№4 / 2013 / статья 8

ПЭТФ, полипропилен, полистирол – пленочные конденсаторы широкого применения от JB Capacitors

Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)

логотип

Низкая цена и доступность приводят к широкому распространению электролитических и керамических конденсаторов. Однако, не для всех целей они подходят. Так, например, высокие токи утечки не позволяют использовать электролиты в измерительных цепях, а применение керамических конденсаторов ограничено из-за высокого значения диэлектрической абсорбции. Зачастую пленочные конденсаторы, благодаря низкому tgd, малой абсорбции и минимальным токам утечки, могут стать отличным выбором для решения ряда задач.

Общие характеристики пленочных конденсаторов

Пленочные конденсаторы представляют собой конструкцию, в которой диэлектрик выполнен в виде пленки. В процессе производства на диэлектрическую пленку напыляется металлическая пленка (металлопленочные конденсаторы) либо напрессовывается фольга (фольговые конденсаторы) (рисунок 1а). Металлопленочные конденсаторы обладают меньшими габаритами, однако их электрические свойства — также несколько хуже.

В самом простом случае полученная пленка скручивается в рулон (рисунок 1б), такая конструкция проста в изготовлении, но имеет большую паразитную индуктивность. С целью снижения индуктивности конденсаторы для высокочастотных приложений изготавливаются в виде многослойной прессованной структуры (рисунок 1в), которая, по сути, является множеством параллельно соединенных конденсаторов.

Конструкция конденсатора

 

Рис. 1. Конструкция конденсатора

Существуют технологии, в которых металлическая фольга используется совместно с металлизированной пленкой.

Важным преимуществом пленочных конденсаторов является способность к самовосстановлению (рисунок 2). Если при перенапряжении произошел пробой диэлектрика, то через место пробоя начинает протекать ток, который будет разогревать металлическую пленку около места пробоя. Постепенно разогреваясь, металл расплавляется и испаряется. В результате диэлектрическая прочность восстанавливается.

Пробой и самовосстановление пленочного конденсатора

 

Рис. 2. Пробой и самовосстановление пленочного конденсатора

Стоит отметить, что понятие «пленочный конденсатор» описывает технологическую и конструктивную сторону компонента, а конечные технические параметры в основном зависят от типа применяемого диэлектрика. Различают: полипропиленовые (polypropylene film), полистирольные (polystyrene film), полиэтилентерефталатные (лавсановые) (polyester film), поликарбонатные и фторопластовые пленочные конденсаторы.

Пленочные конденсаторы с различными типами диэлектрика по своим свойствам отличаются друг от друга и от других типов конденсаторов (таблица 1).

Таблица 1. Сравнительные характеристики конденсаторов

Тип tg d Rизол, Мом Коэффициент абсорбции, % TKE, 10-6/°С Российские серии конденсаторов
Полистирольные 0,001…0,0015 100000 <0,1 -200 Фольговые: К70; металлизированные: К71
Полипропиленовые 0,002 50000 <0,5 -200…100 К78
Полиэтилентерефталатные 0,01…0,1 10000 ≈0,2…0,8 -200…400 Фольговые: К74; металлизированные: К73
Алюминиевые электролитические 0,1…0,5 (50 Гц) 5…6 К50
Танталовые 0,06…0,3 (50 Гц) 2…5 К51, К53
Керамические 0,001…0,0035 10000 5…15 30 (NPO) К10, К15

Особенностью полипропиленовых конденсаторов являются малое значение тангенса угла потерь (0,001) в широком диапазоне температур и частот. Эти конденсаторы имеют малые габаритные размеры и возможность эксплуатации их при высоких амплитудах напряжений. Кроме того, коэффициент абсорбции у них, как правило, не превышает 0,5%.

Полистирольные конденсаторы принадлежат к конденсаторам с малыми потерями (tgd около 0,001). Они имеют очень высокое сопротивление изоляции (10000 МОм), низкий коэффициент абсорбции (0,1%) и высокую температурную стабильность. Ток саморазряда у них настолько мал, что большую часть утечки могут создавать поверхностные токи (токи, протекающие через поверхность конденсатора).

