ความดันใช้งานสูงสุดของแทนทาลัมและตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า

ฉันต้องการออกแบบอุปกรณ์ที่ต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูง (แก๊สไนโตรเจน) ความดันในการใช้งานอาจแตกต่างจาก 1bar (บรรยากาศ) ถึง 20 .. 30bar ความดันเกจ แรงดันใช้งานปกติจะอยู่ที่ประมาณ 10bar

ดังนั้นอุปกรณ์ประกอบด้วยตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าสลับด้วย LM2674-5 ที่ต้องการตัวเก็บประจุอินพุตและเอาต์พุตที่มีค่าค่อนข้างสูง - เช่น 100uF

เห็นได้ชัดว่าตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ปกติที่มีอิเล็กโตรไลต์เหลวอาจถูกบีบอัดด้วยแรงดันเช่นนั้น

แต่ตัวเก็บประจุอะไรที่จะใช้? ตัวเก็บประจุแทนทาลัมทนแรงดันได้มากกว่าหรือไม่?

สิ่งนี้ถูกกล่าวถึงอย่างมีนัยสำคัญ แต่ตัวเลือกตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันคือตัวเลือกที่มีอิเล็กโตรไลต์แข็งแทนทาลัมโซลิดแทนทาลัมโพลีเมอร์ที่เป็นของแข็ง

ยกตัวอย่างเช่น Cornell Dublier ระบุว่าตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคทั้งหมดมีช่วงการทำงาน 1.5 บรรยากาศถึง 10,000 ฟุต (ที่มา - หน้า 9 )

ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคไม่ได้เป็นช่องว่างที่สมบูรณ์แบบและการใช้งานปกติและการอะโนไดซ์เริ่มต้นทำให้มั่นใจได้ว่ามีก๊าซไฮโดรเจนอยู่ภายในเล็กน้อยจากโรงงานโดยตรง ที่แรงกดดันเล็กน้อยสิ่งปนเปื้อนใด ๆ จะถูกบังคับให้เข้าสู่ตัวเก็บประจุผ่านซีลซึ่งอาจทำให้เกิดการลัดวงจรหรือการเปลี่ยนแปลงความจุและเมื่อเกิดแรงกดดันที่สูงกว่าพวกมันจะถูกอัดเข้าด้านในและรับประกันว่าจะเกิดความล้มเหลว

เพียงแค่ใส่อลูมิเนียมอิเล็กโตรไลติกปกติออกจากโต๊ะอย่างสิ้นเชิง

ทีนี้นี่คือสิ่งที่มันจะยุ่งยาก: เมื่อออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทนต่อแรงดันส่วนใหญ่คุณจะเป็นคนที่ชอบตัวเอง สิ่งที่ฉันหมายถึงคือคุณจะไม่พบคำตอบสำหรับคำถามเช่น 'แรงกดดันในการทำงานสูงสุด' ของส่วนประกอบส่วนใหญ่แม้ว่าคุณจะส่งอีเมลถึง บริษัท ก็ตาม นี่เป็นเพราะช่องดังกล่าวมีขนาดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อและไม่คุ้มค่ากับเวลาและความพยายามในการทดสอบหรือรับรองผลิตภัณฑ์ภายใต้สภาพแวดล้อมที่ผิดปกติเช่นนั้น

มีเพียงไม่กี่ (น้อยมาก) บริษัท ที่ให้การเลือกส่วนประกอบดันจัดอันดับสูงเช่นตัวเก็บประจุ จำกัด บางอย่างที่มีความสูงถึง 10,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ตัวเก็บประจุเหล่านี้จะแพงมาก - ฉันไม่สามารถหาราคาได้คุณต้องขอใบเสนอราคา หากคุณมีปริมาณมากพอฉันก็ยังคาดหวังให้พวกเขามีราคาสูงกว่า $ 500 - $ 1,000 ต่อตัวเก็บประจุ พวกมันยังใหญ่มาก 50,000 antF ของตัวเก็บประจุแทนทาลัมตัวจริง 10,000 psi ดังนั้นจริงๆแล้วการหาชิ้นส่วนที่ผ่านการรับรองแล้วซึ่งใช้งานได้จริงก็คือฉันคิดว่าไม่ใช่ตัวเลือกที่เหมือนจริงสำหรับคุณ

