你能用两个普通的电解电容做一个无极性的电解电容吗?

电器工程 电容器 电解电容
2022-01-03 23:18:06

关于这个问题有一些讨论

我认为这没有得到最终解决:

  • “事实证明,看起来像两个普通电解液的东西实际上并不是两个普通电解液。”
  • “不,不要这样做。它也会起到电容器的作用,但是一旦通过几伏电压,它就会烧毁绝缘体。”
  • '有点像'你不能用两个二极管制造 BJT''
  • “这是一个修补匠无法完成的过程”

那么,非极性 (NP) 电解帽在电气上是否与两个反向串联的电解帽相同?它不能承受相同的电压吗?当在组合上施加大电压时,反向偏置电容会发生什么情况?除了物理尺寸外,还有实际限制吗?外面的极性有关系吗?

我看不出有什么区别,但很多人似乎认为有区别。

概括:

正如其中一条评论中所发布的,有一种电化学二极管正在运行:

如果电池的温度不高,该膜对自由电子是可渗透的,但对离子基本上是不可渗透的。当薄膜下面的金属处于负电位时,该电极中有自由电子可用,电流流过电池薄膜。随着极性反转,电解液处于负电位,但由于电解液中只有离子而没有自由电子,电流被阻断。Alexander M. Georgiev 的电解电容器

通常,电容器不能长时间反向偏置,否则大电流会流动并“通过电化学还原破坏介电材料的中心层”:

电解液可以在短时间内承受反向偏压,但会传导大量电流并且不能用作非常好的电容器。维基百科:电解电容器

但是,当您有两个背靠背时,正向偏置电容器会阻止长时间的直流电流流动。

也适用于钽

对于无法避免反向电压偏移的电路位置,两个类似的电容器“背靠背”串联...将产生无极性电容器功能...这是有效的,因为几乎所有电路电压都在正向偏置电容器上下降,因此反向偏置的设备只看到一个可以忽略不计的电压。

固体钽电容器常见问题 (FAQ)

钽电容器中使用的氧化物电介质结构具有基本的整流特性,可阻止电流在一个方向流动,同时在相反方向提供低电阻路径。

4个回答

概括:

  • 是的,“极化”铝“湿电解”电容器可以合法地“背对背”连接(即以相反极性串联)以形成非极性电容器。

  • C1 + C2 的电容和额定电压始终相等
    Ceffective = = C1/2 = C2/2

  • Veffective = C1 和 C2 的 vrating。

  • 请参阅最后的“机制”了解这(可能)如何工作。


这样做时,普遍假设两个电容器具有相同的电容。
得到的电容器具有每个单独电容器的一半电容。
例如,如果两个 x 10 uF 电容器串联放置,则产生的电容将为 5 uF。

我得出结论,由此产生的电容器将具有与单个电容器相同的额定电压。(我可能错了)。

多年来,我在很多场合都看到过这种方法,更重要的是,我看到了许多电容器制造商的应用说明中描述的方法。参见最后一个这样的参考。

了解单个电容器如何正确充电需要相信电容器制造商的声明(“就像它们已被二极管绕过一样”或额外的复杂性,但了解一旦启动该安排如何工作更容易。
想象两个背靠背电容Cl 完全充电而 Cr 完全放电。
如果电流现在通过串联装置,使 Cl 然后放电至零电荷,则 Cr 的反向极性将导致其充电至满电压。尝试施加额外的电流并进一步放电 Cl,因此假设不正确的极性将导致 Cr 充电至高于其额定电压。即,可以尝试但将超出两个设备的规格。

综上所述,具体问题可以回答:

串联电容器的原因有哪些?

可以从 2 个极性电容创建一个双极性电容。
或者只要注意平衡电压分布,就可以将额定电压加倍。有时使用并联电阻器来帮助实现平衡。

“事实证明,看起来像两个普通电解液的东西实际上并不是两个普通电解液。”

这可以用普通的电解液来完成。

“不,不要这样做。它也会起到电容器的作用,但是一旦通过几伏电压,它就会烧毁绝缘体。”

如果不超过额定值,则可以正常工作。

'有点像'你不能用两个二极管制造 BJT''

比较的原因已注明,但不是一个有效的原因。每个半电容器仍然遵守与单独站立时相同的规则和要求。

“这是一个修补匠无法完成的过程”

Tinkerer 可以 - 完全合法。

那么,非极性 (NP) 电解帽在电气上是否与两个反向串联的电解帽相同?

它是盘绕的,但制造商通常会进行制造更改,以便有两个阳极箔,但结果是相同的。

它不能承受相同的电压吗?

额定电压是单个电容的额定电压。

当在组合上施加大电压时,反向偏置电容会发生什么情况?

在正常操作下,没有反向偏置帽。每个上限处理一个完整的 AC 整体周期,有效地看到半个周期。见我上面的解释。

除了物理尺寸外,还有实际限制吗?

没有我能想到的明显限制。

外面的极性有关系吗?

不。画出每个帽子孤立地看到的东西,而不参考“外面的东西”。现在改变他们在电路中的顺序。他们看到的东西是相同的。

我看不出有什么区别,但很多人似乎认为有区别。

你是对的。从“黑匣子”的角度来看,它们在功能上是相同的。


制造商的例子:

在本文档应用指南中,Cornell Dubilier 的铝电解电容器是一家称职且受人尊敬的电容器制造商(年龄 2.183 和 2.184)

  • 如果两个相同值的铝电解电容器串联连接,正端子或负端子背靠背连接,则得到的单个电容器是具有一半电容的无极性电容器。

    两个电容器对施加的电压进行整流,并像被二极管旁路一样工作。

    施加电压时,极性正确的电容器获得全电压。

    在无极性铝电解电容器和电机启动铝电解电容器中,第二个阳极箔代替阴极箔,以在单个外壳中实现无极性电容器。

与理解整体行动相关的是第 2.183 页的此评论。

  • 虽然看起来电容在两个箔之间,但实际上电容在阳极箔和电解质之间。

    正极板为阳极箔;

    电介质是阳极箔上的绝缘氧化铝;

    真正的负极板是导电的液体电解质,而阴极箔仅连接到电解质。

    这种结构提供了巨大的电容,因为蚀刻箔可以将表面积增加 100 倍以上,并且氧化铝电介质的厚度不到一微米。因此,由此产生的电容器具有非常大的极板面积,并且极板非常靠近。


添加:

正如 Olin 所做的那样,我直觉地认为应该有必要提供一种保持正确极性的方法。在实践中,电容器似乎很好地适应了启动“边界条件”。Cornell Dubiliers “就像一个二极管”需要更好的理解。


机制:

我认为以下描述了该系统的工作原理。

如上所述,一旦一个电容器在交流波形的一个极端处完全充电,而另一个电容器完全放电,则系统将正常运行,电荷从一个电容器的内侧板穿过一个电容器的外部“板”。盖到另一个盖上并“从另一端出来”。即,电荷体在两个电容器之间来回传输,并允许净电荷流经双电容。到目前为止没有问题。

正确偏置的电容器具有非常低的泄漏。
反向偏置电容器具有更高的泄漏并且可能更高。
在启动时,一个电容在每个半周期反向偏置,并且漏电流流动。
电荷流是为了将电容器驱动到适当平衡的状态。
这就是所谓的“二极管动作”——不是正式的整流,而是在不正确的操作偏压下的泄漏。
若干循环后将达到平衡。盖子在相反方向上的“泄漏”越快,将实现更快的平衡。
任何缺陷或不平等都将通过这种自我调节机制得到补偿。非常整洁。

我知道这已经成功完成了很长时间,但它为什么有效值得一看。

我想我会根据罗素在他的回答中提供的信息建立一个快速模拟。要点是“就好像它们被二极管绕过一样”部分。这是一个非常粗略的近似值,但它给出了可能发生的情况。

双极示意图

双极模拟

I[D1] 和 I[D2] 代表通过电容的反向电流。最初,其中一个电容会出现短暂的反向电流浪涌,然后两者都变得最小。I[C1] 和 I[C2] 代表通过电容的电流。这符合 100Hz 时 0.5uF 上限的预期。容抗

12π100500e9=3183

所以峰值电流将是

103183=3.14mA

第三张图中的浅蓝色波是电源电压。第三张图中的深蓝色和绿色波表示每个电容器上的电压(+ 端子相对于每个电容器的 - 端子)

可以看出,两者都是正确极化的。

是的,可以将两个极化帽组合成一个有效的单个非极化帽,但有一些限制。每个单独的电容仍然只需要查看其规格范围内的电压。要做到这一点,最简单的方法是保证电源电压始终高于或低于施加到非极化电容任一侧的任何电压。然后将两个极化电容背靠背连接,并将一个高阻值电阻连接到电源:

请注意,总电容是两个独立电容器的串联组合,如果它们相等,则每个电容器都是一半。在上面的示例中,总有效电容为 235 uF。

每个电容的电压范围也必须仔细考虑。最坏的情况取决于外部电路能做什么。例如,假设两端都保持在 10V,那么左端突然降到 0V。中心将在 -5V 处,在该步骤之后立即跨过右帽 15V。还必须考虑到电源信号上的 1 MΩ 阻抗。R1 必须足够低,以使通过电容的泄漏不会增加太多电压,否则尽可能高以不加载信号。

一般来说,这种技巧应该被认为是最后的手段。由于信号通常需要双极电容器,因此通常可以将其布置为需要较低的双极电容。多层陶瓷盖在过去十年中取得了显着进步。如果您可以使用 10 uF 而不是 100 uF,那么陶瓷罐可能就可以完成这项工作。

请注意,串联成对电容器的等效串联电阻 (ESR) 加倍。由于组件偏离其理想模型(接近理想/现实世界的电容器应该具有微不足道的电阻和阻抗),它可能会产生不良影响(即释放烟雾)。例如,像 LM78xx 和 LM317 这样的 IC 由于高 ESR 滤波电容器引入的振铃,其调节能力较差