Полиэтилентерефталатные конденсаторы имеют высокие диэлектрическую проницаемость и прочность. Однако tgd — не более 0,1, и сопротивление изоляции — до 10000 МОм. Лавсан — полярный диэлектрик, поэтому лавсановые конденсаторы имеют большой коэффициент абсорбции (до 0,8%).

Области применения пленочных конденсаторов

Многообразие типов и свойств выпускаемых конденсаторов приводит к тому, что выбор того или иного изделия зависит от поставленной задачи. Основными критериями выбора могут быть не только технические, но и экономический (цена, доступность) критерий надежности (срок службы, устойчивость к перенапряжению, число катастрофических отказов), критерий безопасности. Не существует конденсатора, который одновременно удовлетворял бы все требования. Анализ характеристик пленочных конденсаторов дает представление о возможности их применения в различных приложениях электроники (таблица 2).

Таблица 2. Области применения пленочных конденсаторов

Область Пример Особые требования Тип конденсатора
Дозиметрические цепи
(медицина, измерительная техника)
Устройства выборки-хранения Низкий уровень абсорбции, малый саморазряд Полипропиленовый, полистирольный
Измерительные схемы датчиков с высоким импедансом Низкие токи утечки, большое сопротивление изоляции, малый саморазряд Полипропиленовый, полистирольный
Времязадающие цепи интеграторов, преобразователей напряжения-частоты, цепи подстройки частоты и др. Низкий уровень абсорбции, малый саморазряд Полипропиленовый, полистирольный
Низковольтные цепи
(медицина, транспорт, промышленность)
Помехоподавляющие фильтры Низкая индуктивность, малое значение tgd Полипропиленовый, полистирольный, полиэтилентерефталатный
Высоковольтные цепи
(промышленность, транспорт)
Высоковольтные фильтры Большой ток разряда, низкий уровень абсорбции, малое значение tgd, надежность Полипропиленовый, полиэтилентерефталатный
Высокочастотные цепи
(телекоммуникация, промышленность)
Усилители высокочастотных сигналов, высококачественные активные фильтры Низкая индуктивность, низкий уровень абсорбции, малое значение tgd Полипропиленовый, полистирольный

Измерительные и времязадающие (дозиметрические) цепи. К ним относят цепи с низкими токовыми нагрузками, поэтому конденсаторы в них должны обладать очень малым саморазрядом, большим сопротивлением изоляции, низкой величиной абсорбции и высокой температурной стабильностью. Керамические конденсаторы имеют недопустимо большой уровень абсорбции, кроме того, уступают полистирольным конденсаторам по величине собственного сопротивления, поэтому не могут применяться в устройствах выборки-хранения, времязадающих цепях, системах с высокоимпедансными датчиками и др.

Низковольтные цепи, такие, как, например, низкочастотные фильтры, требуют малой индуктивности и малого значения tgd при большой емкости. Электролитические конденсаторы, обладая большой емкостью, имеют недопустимо высокие значения индуктивности и tgd. А керамические конденсаторы зачастую не обладают достаточной емкостью. В итоге приходится совместно использовать керамический и электролитический конденсаторы. Пленочные конденсаторы в ряде случаев способны заменить такую связку.

Высоковольтные цепи требуют высокого рабочего напряжения, большого пикового тока разряда, малого значения tgd. Однако имеются дополнительные требования к надежности и безопасности. Как правило, высоковольтные приложения (в промышленности, в электромобилях) предъявляют сверхвысокие требования надежности и безопасности, которым не удовлетворяют керамические и электролитические конденсаторы. Они чувствительны к перенапряжениям и не способны выдерживать большие токовые нагрузки. Большое значение электрической абсорбции делает их, к тому же, небезопасными для человека. Пленочные конденсаторы имеют высокие значения пиковых токов, способны выдерживать значительные перенапряжения и имеют малые значения абсорбции. Дополнительным плюсом является способность к самовосстановлению. Все это привело, например, к тому, что в Европе произошло практически полное замещение электролитических конденсаторов пленочными в ветрогенераторных системах.

Благодаря рекордно низким значениям tgd и коэффициента абсорбции, пленочные конденсаторы способны работать на высоких частотах.