สิ่งนี้หมายความว่ามันขึ้นอยู่กับคุณที่จะมีสิทธิ์ได้รับส่วนประกอบด้วยตนเอง คุณต้องใช้การตัดสินใจที่มีการศึกษาและเลือกตัวเก็บประจุ COTS แต่ไม่มีใครสามารถบอกคุณได้ว่ามันจะทำงานหรือไม่ว่าคุณสมบัติหรืออายุการใช้งานจะมีผลต่อสภาพแวดล้อมเช่นคุณหรือไม่ คุณต้องทดสอบทั้งหมดนี้ด้วยตัวเอง

นี่คือวิธีที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทนต่อแรงดันส่วนใหญ่จะต้องได้รับการออกแบบ คุณผ่านการทดสอบด้วยตัวคุณเองและจากนั้นคุณจะมีสิทธิ์ได้รับการประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดด้วยกันภายใต้การทดสอบและจากนั้นคุณจะใช้เวลาและเงินจำนวนมากในการตรวจสอบความน่าเชื่อถือหรืออายุการใช้งานที่ยาวนาน คุณเพียงแค่หวังว่าจะได้สิ่งที่ดีที่สุด (และเรียนรู้จากสิ่งที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ในสนาม - ทดลองด้วยไฟถ้าคุณต้องการ)

ดังนั้นคุณควรตระหนักอย่างรอบคอบถึงสิ่งที่อยู่ในความเสี่ยงและผลที่ตามมาคืออะไรหากบอร์ดของคุณล้มเหลวและตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้มีการตั้งค่าเผื่อไว้เช่นไม่มีความปลอดภัยใด ๆ เกิดขึ้น

ที่กล่าวว่าสำหรับกลุ่มความจุไฟฟ้าตัวเก็บประจุแทนทาลัมของแข็งจะเป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับคุณทนความดันที่มีการเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุดในการปฏิบัติงาน

อีกทางเลือกหนึ่งคือให้แน่ใจว่าคุณต้องการตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าจริงๆ ตัวเก็บประจุเซรามิกการจัดอันดับสำหรับ 10V และ100μFมีความพร้อมและไม่แพงอย่างน่ากลัว นี้เก็บประจุ Murataเป็นตัวเลือกเช่น เพียงระวังกราฟ DC bias ตัวเก็บประจุเซรามิกความจุสูงส่วนใหญ่ใช้ dielectrics ที่แสดงเอฟเฟ็กต์เฟอร์โรอิเล็กทริก วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกนั้นคล้ายกับวัสดุเฟอร์โรเล็ตที่ปรากฏอยู่ในสนามแม่เหล็ก แต่สำหรับสนามไฟฟ้า (และพลังงานที่เก็บไว้เป็นสนามไฟฟ้าเป็นสิ่งที่ตัวเก็บประจุเก็บไว้ในท้ายที่สุด) ซึ่งหมายถึงความจุที่มีประสิทธิภาพของตัวเก็บประจุเซรามิกลดลงภายใต้ DC bias ดังนั้นคุณจะต้องหาค่าความจุของมันและใช้มากกว่าหนึ่งขนาน

มาตรฐานทองคำในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทนต่อแรงกดมักจะเป็นตัวเก็บประจุฟิล์มโพลีโพรพีลีนแต่ก็เห็นได้ชัดว่าสิ่งเหล่านี้มีค่าต่ำเกินไปและไม่เหมาะสำหรับการใช้งานความจุขนาดใหญ่ ฉันคิดว่าฉันจะสังเกตพวกเขาที่นี่เพื่อความสมบูรณ์แม้ว่า

