전해 콘덴서의 경우 서지 전압은 정격 전압의 1.3배이며 가장 가까운 전압으로 반올림할 수 있습니다.탄탈 콘덴서에 인가되는 서지 전압은 콘덴서의 고장률에 영향을 줄 [51][52]수 있습니다.

과도 전압

비고체 전해질을 가진 알루미늄 전해 콘덴서는 과도전압의 주파수 및 에너지 함량이 낮으면 서지전압보다 높은 고온 및 단기 과도전압에 상대적으로 둔감하다.이 기능은 정격 전압과 컴포넌트 크기에 따라 달라집니다.낮은 에너지 과도 전압은 제너 [53]다이오드와 유사한 전압 한계로 이어집니다.허용 과도 전압 또는 피크 전압의 명확하고 일반적인 사양은 불가능합니다.모든 과도현상이 발생할 경우, 신청은 매우 신중하게 승인되어야 한다.

고체 산화망간 또는 고분자 전해질을 가진 전해 콘덴서와 알루미늄 및 탄탈 전해 콘덴서는 서지 전압보다 높은 과도 전압 또는 피크 전압을 견딜 수 없습니다.과도현상으로 인해 이러한 유형의 전해 [51][52]콘덴서가 파괴될 수 있습니다.

역전압

PCB의 알루미늄 전해 콘덴서 폭발
상단의 통풍구를 통해 폭발한 전해 콘덴서로, 내부 유전체가 압출된 것을 나타냅니다.

표준 전해 캐패시터, 알루미늄 및 탄탈 및 니오브 전해 캐패시터는 편광되어 있어 일반적으로 양극 전극 전압이 음극 전압에 대해 양의여야 합니다.

그럼에도 불구하고 전해 콘덴서는 제한된 사이클 수 동안 짧은 순간 동안 역전압을 견딜 수 있습니다.구체적으로는 비고체 전해질을 가진 알루미늄 전해 콘덴서는 약 1V~1.5V의 역전압에도 견딜 수 있다.이 역전압을 사용하여 캐패시터를 영구적으로 [54][55][56]사용할 수 있는 최대 역전압을 결정해서는 안 됩니다.

고체 탄탈 콘덴서는 단기간 동안 역전압에도 견딜 수 있습니다.탄탈 반전 전압에 대한 가장 일반적인 지침은 다음과 같습니다.

  • 25°C에서 최대 1V까지 정격 전압의 10%
  • 85°C에서 최대 0.5V까지 정격 전압의 3%
  • 125°C에서 정격 전압의 1%에서 최대 0.1V까지.

이 가이드라인은 단시간의 Excursion(익스커전)에 적용되며 캐패시터를 영속적으로 [57][58]사용할 수 있는 최대 역전압을 결정할 때는 사용하지 마십시오.

그러나 탄탈 및 니오브 전해 캐패시터뿐만 아니라 알루미늄의 경우에도 영구적인 AC 애플리케이션에 역전압을 사용할 수 없습니다.

편광 전해액이 회로에 잘못 삽입될 가능성을 최소화하려면 케이스에 극성을 명확하게 표시해야 합니다.아래 극성 마킹 섹션을 참조하십시오.

양극 작동을 위해 설계된 특수 양극성 알루미늄 전해 콘덴서를 사용할 수 있으며, 일반적으로 "비편광" 또는 "양극" 유형이라고 합니다.이 때 캐패시터는 역극성으로 접속된 전두께 산화층을 가진 2개의 양극 박을 가진다.AC 사이클의 다른 절반에서는 포일의 산화물 중 하나가 차단 유전체로 작용하여 역류가 다른 한쪽의 전해질을 손상시키는 것을 방지합니다.그러나 이러한 양극성 전해 캐패시터는 금속화된 폴리머 필름이나 종이 유전체가 있는 전력 캐패시터 대신 주요 AC 애플리케이션에 적합하지 않습니다.

임피던스

고주파용 콘덴서의 단순화된 직렬 등가회로(상기), 전기 리액턴스ESL X 및 XC, 저항 ESR 및 임피던스 Z 및 소산계수 tan의 설명을 위한 벡터 다이어그램 †

일반적으로 콘덴서는 전기에너지의 저장 부품으로 간주됩니다.그러나 이것은 하나의 콘덴서 어플리케이션일 뿐입니다.콘덴서는 AC 저항으로도 동작할 수 있습니다.특히 알루미늄 전해 콘덴서는 불필요한 AC 주파수를 접지 또는 오디오 AC 신호의 용량 결합에 필터링 또는 바이패스하기 위한 디커플링 콘덴서로 자주 사용됩니다.이 경우 유전체는 DC 블록에만 사용됩니다.이러한 애플리케이션에서는 임피던스(AC 저항)가 캐패시턴스 값만큼 중요합니다.

주파수에 따른 다양한 캐패시턴스 값에 대한 일반적인 임피던스 곡선.캐패시턴스가 클수록 공진 주파수는 낮아집니다.