Кроме электрических параметров, зачастую одним из факторов выбора конденсатора является критерий надежности. В таких случаях требуется поставщик, который бы обеспечивал контроль качества своей продукции, обладал бы высокими технологиями производства, мог бы обеспечить надежную поставку компонентов. Число таких производителей невелико, одним из них является компания JB Capacitors, обладающая более чем тридцатилетним опытом производства пленочных и электролитических конденсаторов.

JB Capacitors: характеристика производителя

Компания JB существует на рынке более 30 лет. Она была основана на Тайване в 1980 году и, переместив свое производство в Китай, в 1993 году стала единственным предприятием частной собственности в КНР. Первоначально компания специализировалась на производстве пленочных конденсаторов, однако вскоре стала производить и алюминиевые электролитические конденсаторы.

В настоящее время JB Capacitors предлагает пленочные конденсаторы:

  • с различным типом диэлектриков (полиэтилентерефталатные (лавсановые) (polyester film), полипропиленовые (polypropylene film), полистирольные (polystyrene film));
  • различного корпусного исполнения (покрытые компаундом, уплотненные, в прямоугольных корпусах, с аксиальными выводами, неиндуктивные);
  • с различными технологиями пленок (металлопленочные, фольговые, с двусторонней металлизацией);
  • различных классов (в том числе X2, X1);
  • для работы с различными видами напряжений (до 2000В (DC) и 450В (AC)).

Компания выпускает алюминиевые электролитические конденсаторы различного конструктивного исполнения, в том числе с прямыми, защелкивающимися, винтовыми выводами и конденсаторы в SMD-исполнении, с температурным диапазоном до 105°С.

JB Capacitors производит разные виды пусковых конденсаторов с повышенной безопасностью, низким tgd, и низким последовательным сопротивлением.

Конкурентные цены, более чем тридцатилетний опыт производства компонентов, быстрые сроки отгрузки, оперативная работа с клиентами — все это делает JB Capacitors выгодным партнером при производстве электроники. Однако, главным козырем JB Capacitors является высокое качество выпускаемой продукции. Система контроля качества JB Capacitors, применяемая на производстве, помимо пяти явно выделенных этапов входного/выходного контроля качества, содержит контрольные функции практически на каждом технологическом этапе.

Обзор пленочных конденсаторов от JB Capacitors

JB Capacitors производит широкий ассортимент пленочных конденсаторов. По типу диэлектрика их можно разделить на три группы:

  • полиэтилентерефталатные (лавсановые) (polyester film): серии JFA, JFB, JFC, JFD, JFE, JFJ, JFGA, JFGB, JFH (рисунок 3);

 

Полиэтилентерефталатные конденсаторы JB Capacitors

 

Рис.3. Полиэтилентерефталатные конденсаторы JB Capacitors

  • полипропиленовые (polypropylene film): серии JFK, JFL, JFM, JFV, JFP, JFQ, JFS, JFGC, JFGD, JFX (рисунок 4);

 

Полипропиленовые конденсаторы JB Capacitors

 

Рис. 4. Полипропиленовые конденсаторы JB Capacitors

  • полистирольные (polystyrene film): серия JFR.

Серия JFB является базовой для полиэтилентерефталатных конденсаторов от JB Capacitor. Это металлопленочные конденсаторы, покрытые эпоксидным компаундом. Они выпускаются в безындукционном исполнении.

Серия JFL является базовой серией для полипропиленовых конденсаторов от JB Capacitors. Как и конденсаторы серии JFB, конструктивно они исполнены в неиндуктивном эпоксидном компаунде.

Остальные серии отличаются конструктивным исполнением (таблица 3):

  • Покрытые эпоксидным компаундом полиэтилентерефталатные серии: JFA, JFB, JFC, JFH. Серия JFE выпускается в миниатюрном корпусе.
  • Покрытые эпоксидным компаундом полипропиленовые серии: JFK, JFL, JFP.
  • Пленочные конденсаторы в прямоугольном пластиковом корпусе: JFD, JFM, JFQ, JFS, JFT, JFV.
  • Серия JFJ выпускается в уплотненном пластиковом корпусе.
  • Серии с аксиальными выводами: JFG JFR JFX.