ในการปิดนอกเหนือจากความกดอากาศสูงที่แปลกใหม่อย่างเป็นธรรมประจุทะเล deap ที่มีแนวโน้มที่จะไม่ปฏิบัติสำหรับโปรแกรมประยุกต์ของคุณคำตอบสั้น ๆ กับคำถามของคุณคือการที่ตัวเก็บประจุแทนทาลัมเช่นเดียวกับตัวเก็บประจุส่วนใหญ่ก็ไม่ได้มีความดันการดำเนินงานสูงสุดคะแนน การจัดเรตเน้นในวัตถุประสงค์ที่นี่ - อย่าเข้าใจผิดนี่หมายความว่าพวกเขาสามารถทำงานได้ทุกความกดดัน แน่นอนว่าพวกเขามีแรงกดดันสูงสุดที่พวกเขาคาดว่าจะทำงานได้ แต่การจัดอันดับตัวเองจะไม่มีอยู่จริง

อย่าปล่อยให้เรื่องนี้ทำให้คุณท้อใจ แรงกดดันที่เกิดขึ้นจากสิ่งต่าง ๆ เช่นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทนทานต่อแรงดันใต้ทะเลลึกนั้นสูงกว่า 30 บาร์และตัวเก็บประจุแทนทาลัมที่มีคุณภาพเป็นตัวเลือกแรกที่นี่

เพิ่งเข้าใจว่าผู้ผลิตไม่ได้เป็นฝ่ายผิดถ้าตัวเก็บประจุล้มเหลวและคุณยังต้องมีคุณสมบัติเหล่านั้นด้วยตัวคุณเอง นี่ไม่ได้หมายถึงการตรวจสอบความล้มเหลวเท่านั้น แต่ต้องแน่ใจว่าคุณสมบัติต่าง ๆ ที่มีความสำคัญต่อวงจรของคุณอยู่ในระดับที่ยอมรับได้

รับตัวเก็บประจุแทนทาลัมที่เป็นของแข็งและทดสอบด้วยตัวเอง คุณอาจลองในครั้งแรก แต่เตรียมที่จะลองยี่ห้อหรือประเภทการก่อสร้างต่าง ๆ

หมายเหตุสุดท้าย:ส่วนประกอบอื่น ๆ สามารถแสดงพฤติกรรมที่ไม่คาดคิดในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณไม่มีสิ่งใดที่มีโครงสร้างแบบ 'กระป๋องโลหะ' สิ่งหนึ่งที่มองข้ามได้ง่ายคือคริสตัลควอตซ์ - ผ่านรูหรือ SMD พวกมันมีพื้นที่ว่างภายในกระป๋องและความเครียดเชิงกลบนคริสตัลจะผ่านความถี่ออกหากไม่ได้ถูกทำลาย

นอกจากนี้ยังต้องระวังตัวเก็บประจุแทนทาลัมเปียก คุณควรหลีกเลี่ยงสิ่งเหล่านี้ มีความเข้าใจผิดร่วมกันว่าของเหลวไม่สามารถบีบอัดได้ สิ่งนี้ไม่เป็นความจริง - พวกมันอัดยากกว่าแก๊สมาก แต่มันก็ยังอัดได้เหมือนของแข็ง นั่นคือค่าโมดูลัสจำนวนมาก - ความสามารถในการอัดของสาร ที่สำคัญความแตกต่างของความสามารถในการบีบอัดสำหรับของเหลวกับของแข็งอยู่ระหว่าง 10-100 หรือ 1 ถึง 2 ขนาดของคำสั่ง ซึ่งหมายความว่าของเหลวจะบีบอัดมากกว่าของแข็งซึ่งจะทำให้เกิดความเครียดเชิงกลที่อาจเกิดขึ้นได้

สำหรับน้ำมันจะอัดประมาณ 46.4ppm ต่อบรรยากาศ ปริมาณน้ำที่ให้ดังนั้นจะลดลงประมาณ 0.14% ของปริมาตรทั้งหมดหากสัมผัสกับแรงดัน 30 บาร์ สิ่งนี้จะไม่ทำให้เกิดการระเบิดใด ๆ เหมือนกระป๋องได้ แต่สำหรับส่วนประกอบที่มีวัสดุเปราะมากอยู่ภายใน (เช่นแทนทาลัมเพนท็อกไซด์) สิ่งนี้อาจทำให้ดิ้น / เครียดมากพอ โซลิดอิเล็กโทรไลต์เป็นสิ่งที่คุณต้องการ

ปัญหาของคุณอาจได้รับการแก้ไขโดยเลือกการออกแบบที่ดีกว่าที่ทำงาน >> 1MHz จึงใช้ฝาฟิล์มที่สามารถเลือกได้หนึ่งสภาพแวดล้อมที่เลวร้าย

นี่คือข้อมูลอ้างอิงจาก NASAสำหรับการทดสอบอุณหภูมิในหมวก

ตัวอย่างเช่นในขณะที่ตัวเก็บประจุโพลีโพรพีลีนโพลีคาร์บอเนตและไมกามีความเสถียรดีเยี่ยมเมื่อทดสอบที่ไนโตรเจนเหลวตัวเก็บประจุแทนทาลัมชนิดแข็งแสดงการเพิ่มขึ้นของการสูญเสียอิเล็กทริกที่อุณหภูมินั้น ตัวเก็บประจุ EDL ส่วนใหญ่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงกับอายุ แต่ดูเหมือนจะไม่ทำงานที่อุณหภูมิสูง

นี่คือรายการที่แนะนำของฉันของหมวกที่เป็นไปได้

คุณสามารถค้นหาการออกแบบของคุณเองจาก 1.5 ถึง 3MHz เพื่อตอบสนองความต้องการของคุณด้วยแหล่งแบตเตอรี่ที่ดีและฝาครอบฟิล์ม

เนื่องจาก Neil_UK ด้วยสติปัญญาและประสบการณ์ที่ยอดเยี่ยมของเขาชี้ให้เห็นในความคิดเห็นของเขานี่ไม่ใช่ปัญหาใหญ่อย่างที่เห็น

ตัวเก็บประจุสามารถขึ้นกับแรงดันสูงได้อย่างไร คุณอาจคิดว่ามันจะระเบิด แต่นี่ไม่ใช่เรื่องจริงถ้าตัวเก็บประจุแข็งหรือเต็มไปด้วยของเหลวเพราะมีเพียงก๊าซที่อัดได้ ของเหลวอัดได้น้อยกว่ามาก

$^\circ$$^\circ$

ก๊าซตกค้าง 4% ในตัวเก็บประจุที่เติมของเหลว (ซึ่งค่อนข้างมาก) จะให้ปริมาณการเปลี่ยนแปลง 3.8% ในปริมาตรรวมที่ 20 บาร์ แน่นอนว่าการขยายความร้อนนั้นเพิ่มขึ้น แต่คุณเห็นว่ามันมีขนาดเท่ากัน

สิ่งนี้ไม่เป็นความจริงสำหรับของแข็งที่ฟองไม่สามารถหดตัวเพื่อนำความดันฟองสู่แรงกดดันต่อสภาพแวดล้อมเพราะมันล้อมรอบด้วยของแข็งความกดดันทั้งหมดจะรวมอยู่บนพื้นผิวผนังเล็ก ๆ ของฟองสบู่

คำตอบขึ้นอยู่กับข้อ จำกัด งบประมาณและความน่าเชื่อถือของคุณ

ตัวเก็บประจุใต้ทะเลที่มีราคาแพงยังต้องการอายุการใช้งานที่ยาวนานและอัตราความล้มเหลวต่ำเนื่องจากค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนมีมาก

นี่อาจไม่ใช่กรณีของคุณและโซลูชันของ metacollin ในการใช้ตัวเก็บประจุปกติและการทดสอบด้วยตัวคุณเองอาจจะดีและราคาถูก แน่นอนไม่มั่นคงสำหรับเหตุผลข้างต้นและตัวเก็บประจุการค้นหาที่มีช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้นเพียงเพราะพวกเขามีความอดทนต่อการเปลี่ยนแปลงปริมาณอิเล็กโทรไลต์

จากการศึกษาเก่า ๆ ที่ฉันพบพบว่าส่วนประกอบเกรดปกติเท่านั้นที่ล้มเหลวในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูง (สูงถึง 70 บาร์) คือส่วนประกอบที่มีอากาศอยู่ภายในและเคสที่อ่อนแอเช่นไดโอดห่อหุ้มโลหะ