임피던스 Z는 리액턴스저항의 벡터 합으로, 주어진 주파수에서 정현파적으로 변화하는 전압과 정현파적으로 변화하는 전류 사이의 위상 차이와 진폭 비율을 나타냅니다.이러한 의미에서 임피던스는 콘덴서가 교류 전류를 통과할 수 있는 능력을 측정하는 것으로 옴의 법칙처럼 사용할 수 있습니다.

즉, 임피던스는 주파수에 의존하는 AC 저항으로 특정 주파수에서 크기와 위상을 모두 갖습니다.

전해 콘덴서의 데이터 시트에서는 임피던스 크기 Z만 지정되며 단순히 "Z"로 표기됩니다.IEC/EN 60384-1 규격은 전해 콘덴서의 임피던스 값을 캐패시터 용량 및 전압에 따라 10kHz 또는 100kHz로 측정하여 규정한다.

측정 외에 이상 콘덴서 C, 저항 ESR인덕턴스 ESL을 포함한 콘덴서의 직렬 등가 회로의 이상화된 성분을 사용하여 임피던스를 계산할 수 있다.이 경우 각 주파수 θ에서의 임피던스는 ESR의 기하학적(복소수) 첨가에 의해 용량성 리액턴스C X에 의해 주어진다.

그리고 유도 리액턴스L X(유도)에 의해

L L { _ { L } = \ L _ { \ { }

그러면 Z는 다음과 같이 지정됩니다.

2+ ( +( - L) ) {\ Z = {{ + (} + (-

두 반응 저항 XCL X가 동일한 값(XC=XL)을 갖는 공명의 특별한 경우 임피던스는 ESR에 의해서만 결정됩니다.주파수가 공진을 초과하면 캐패시터의 ESL로 인해 임피던스가 다시 증가합니다.콘덴서가 인덕터가 됩니다.

ESR 및 소산계수 tan »

등가 직렬 저항(ESR)은 캐패시터의 모든 저항 손실을 요약합니다.이것들은 단자 저항, 전극 접점의 접촉 저항, 전극의 라인 저항, 전해질 저항 및 유전체 [59]산화층의 유전 손실입니다.

전해 콘덴서의 경우 일반적으로 주파수와 [60]온도가 증가함에 따라 ESR이 감소합니다.

ESR은 스무딩 후 중첩된 AC 리플에 영향을 미쳐 회로 기능에 영향을 줄 수 있습니다.캐패시터 내에서 ESR은 리플 전류가 캐패시터 간에 흐를 경우 내부 발열을 고려합니다.이러한 내부 열은 비고체 알루미늄 전해 캐패시터의 수명을 줄이고 고체 탄탈 전해 캐패시터의 신뢰성에 영향을 미칩니다.

전해 콘덴서의 경우, 과거의 이유로 ESR 대신 데이터 시트에 산란계수 tan δ가 지정되는 경우가 있습니다.소산 계수는 용량 리액턴스C X에서 유도 리액턴스L X와 ESR 사이의 위상각 접선에 의해 결정됩니다.인덕턴스 ESL이 작을 경우 소멸 계수는 다음과 같이 근사할 수 있습니다.

소산 계수는 주파수 결정 회로에서 손실이 매우 적은 캐패시터에 사용됩니다.여기서 소산 계수의 역치는 Quality Factor(Q; 품질 계수)라고 불리며, 이는 공진기의 대역폭을 나타냅니다.

리플 전류

반파 정류를 사용하는 전원 공급 장치의 스무딩 캐패시터 C1을 통과하는 높은 리플 전류는 캐패시터의 ESR에 상당하는 상당한 내부 발열을 일으킵니다.

"파급 전류"는 지정된 온도 범위 내에서 연속적으로 작동하기 위해 모든 주파수 및 전류 곡선의 파형에 중첩된 AC 전류의 RMS 입니다.AC전압을 정류한 후 주로 전원장치(스위치 모드 전원장치 포함)에서 발생하며 디커플링 및 스무딩 캐패시터를 통해 충전 및 방전 전류로 흐릅니다.

리플 전류는 콘덴서 본체 내부에서 열을 발생시킵니다.이 소산전력 손실L P는 ESR에 의해 발생하며 유효(RMS) 리플 전류 IR 제곱 값입니다.

이 내부에서 발생하는 열은 주변 온도 및 기타 외부 열원에 추가되어 콘덴서의 체온이 주변 온도와 비교하여 Ω T의 온도 차이가 나게 됩니다.이 열은 캐패시터 표면 A에서 열손실th P로 분배되고 주변으로 열저항β로 분배되어야 합니다.

내부적으로 발생한 열은 열 복사, 대류 및 열 전도의해 주변으로 분배되어야 합니다.캐패시터의 온도는 생성되는 열과 방산되는 열의 순차이며 캐패시터의 최대 지정 온도를 초과해서는 안 됩니다.