Таблица 3. Конструктивное исполнение пленочных конденсаторов JB Capacitors

Наименование Описание
JFA Майларовый полиэтилентерефталатный пленочный конденсатор в эпоксидном компаунде
JFB Металлопленочный полиэтилентерефталатный конденсатор в эпоксидном компаунде
JFC Металлопленочный полиэтилентерефталатный конденсатор для цепей переменного тока в эпоксидном компаунде
JFD Металлопленочный полиэтилентерефталатный конденсатор в прямоугольном пластиковом корпусе
JFE Миниатюрный металлопленочный полиэтилентерефталатный конденсатор в эпоксидном компаунде
JFG Металлопленочный полиэтилентерефталатный (JFGA, JFGB) металлопленочный полипропиленовый (JFGC, JFGD) конденсатор в цилиндрическом корпусе с аксиальными выводами
JFH Неиндуктивный полиэтилентерефталатный конденсатор в эпоксидном компаунде
JFJ Металлопленочный полиэтилентерефталатный конденсатор в уплотненном миниатюрном пластиковом корпусе
JFK Полипропиленовый пленочный конденсатор в эпоксидном компаунде
JFL Металлопленочный полипропиленовый конденсатор в эпоксидном компаунде
JFM Металлопленочный полипропиленовый конденсатор в прямоугольном пластиковом корпусе
JFP Высоковольтный металлопленочный полипропиленовый конденсатор в эпоксидном компаунде
JFQ Высоковольтный металлопленочный полипропиленовый конденсатор с двухсторонней металлизацией в прямоугольном корпусе
JFR Полистирольный пленочный конденсатор с радиальными и аксиальными выводами
JFS Пусковой пленочный конденсатор в корпусе
JFT Металлопленочный полипропиленовый конденсатор для цепей переменного тока в корпусе
JFV Металлопленочный полипропиленовый конденсатор класса X2 (ENEC, VDE, UL,cUL) в пластиковом корпусе
JFX Металлопленочный полипропиленовый конденсатор премиум-класса с аксиальными выводами

Основной в производстве является металлопленочная технология. В серии JFQ применяется двухсторонняя металлизация пленки.

Электрические параметры конденсаторов достаточно разнообразны (таблица 4). По техническим характеристикам выпускаемые образцы не уступают отечественным и импортным аналогам.

Таблица 4. Электрические параметры конденсаторов JB Capacitors

lign=»middle»>-25…70

Наименование Рабочее напряжение, В Диапазон
емкости, мкФ
Допуск
емкости, %
Рабочий диапазон температур, °С Аналоги Диэлектрик
JFA 100, 250, 400, 630, 1000 (DC) 0,001…0,47 ±5…±10 -40…85 К73-9 К73-11 K73-17 Лавсан
JFB 100, 250, 400, 630 (DC) 0,01…6,8 ±5…±10 -40…85
JFC 250 (AC) 0,01…4,7 ±5…±10 -40…85
JFD 63, 100, 160, 250, 400, 630 (DC) 0,001…2,2 ±5…±10 -40…85
JFE 50, 63, 100, 160, 250, 400 (DC) 0,01…2,2 ±5…±10 -40…85
JFGA/B 100…1250 (DC) 0,1…68 ±5…±10 -40…105
JFH 100 (DC) 0,001…0,033 ±5 -40…105
JFJ 50, 63, 100, 250, 400, 500, 630 (DC) 0,001…1,0 ±5…±10 -55…105
JFGC/В 100…1250 (DC) 0,1…68 ±5…±10 -55…100 К78-1 К78-2 К78-3 Полипропилен
JFK 100, 250, 400, 630 (DC) 0,00047…0,18 ±5…±10 -40…85
JFL 100, 250, 400, 630 (DC) 0,01…10 ±5…±10 -40…85
JFM 250, 400, 630, 1000 (DC) 0,0047…3,9 ±2…±10 -40…85
JFP 1000, 1250, 1600, 2000 (DC) 0,001…0,15 ±5…±10 -40…85
JFQ 250, 400, 630, 1000, 1400, 1600, 2000 (DC) 0,00022…3,9 ±2…±20 -40…105
JFS 250, 450 (AC) 1…100 ±5…±10
JFT 300 (AC) 0,0022…4,7 ±10 -55…105
JFV 250, 275, 305, 310 (AC) 0,001…2,2 ±10 -40…110
JFX 250, 400, 630 (DC) 0,047…100 ±3…±5 -55…85
JFR 50, 100, 125, 250, 500, 630 0,001…0,01 ±1…±10 -40…70 К71-7 Полистирол

Диапазон напряжений: 63 В (50 у низковольтных серий …2000 В (у высоковольтных серий JFP, JFQ).