리플 전류는 100 또는 120Hz 또는 상위 카테고리 온도에서 10kHz에서 유효(RMS) 값으로 지정됩니다.비 사인파 리플 전류는 푸리에 분석을 통해 분석 및 단일 사인파 주파수로 분리되고 단일 [61]전류에 제곱을 더하여 요약해야 합니다.

비고체 전해 캐패시터에서는 리플 전류에 의해 발생한 열이 전해액의 증발을 일으켜 [62][63][64][65][66]캐패시터의 수명을 단축합니다.한도를 초과하면 폭발성 고장의 원인이 됩니다.

이산화망간 전해액이 포함된 고체 탄탈 전해 캐패시터에서는 리플 전류에 의해 발생하는 열이 [67][68][69][70]캐패시터의 신뢰성에 영향을 미칩니다.한도를 초과하면 치명적인 고장, 단락, 가시적인 연소 등의 결과를 초래할 수 있습니다.

리플 전류에 의해 발생하는 열은 고체 고분자 전해질을 [71]가진 알루미늄 및 탄탈 전해 콘덴서의 수명에도 영향을 미칩니다.제한을 초과하면 치명적인 고장이나 단락이 발생할 수 있습니다.

전류 서지, 피크 또는 펄스 전류

비고체 전해질을 가진 알루미늄 전해 콘덴서는 일반적으로 전류 서지, 피크 또는 펄스 제한 없이 정격 전압까지 충전할 수 있습니다.이 성질은 액체 전해액의 이온 이동성이 제한되어 유전체 전체의 전압 램프가 느려지고 콘덴서의 ESR이 원인으로 발생합니다.시간에 따라 통합된 피크의 주파수만 지정된 최대 리플 전류를 초과할 수 없습니다.

이산화망간 전해액 또는 고분자 전해액을 가진 고체 탄탈 전해 콘덴서는 피크 또는 펄스 [51][52]전류에 의해 손상된다.예를 들어 고전압 회로에서는 서지, 피크 또는 펄스 전류에 노출된 고체 탄탈 캐패시터를 전압 감쇠와 함께 사용해야 합니다.가능하면 전압 프로파일은 램프를 켜야 합니다. 그러면 캐패시터가 경험하는 피크 전류가 감소하기 때문입니다.

누설 전류

전해 콘덴서의 일반적인 누출 거동: 다른 종류의 전해질에 대한 함수로서 누설 (\
비고형 고함수량
비고체, 유기물
고체, 폴리머

전해 캐패시터의 경우 DCL(DCL)은 기존 캐패시터에는 없는 특수한 특성입니다.이 전류는 전해 콘덴서의 직렬 등가 회로에서 콘덴서와 병렬로 저항 R에leak 의해 표시됩니다.

누출 전류는 고체 및 고체 전해질을 사용하는 전해 캐패시터와 이산화망간 전해질을 사용하는 탄탈 전해 캐패시터와 고분자 전해질을 사용하는 전해 캐패시터에 따라 다릅니다.비고체 알루미늄 전해 콘덴서의 경우 누출 전류에는 작동 주기 사이에 인가 전압(저장 시간)이 없는 시간 동안 발생하는 원치 않는 화학적 프로세스에 의해 야기되는 유전체의 약화된 결함이 모두 포함됩니다.이러한 원치 않는 화학적 과정은 전해질의 종류에 따라 달라집니다.수성 전해질은 유기 액체를 기반으로 하는 전해질보다 산화 알루미늄층에 더 공격적입니다.그렇기 때문에 다른 전해 콘덴서 시리즈는 [72]개질하지 않고 다른 저장 시간을 지정한다.

"습식" 캐패시터에 양의 전압을 인가하면 약화된 모든 유전체층을 수리하는 개질(셀프 힐링) 프로세스가 발생하여 누출 전류가 [73]낮은 수준으로 유지됩니다.

비고체 전해 캐패시터의 누출 전류가 세라믹 또는 필름 캐패시터의 유전체를 통과하는 전류보다 높지만 유기 전해질을 사용하는 최신 비고체 전해 캐패시터의 자가 방전에는 몇 주가 걸립니다.

고체 탄탈 캐패시터의 DCL의 주요 원인에는 유전체의 전기적 고장, 불순물 또는 양극산화 불량으로 인한 전도 경로, 과도한 이산화망간, 수분 경로 또는 음극 도체(탄소, 은)[74]로 인한 유전체의 바이패스 등이 있습니다.고체 전해질 캐패시터의 이러한 "정상" 누출 전류는 "힐링"을 통해 감소될 수 없습니다. 정상 상태에서는 고체 전해질이 형성 프로세스에 산소를 공급할 수 없기 때문입니다.이 문장은 필드 결정화 중 자가 복구 프로세스와 혼동해서는 안 됩니다. 아래의 신뢰성(고장률)을 참조하십시오.

데이터 시트의 누출 전류 사양은 종종 정격 정전용량R 값 C와 정격 전압R U의 값을 2분 또는 5분 후에 측정한 부록 수치와 곱한 값으로 제공됩니다. 예를 들어 다음과 같습니다.

누출 전류 값은 인가되는 전압, 콘덴서의 온도 및 측정 시간에 따라 달라집니다.고체2 MnO 탄탈 전해 캐패시터의 누설 전류는 일반적으로 비고체 전해 캐패시터보다 매우 빠르게 감소하지만 도달 레벨은 유지됩니다.

유전체 흡수(비누)

유전체 흡수는 장기간 충전된 콘덴서가 잠시 방전되었을 때만 불완전하게 방전될 때 발생합니다.이상적인 콘덴서는 방전 후 0V에 도달하지만 실제 콘덴서는 유전체 완화, 침전 또는 배터리 동작이라고도 하는 현상인 시간 지연 쌍극자 방전에서 소량의 전압을 발생시킵니다.

자주 사용되는 일부 콘덴서의 유전체 흡수 값
콘덴서의 종류 유전체 흡수
고체 전해질을 가진 탄탈 전해 콘덴서 2~3%,[75] 10%[76]
비고체 전해질이 있는 알루미늄 전해 콘덴서 10 ~ 15 %[77]

유전체 흡수는 장기 정수 집적회로나 샘플 홀드 [78]회로와 같이 전자회로의 기능에 매우 작은 전류가 사용되는 회로에서 문제가 될 수 있습니다.전원 라인을 지원하는 대부분의 전해 콘덴서 어플리케이션에서는 유전체 흡수가 문제가 되지 않습니다.

그러나 특히 정격 전압이 높은 전해 콘덴서의 경우, 유전체 흡수에 의해 발생하는 단자의 전압은 직원 또는 회로에 안전상의 위험을 초래할 수 있습니다.충격을 방지하기 위해 대부분의 초대형 캐패시터에는 단락선이 포함되어 있으며, 이 단락선은 캐패시터를 [79]사용하기 전에 분리해야 합니다.

동작 특성

신뢰성(고장률)

"조기 고장", "랜덤 고장" 및 "마모 고장" 시간이 있는 욕조 곡선.랜덤 고장 시간은 일정한 고장률의 시간으로, 비고체 e-cap의 수명에 대응합니다.

구성 요소의 신뢰성은 구성 요소가 시간 간격에서 기능을 얼마나 안정적으로 수행하는지 나타내는 속성입니다.그것은 확률적 과정을 거치고 질적, 양적으로 묘사될 수 있다; 그것은 직접적으로 측정할 수 없다.전해 콘덴서의 신뢰성은 내구성 시험을 수반하는 생산 실패율을 확인하여 경험적으로 판단됩니다(신뢰성 엔지니어링 참조).

신뢰성은 일반적으로 욕조 곡선으로 나타나며, 조기 고장 또는 유아 사망률 고장, 지속적인 무작위 고장 및 마모 고장 등 세 가지 영역으로 구분된다.고장률로 집계된 장애는 단락, 단선 및 열화 장애(전기 파라미터를 초과)입니다.

신뢰성 예측은 일반적으로 고장률 θ(Failures In Time)로 표시됩니다.이는 연속 랜덤 고장9 기간 동안 고정된 작업 조건에서 10억 개의 부품 작동 시간(100만 시간 동안 1000개의 부품 또는 1000만 시간 동안 100만 개의 부품, 즉 1ppm/1000 시간 동안 100만 개의 부품)에서 예상할 수 있는 고장 수입니다.이 고장률 모델은 암묵적으로 "랜덤 고장" 개념을 가정합니다.개별 성분은 랜덤한 시간에 고장나지만 예측 가능한 속도로 고장납니다.

테스트된 캐패시터 단위시간으로 매우 낮은 수준의 고장률을 확립해야 합니다.이러한 고장률은 오늘날 많은 양의 컴포넌트를 고장 없이 생산하기 위해 필요합니다.이를 위해서는 장기간에 걸쳐 약 100만 개의 유닛이 필요하며, 이는 대규모 인력과 상당한 [80]자금조달을 의미합니다.테스트된 장애율은 대부분의 경우 주요 고객으로부터의 피드백(필드 장애율)으로 보완됩니다.이 수치는 대부분 테스트된 것보다 낮은 장애율을 가져옵니다.

FIT의 역수 값은 평균 고장 간격(MTBF)입니다.

피트 시험에 대한 표준 작동 조건 40세, 0.5UR°C이다.적용된 전압, 전류 부하, 온도, 정전 용량 값, 회로 저항(탄탈 콘덴서에), 기계적 영향과 습도의 다른 조건의 경우, 애크런에서 건강한 독자 수치 가속 요인이나 military[82]industrial[81]애플리케이션에 포함시키도록 표준화 시켰다로 변환할 수 있다.예를 들어 온도와 인가 전압이 높을수록 고장률이 높아집니다.

고장률 변환에 가장 자주 인용되는 선원은 MIL-HDBK-217F로, 전자 부품에 대한 고장률 계산의 "bible"이다.합격 샘플링 및 품질 관리를 위한 온라인 통계 계산기인 SQC Online은 주어진 애플리케이션 조건에 [83]대한 주어진 고장률 값을 계산하기 위한 간단한 검사를 위한 온라인 도구를 제공합니다.

일부 제조업체는 탄탈 [84][85]캐패시터에 대한 자체 FIT 계산 표를 가지고 있을 수 있습니다.또는[86] 알루미늄 콘덴서의 경우

탄탈 콘덴서의 경우 고장률은 종종 85°C 및 정격 전압R U에서 기준 조건으로 지정되며 1,000시간당 고장 성분 백분율(n %/1000 h)로 표현된다.즉, 10시간당5 고장난 부품 수가 "n"개이거나 FIT에서는 10시간당9 10,000배 값입니다.

탄탈 콘덴서는 이제 매우 신뢰할 수 있는 구성 요소가 되었습니다.탄탈 분말 및 캐패시터 기술의 지속적인 향상으로 이전에는 대부분의 필드 결정화 실패를 야기했던 불순물의 양이 크게 감소했습니다.상업적으로 생산된 탄탈 캐패시터는 현재 표준 제품으로 높은 MIL 표준 "C" 수준에 도달했습니다. MIL 표준 "C" 레벨은 85°C 및 85R°C 및 [87]U에서R 10시간당7 1회 고장입니다. MIL HDKB 217F에서 40°C 및 0.5 U에서 발생하는 가속 계수로 FIT로 변환됨은 고장 비율입니다R.직렬 저항이 0.1Ω인 100 'F/25 V 탄탈 칩 캐패시터의 경우 고장률은 0.02 FIT입니다.

알루미늄 전해 콘덴서는 85°C 및R U에서 "% per 1000 h"의 사양을 사용하지 않습니다.40°C 및 0.5U의R FIT 규격을 기준 조건으로 사용합니다.알루미늄 전해 콘덴서는 매우 신뢰할 수 있는 컴포넌트입니다.공개된 그림에서는 1~20[88] FIT 범위의 저전압 타입(6.3~160V) FIT 레이트와 20~200 [86]FIT 범위의 고전압 타입(160~550V) FIT 레이트를 나타내고 있습니다.알루미늄 전자 캡의 필드 장애율은 0.5~20 [86][88][89]FIT입니다.

공개된 수치를 보면 탄탈 및 알루미늄 콘덴서 유형은 모두 신뢰할 수 있는 구성 요소이며 다른 전자 구성 요소와 견줄 수 있으며 정상 조건에서 수십 년 동안 안전하게 작동할 수 있음을 알 수 있습니다.그러나 마모 실패의 경우 큰 차이가 있습니다.비고체 전해질을 사용하는 전해 콘덴서는 마모 고장이 시작되는 시점까지 일정한 랜덤 고장 기간이 제한됩니다.일정한 랜덤 고장률 기간은 "습식" 알루미늄 전해 콘덴서의 수명 또는 사용 수명에 해당합니다.

라이프 타임

고체 전해질이 없는 알루미늄 전해 콘덴서의 전기적 값은 전해질의 증발로 인해 시간이 지남에 따라 변화합니다.전기 파라미터의 지정된 한계에 도달하면 일정한 고장률의 주기가 끝나 캐패시터의 수명이 종료됩니다.이 그래프는 105°C에서 2000시간 내구성 테스트에서 이러한 동작을 보여줍니다.

전해 콘덴서의 수명, 수명, 부하 수명 또는 내용 수명은 액체 전해질이 시간이 지남에 따라 증발할 수 있는 비고체 알루미늄 전해 콘덴서의 특별한 특성입니다.전해액 레벨을 낮추면 캐패시터의 전기적 파라미터에 영향을 줍니다.전해액의 양이 감소함에 따라 캐패시턴스가 감소하고 임피던스와 ESR이 증가합니다.이 매우 느린 전해질 건조는 온도, 인가된 리플 전류 부하 및 인가된 전압에 따라 달라집니다.이들 파라미터가 최대치에 비해 낮을수록 캐패시터의 "수명"이 길어집니다."종료" 지점은 캐패시턴스, 임피던스, ESR 또는 누출 전류가 지정된 변경 한계를 초과할 때 마모 고장 또는 열화 고장이 나타나는 것으로 정의됩니다.

수명은 테스트된 콘덴서 집합의 사양으로, 유사한 유형의 동작을 예측합니다.이 수명 정의는 욕조 곡선의 지속적인 무작위 고장률의 시간에 해당합니다.

그러나 지정된 한계를 초과하여 캐패시터가 "수명 종료"에 도달한 후에도 전자 회로는 즉각적인 위험에 처하지 않고 캐패시터의 기능만 저하됩니다.오늘날 전해 콘덴서의 제조 순도가 높기 때문에 수명이 다한 후에 파라미터 열화와 함께 점진적인 증발로 단락이 발생할 것으로 예상되지 않습니다.

비고체 알루미늄 전해 콘덴서의 수명은 "2000h/105°C"와 같이 "온도당 시간"으로 지정됩니다.이 규격에서는 심각한 제조업체의 데이터 시트에 명시된 특수 공식 또는 그래프로 작동 조건에서의 수명을 추정할 수 있다.이들은 사양에 다른 방법을 사용하며, 일부는 특수 [90][91]공식을 제공하기도 하며, 다른 [88][92][93][94]일부는 인가 전압의 영향을 고려한 그래프로 e캡 수명 계산을 지정하기도 합니다.작동 조건 하에서 시간을 계산하는 기본 원칙은 이른바 "10도 규칙"[95][96][97]입니다.

이 규칙은 아레니우스 규칙이라고도 합니다.그것은 열반응 속도의 변화를 특징짓는다.온도가 10°C 낮아질 때마다 증발량이 절반으로 감소합니다.즉, 온도가 10°C 낮아질 때마다 콘덴서의 수명이 2배로 늘어납니다.예를 들어 전해 콘덴서의 수명 사양이 2000 h/105 °C인 경우 45 °C에서의 콘덴서의 수명은 10도 규칙을 사용하여 128,000 시간(약 15년)으로 "계산"할 수 있습니다.

단, 고체 고분자 전해 콘덴서와 알루미늄, 탄탈 및 니오브 전해 콘덴서도 수명 사양이 있습니다.고분자 전해질은 전도성 고분자의 열 열화로 인한 약간의 전도성 저하를 나타냅니다.도전성 고분자 [98]입자의 축소로 인해 노화가 발생하는 입상 금속 유형 구조와 일치하여 시간의 함수로서 전기 전도율이 감소합니다.중합체 전해 콘덴서의 수명 조건non-solid 전해 콘덴서와 비슷하지만의 수명 계산, 더 이상 작전 생애에 다른 규칙을 따르지 지정됩니다.[99][100][101]

고체 이산화망간 전해질을 가진 탄탈 전해 콘덴서는 마모 고장이 없기 때문에 비고체 알루미늄 전해 콘덴서의 수명 사양이 없습니다.또한 비고체 전해질인 "습식 탄탈"을 가진 탄탈 캐패시터는 밀폐되어 있기 때문에 수명 사양이 없습니다.

장애 모드, 자가 복구 메커니즘 및 응용 프로그램 규칙

다양한 유형의 전해 콘덴서는 서로 다른 전기적 장기 거동, 고유 고장 모드 및 자가 복구 메커니즘을 나타냅니다.고유 고장 모드를 가진 유형에 대한 적용 규칙은 높은 신뢰성과 긴 수명을 보장하기 위해 명시됩니다.

다양한 유형의 전해 콘덴서의 장기적인 전기적 동작, 고장 모드, 자가 복구 메커니즘 및 적용 규칙
종류
전해 콘덴서
장기
전기적 거동
장애 모드 셀프 힐링
메커니즘
어플
규칙.
알루미늄 전해 콘덴서,
비고체 전해질
시간이 지남에 따라 말라가고,
캐패시턴스 감소,
ESR의 증가
독특하지 않다
결정 가능한
신규 생성 산화물(형성)
전압을 가함으로써
라이프 타임
계산
알루미늄 전해 콘덴서,
고체 고분자 전해질
전도성 저하,
ESR의 증가
독특하지 않다
결정 가능한
결함의 절연
유전체 내에서
산화 또는 증발에 의해
고분자 전해질의
라이프 타임
계산
탄탈 전해 콘덴서,
고체2 MnO 전해질
안정적인. 필드 결정화
[87][102]
열유도절연
유전체 결함의
전해질2 MnO의 산화에 의해
절연23 MnOO에 입력
현재 이용 가능한 것이 한정되어 있는 경우
전압 저하 50%
직렬 저항 3Ω/V
[103][104]
탄탈 전해 콘덴서,
고체 고분자 전해질
전도성 저하,
ESR의 증가
필드 결정화
[87][102]
결함의 절연
산화 또는 증발에 의한 유전체 중의
고분자 전해질의
전압 감소 20%
[103][104]
니오브 전해 콘덴서
고체2 MnO 전해질
안정적인. 독특하지 않다
결정 가능한
열유발 결함 절연
유전체 내에서
NbO의25 산화에 의해
절연2 NbO로
니오브 양극:
전압 감소 50%
산화니움 양극:
전압 감소 20%
[103][104]
니오브 전해 콘덴서
고체 고분자 전해질
전도성 저하,
ESR의 증가
독특하지 않다
결정 가능한
결함의 절연
유전체 내에서
산화 또는 증발에 의해
고분자 전해질의
니오브 양극:
전압 감소 50%
산화니움 양극:
전압 감소 20%
[103][104]
하이브리드 알루미늄 전해 콘덴서,
고체 고분자 + 비고체 전해질
전도성 저하,
시간이 지남에 따라 말라가고,
캐패시턴스 감소,
ESR의 증가
독특하지 않다
결정 가능한
신규 생성 산화물(형성)
전압을 가함으로써
라이프 타임
계산

스토리지 후의 퍼포먼스

모든 전해 캐패시터는 제조 과정에서 발생했을 수 있는 모든 균열 및 약점을 수리하기에 충분한 시간 동안 고온에서 정격 전압을 인가하여 "숙성"된다.단, 보관 후 또는 전원 공급되지 않은 기간이 경과한 후 알루미늄 모델의 특수한 문제가 발생할 수 있습니다.화학적 과정(부식)은 산화층을 약화시켜 누출 전류를 높일 수 있습니다.대부분의 현대 전해 시스템은 화학적으로 불활성이며 2년 이상의 저장 시간 후에도 부식 문제를 보이지 않습니다.GBL과 같은 유기용제를 전해질로 사용하는 비고체 전해 콘덴서는 장기간 [73]보관 후 누출 전류가 높아도 문제가 없다.최대 10년간 문제없이 보관할[61] 수 있습니다.

스토리지 시간은 특정 기간(일반적으로 1000시간) 동안 상위 카테고리 온도에서 전압을 인가하지 않고 저장해야 하는 가속된 저장 수명 테스트를 사용하여 테스트할 수 있습니다.이 저장 수명 테스트는 높은 온도에 의해 모든 화학 반응이 가속화되기 때문에 화학적 안정성과 산화층의 좋은 지표입니다.시판되는 거의 모든 비고체 전해 콘덴서 시리즈는 1000시간 저장 수명 테스트를 충족합니다.그러나 많은 시리즈가 2년의 저장 기간에만 지정됩니다.또, 단자의 납땜성도 보증합니다.

고풍스러운 무선 장비나 1970년대 이전에 제조된 전해 콘덴서의 경우 "사전 조정"이 적절할 수 있습니다.이는 약 1kΩ의 직렬 저항을 통해 캐패시터에 정격 전압을 1시간 동안 인가하여 산화층이 자가치유를 통해 스스로 복구할 수 있도록 함으로써 수행됩니다.사전 조정 후 누출 전류 요건을 충족하지 못하는 콘덴서는 기계적 손상을 [94]입었을 수 있습니다.

고체 전해질을 사용하는 전해 콘덴서는 사전 조정 요건이 없습니다.

추가 정보

콘덴서 기호

전해 콘덴서 기호

병렬 접속

병렬 캐패시터 뱅크 내의 개별 캐패시터가 단락되면 캐패시터 뱅크의 전체 에너지가 단락을 통해 방전됩니다.따라서 대용량 콘덴서, 특히 고전압 타입은 갑작스러운 방전에 대해 개별적으로 보호해야 합니다.

직렬 연결

높은 내구성 전압이 필요한 애플리케이션에서는 전해 콘덴서를 직렬로 연결할 수 있습니다.절연 저항의 개별 변동으로 인해 전압이 인가될 때 누출 전류가 발생하므로 전압이 각 직렬 캐패시터에 고르게 분포되지 않습니다.이로 인해 개별 캐패시터의 전압 정격이 초과될 수 있습니다.[61][94]캐패시터 간에 전압을 균일하게 하기 위해서는 패시브 또는 액티브 밸런서 회로가 필요합니다.

극성 마킹

폴리머 전해 콘덴서의 극성 표시

Polymer-Quader-Polarität.jpg
V-Chip.jpg
직사각형 폴리머 캐패시터,
탄탈과 알루미늄,
극성 마크가 붙어 있다
양극(플러스) 쪽에

원통형 폴리머 캐패시터
극성 마크가 붙어 있다
음극(음극) 쪽에

각인 표시

다른 대부분의 전자 부품과 마찬가지로 전기 콘덴서는 공간을 고려하여 다음과 같이 표시됩니다.

  • 제조원의 이름 또는 상표
  • 제조자의 형식 명칭
  • 종단 극성(편광 캐패시터용)
  • 정격 캐패시턴스
  • 정격 캐패시턴스 공차
  • 정격 전압 및 전원 특성(AC 또는 DC)
  • 기후 범주 또는 정격 온도
  • 제조 연도 및 월(또는 주)
  • 안전 표준의 인증 마크(안전 EMI/RFI 억제 캐패시터용)

용량이 작은 캐패시터에서는 단축 표기가 사용됩니다.가장 일반적으로 사용되는 형식은 XYZ J/K/M "V"입니다. 여기서 XYZ는Z 캐패시턴스(XY × 10 pF로 계산됨), 문자 K 또는 M은 공차(각각 ±10% 및 ±20%)를 나타내며 "V"는 작동 전압을 나타냅니다.

예:

  • 105K 330V는 정격 전압이 330V일 때 10 × 105 pF = 1µF (K = ±10%)의 정전용량을 의미합니다.
  • 476M 100V는 정격 전압이 100V일 때 47 × 106 pF = 47µF (M = ±20%)의 정전용량을 의미합니다.

용량, 공차 및 제조일은 IEC/EN 60062에 명시된 짧은 코드로 표시할 수 있습니다.정격 캐패시턴스(마이크로패러드): - 47 = 0,47 µF, 4µ7 = 4,7 µF, 47 µF = 47 µF

제조 일자는 국제 표준에 따라 인쇄되는 경우가 많습니다.

  • 버전 1: 연도/주 숫자 코드로 코딩합니다. "1208"은 "2012, week number 8"입니다.
  • 버전 2: 연도 코드/월 코드로 코딩합니다.연도 코드는 "R" = 2003, "S" = 2004, "T" = 2005, "U" = 2006, "V" = 2007, "W" = 2008, "X" = 2009, "A" = 2010, "B" = 2011, "C" = 2012, "D" = 2014년입니다.월 코드는 "1" ~ "9" = 1월 ~ 9월, "O" = 10월, "N" = 11월, "D" = 12월입니다.「X5」는 「2009년, 5월」이 됩니다.

매우 작은 캐패시터에서는 마킹이 불가능합니다.여기서는 제조사의 추적성만이 유형을 식별할 수 있습니다.

표준화

모든 전기, 전자 부품 및 관련 기술에 대한 표준화는 비영리 비정부 국제 표준 [107][108]기구인 국제 전기 표준 위원회([106]IEC)에 의해 주어진 규칙을 따릅니다.

전자기기에 사용되는 콘덴서의 특성 정의 및 테스트 방법은 일반 사양에 명시되어 있습니다.

  • IEC/EN 60384-1 - 전자 장비용 고정 캐패시터

표준 유형으로 승인을 위한 전자 장비에 사용하기 위해 알루미늄 및 탄탈 전해 콘덴서가 충족해야 하는 시험 및 요건은 다음 섹션 사양에 명시되어 있습니다.

  • IEC/EN 60384-3—표면 마운트 고정 탄탈 전해 콘덴서와 이산화망간 고체 전해질
  • IEC/EN 60384-4—고체(MnO2) 비고체 전해질을 포함한 알루미늄 전해 콘덴서
  • IEC/EN 60384-15: 비고체고체 전해질을 사용하는 고정 탄탈 캐패시터
  • IEC/EN 60384-18—고체(MnO2) 비고체 전해질이 포함된 고정 알루미늄 전해 표면 마운트 캐패시터
  • IEC/EN 60384-24—표면 마운트 고정 탄탈 전해 콘덴서와 도전성 고분자 고체 전해질
  • IEC/EN 60384-25—전도성 고분자 고체 전해질이 포함된 표면 장착 고정 알루미늄 전해 캐패시터
  • IEC/EN 60384-26—고정 알루미늄 전해 콘덴서(도전성 고분자 고체 전해질 포함)

시장.

2008년 전해 콘덴서 시장은 전체 시장의 약 30%를 차지했습니다.

  • 알루미늄 전해 콘덴서-39억달러(22%)
  • 탄탈 전해 콘덴서 -22억달러(12%)

이들 캐패시터는 전체 캐패시터 시장의 약 10% 또는 약 1,000억~1,200억 [109]개에 달합니다.

제조원 및 제품

전 세계 운영 제조업체 및 그 전해 콘덴서 제품 프로그램
제조원 알루미늄
전해 콘덴서
탄탈룸
전해 콘덴서
니오브
전해질
콘덴서
SMD
방사형

SI, ST
고분자
SMD
방사형
고분자
하이브리드
SMD
MnO2
SMD
고분자
젖다
전해질
SMD
MnO2
고분자
AVX - - - - X X X X
캡슨 X X X X - - - -
CDE 코넬 듀빌리어 X X X X X X - -
캐패시터 산업 - X - - - - - -
친산(엘리트) X X X - - - - -
대우, (Partsnic) X X - - - - - -
엘나 X X X - - - - -
엑셀리아군 - X - - X X - -
프롤리 X X - - - - - -
히타치 - X - - - - - -
히타노 X X X - X - - -
일초 - X - - - - - -
잭콘 X X - - - - - -
장하이 X X X X - - - -
카이메이 전자 주식회사 (제이미콘) X X - - - - - -
케멧 X X X - X X X -
레론 X X X - - - - -
맨유, (Samxon) X X - - - - - -
NEC 토킨 - - - - X - X -
일본 화학공업 X X X X - - - -
NIC X X X X X - X -
니치콘 X X X - - - - -
파나소닉, 마쓰시타 X X X X - - X -
리치 X X - - - - - -
ROHM - - - - X - X -
루비콘 X X X - - - - -
삼화 X X X - - - - -
SUN 전자 산업 X - - X - - - -
TDK EPCOS X X - - - - - -
Teapo (Luxon) Wayback Machine에서 2016-03-04 아카이브 완료 X X X - - - - -
비셰이 X X X - X X X X
야지오 X X X - - - - -

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추가 정보

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외부 링크