Доступны конденсаторы, предназначенные для цепей переменного тока с напряжениями 250…440 В (серии JFC, JFV). Серия JFM допускает до 1000 В постоянного и до 500 В переменного напряжения. Конденсаторы JFC — пусковые конденсаторы с рабочим переменным напряжением 250 и 450 В.

Стандартные величины допусков на отклонение емкости: ±1%, ±2%, ±2,5%, ±5%, ±10%.

Стандартный температурный диапазон: -40…85°С. Для некоторых серий верхняя граница диапазона составляет 125°С, а нижняя -55°С.

Отдельно стоит отметить серии JFV и JFT, специально предназначенные для подавления мощных электромагнитных помех. Они соответствуют самым строгим требованиям стандартов VDE, ENEC, UL, и являются конденсаторами X типа. Конденсаторы JFV подключаются между фазами и используются для подавления синфазных помех, которые могут быть вызваны коммутационными процессами или, к примеру, разрядом молний.

Отличные электрические характеристики, качество и надежность позволяют применять конденсаторы JB Capacitors в разных областях (таблица 5).

Таблица 5. Области применения пленочных конденсаторов JB Capacitors

Область Применение
Промышленность Ветрогенераторы
Электроприводы
Зарядные устройства
Детектор повреждения кабеля
Вспышки
Источники питания
Медицина Диагностические приборы
Источники питания
Транспорт Электромобили
Зарядные устройства
Наука Измерительные устройства
Генераторы
Осциллографы
Вибростенды

Система именования пленочных конденсаторов
от JB Capacitors

Система именования пленочных конденсаторов фирмы JB Capacitors (рисунок 5) содержит ряд полей:

  • код основной серии (Main Series);
  • код подсерии (Sub-Series) (имеет значение 0 для всех серий, кроме JFG, JFJ, JFR, JFS);
  • код рабочего напряжения (Voltage);
  • код номинальной емкости (Capacitance);
  • код допустимого отклонения емкости (Tolerance);
  • код шага выводов (Pitch);
  • код длины выводов (Lead Lengtch);
  • код упаковки (Packing).
Система именования пленочных конденсаторов компании JB Capacitors

 

Рис. 5. Система именования пленочных конденсаторов компании JB Capacitors

 

Так JFA02A102J050000B представляет собой конденсатор серии JFA с рабочим напряжением 100 В, емкостью 1000 пФ ±5%, шагом выводов 5 мм, со стандартной длиной выводов (для JFA минимум 20 мм), поставляемый без упаковки.

Заключение

Широкий спектр пленочных конденсаторов, выпускаемых JB Capacitors, дает возможность выбирать тип компонента с учетом конкретной задачи. Высокая надежность, малое значение диэлектрических потерь, нечувствительность к перегрузкам по току и напряжению позволяют пленочным конденсаторам уверенно конкурировать с другими типами конденсаторов в мощных фильтрах высоковольтных приложений. Кроме того, рекордно низкие значения токов утечки и электрической абсорбции делают их незаменимыми в дозиметрических цепях.

Литература

1. Горячева Г.А., Добромыслов Е.Р. Конденсаторы: Справочник. — М.:Радио и связь, 1984.

2. Дьяконов М.Н. и др. Справочник по электрическим конденсаторам. Род общ. Ред. Четвертакова И.И и Смирнова В.Ф. — М.:Радио и связь, 1983.

3. Vishay. Film Capacitors. General Technical Information. 2012.

4. Epcos. Film Capacitors. General Technical Information. 2009.

5. Голубев И. Обзор современных конденсаторов. Современная электроника №5, 2006.

6. Datasheets по представленным компонентам взяты с официального сайта JB Capacitors http://www.jbcapacitors.com/.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: passive.vesti@compel.ru

 

 

Наши информационные каналы

Теги:
Рубрики: