№6 / 2019 / статья 7

Конденсаторы Panasonic. Часть 1. Алюминий

Виктор Чистяков (г. Малоярославец)

Известная уже 100 лет своими инновациями компания Panasonic даже в столь традиционные изделия как алюминиевые электролитические конденсаторы ухитряется вносить оригинальные и полезные конструктивные дополнения.

Всемирно известная компания Panasonic, основанная 7 марта 1918 года, сегодня разрабатывает и выпускает огромный ассортимент электронных товаров коммерческого и бытового назначения. При этом Panasonic уделяет особое внимание развитию собственного производства качественной и надежной элементной базы. Модельный ряд электронных компонентов Panasonic включает в себя как активные, так и пассивные компоненты. Среди последних можно выделить резисторы, дроссели и конденсаторы. Panasonic выпускает: чип-резисторы и сборки общего назначения, прецизионные резисторы, а также чип-резисторы для измерения тока. Индуктивные компоненты представлены силовыми экранированными SMD-дросселями на основе композитного металла (семейство ETQP), способными работать на больших токах. Отдельно можно выделить инновационное направление Panasonic, занимающееся разработкой и производством решений по отводу тепла, основу которого составляют специальные графитовые листы (семейство PGS). Емкостное направление Panasonic выпускает полимерные, пленочные и классические электролитические конденсаторы, о которых пойдет речь.

Алюминиевые электролитические конденсаторы Panasonic

Более подробно в этом обзоре рассматриваются два типа электролитических конденсаторов из предлагаемого Panasonic ассортимента с широким диапазоном емкостей и рабочих напряжений (рисунок 1).

Рис. 1. Алюминиевые электролитические конденсаторы Panasonic

Рис. 1. Алюминиевые электролитические конденсаторы Panasonic

Конденсаторы традиционного типа в алюминиевых корпусах с проволочными (радиальными) выводами дополнены повсеместно востребованными в современной мобильной электронике компонентами для поверхностного монтажа (SMD) (рисунок 2). Обладая малым ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением), конденсаторы Panasonic, допускающие большой пульсирующий ток при длительном сроке службы и рабочей температуре до 125°C, могут использоваться во многих изделиях, включая аудио-/видеотехнику, телекоммуникационное, автомобильное и промышленное оборудование, робототехнику.

Известно, что к основным достоинством алюминиевых электролитических конденсаторов относится большая емкость в достаточно ограниченных габаритных размерах, что имеет особое значение при создании разнообразных компактных устройств, а также мощных приводов и импульсных источников питания различного назначения.

Компания Panasonic выпускает алюминиевые электролитические конденсаторы со штыревыми (радиальными) выводами, а также безвыводные (SMD) для поверхностного монтажа. Классическая структура заполненного раствором электролита конденсатора SMD в исполнении Panasonic представлена на рисунке 2. Конденсатор с радиальными выводами отличается наличием пластиковой оболочки, а тонкие бороздки на крышке корпуса предотвращают последствия взрыва конденсатора.

Рис. 2. Структура алюминиевых электролитических конденсаторов Panasonic

Рис. 2. Структура алюминиевых электролитических конденсаторов Panasonic

Основные характеристики

Руководствуясь при подборе электролитического конденсатора величиной емкости, номинальным и максимальным рабочим напряжением, следует также учитывать ESR, допустимый пульсирующий ток (Rated Ripple Current), временной ресурс эксплуатации (Endurance) и прочие параметры.

ESR определяет омическое сопротивление конденсатора переменному току. Превышение максимально допустимого пульсирующего тока вызывает дополнительный нагрев конденсатора и сокращает его срок службы, который описывается справочным параметром Endurance, определяющим изменение емкости, тангенса угла потерь и постоянного тока утечки после работы в течение заданного промежутка времени в пределах номинального напряжения.

Измеряемый в часах реальный рабочий ресурс (Endurance) электролитического конденсатора в значительной степени зависит от температуры эксплуатации. Как правило, снижение этой температуры на каждые 10°C удваивает ожидаемый рабочий ресурс. А выход за рамки рабочего диапазона температур быстро приводит к ухудшению основных параметров и может привести к повреждению конденсатора.

В процессе проектирования электронных устройств необходимо учитывать возможность перегрева из-за повышения температуры окружающей среды и теплового излучения от мощных транзисторов, микросхем и резисторов. Поэтому избегайте расположения на печатной плате мощных источников тепла вблизи от конденсаторов, включая противоположную сторону платы. Рост температуры внутри конденсатора зависит также от уровня и частоты пульсаций тока.

Вычислить ожидаемую продолжительность в часах рабочего ресурса конденсатора можно по формуле 1:

$$L_{2}=L_{1}\times 2^\frac{T_{1}-T_{2}}{10}\qquad{\mathrm{(}}{1}{\mathrm{)}}$$

  • L1 – гарантируемый рабочий ресурс при температуре T1;
  • L2 – ожидаемый рабочий ресурс при температуре T2;
  • T1 – максимальная паспортная температура эксплуатации + рост температуры из-за номинального пульсирующего тока (°C);
  • T2 – фактическая рабочая температура, температура окружающей среды + повышение температуры из-за пульсаций тока (° C).

На рисунке 3 графически демонстрируются ресурсные возможности конденсаторов (в часах и годах) в зависимости от температуры окружающей среды. Соответственно, срок службы конденсатора сокращается в три раза при круглосуточной работе относительно 8-часового режима эксплуатации.

Рис. 3. График вычисления рабочего ресурса электролитических конденсаторов Panasonic

Рис. 3. График вычисления рабочего ресурса электролитических конденсаторов Panasonic

Использование конденсаторов по истечении времени рабочего ресурса запрещается в связи с быстрым изменением их характеристик, грозящих коротким замыканием, вспучиванием верхней крышки или утечкой горючего и электропроводящего электролита из-за повышенного давления внутри. В экстремальных условиях может произойти даже взрыв и возгорание.

Максимально возможный рабочий ресурс конденсаторов не может превышать 15 лет из-за старения резиновых прокладок

Представленная на рисунке 4 эквивалентная схема конденсатора включает четыре элемента:

  • емкость самого конденсатора (С);
  • эквивалентная последовательная индуктивность (ESL) – сумма индуктивных элементов, включая выводы;
  • подключенное параллельно емкости высокое сопротивление для постоянного тока (Rp);
  • эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), которое объединяет комбинированные резистивные эффекты в единый элемент.
Рис. 4. Эквивалентная схема электролитического конденсатора

Рис. 4. Эквивалентная схема электролитического конденсатора

Rp определяет постоянный (DC) ток утечки конденсатора, а ESR является паразитным сопротивлением для переменного тока (AC). ESR зависит от частоты, температуры, а также меняется по мере старения компонентов.

Схемотехника

Чтобы ускорить и упростить разработку новых устройств, на сайте Panasonic имеется удобный отладчик для создаваемых LC-фильтров (рисунок 5). Этот инструмент способен реально помочь при выборе конденсатора необходимого типа, он позволяет оперативно выбирать конфигурацию электрической цепи и количество устанавливаемых параллельно и последовательно конденсаторов и индуктивностей. Результатом симуляции LC-цепей становится график АЧХ-фильтра.

Рис. 5. Симулятор Panasonic для расчета LC-цепей с выбором компонентов

Рис. 5. Симулятор Panasonic для расчета LC-цепей с выбором компонентов

Использование двух или более последовательно или параллельно соединенных конденсаторов может вызывать определенные проблемы.

У параллельно соединенных конденсаторов может наблюдаться дисбаланс нагрузки для токовых пульсаций. Тщательный анализ подключения может минимизировать возможный чрезмерный пульсирующий ток через конденсатор.

Разница в токах утечки у последовательно соединенных двух и более конденсаторов может вызвать дисбаланс напряжений, предотвратить который поможет использование параллельного делителя из шунтирующих резисторов.

Разработчики схем должны учитывать, что электрические характеристики конденсатора могут меняться из-за колебаний температуры и/или частоты напряжения.

При повышенной температуре ток утечки и емкость увеличиваются, а эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) уменьшается. При пониженных температурах ток утечки и емкость уменьшаются, а ESR увеличивается.

Электролитические конденсаторы, как правило, имеют полярность (метка на корпусе означает минус), но есть и неполярные серии конденсаторов (Bipolar), которые устанавливают в цепях с изменяющейся или неопределенной полярностью. Не допускается использование неполярных электролитических конденсаторов в цепях переменного тока. При установке полярных конденсаторов следует тщательно соблюдать полярность подключения, ее нарушение грозит взрывом конденсатора.

Обзор серий

Представленные ниже таблицы 1 и 2, а также диаграммы на рисунках 6…9, дают общее представление о серийном составе двух семейств электролитических конденсаторов Panasonic и призваны помочь в выборе этих компонентов.

Таблица 1. Электролитические конденсаторы Panasonic типа SMD

Серия Рабочая температура, ℃ Ресурс, ч Особенности серии Рабочее напряжение, В Номинальная емкость, мкФ
S-V* -40…85 2000 Ресурс 2000 ч при 85℃ 6,3…50 1…1500
HA-V* -40…105 1000 Ресурс 1000 ч при 105℃ 6,3…50 1…1500
HA-V -40…105 1000 Ресурс 1000 ч при 105℃ 6,3…100 1…1500
HB-V* -40…105 2000 Ресурс 2000 ч при 105℃ 6,3…50 1…1500
HB-V -40…105 2000 Ресурс 2000 ч при 105℃ 4…50 1…470
TC-V* -40…125 2000… 3000 Большой ток пульсаций; ресурс 2000…3000 ч при 125℃ 10…35 47…470
HC-V -40…105 3000 Ресурс 3000…5000 ч при +105℃ 6,3…50 1…1000
HD-V* -40…105 5000 Ресурс 5000 ч при 105℃ 6,3…100 1…1000
TCU-V* -40…125 3000 Миниатюрные (на 20…40% меньше, чем серия TP) 10…35 220…680
HD-V* -55…105 5000 Ресурс 5000 ч при 105℃; tgδ 12,5…18 6,3…35 680…7500
FC-V* -40…105 1000 Ресурс 1000 ч при 105℃; низкий ESR 6,3…35 1…1500
FC-V -40…105 1000 Ресурс 1000 ч при 105℃; низкий ESR 6,3…50 1…1500
FK-V* -55…105 2000 Малые габариты и низкий ESR (в с сравнении FC-V) 6,3…35 4,7…1500
FK-V*, средний размер -55…105 5000 Малые габариты и низкий ESR (в сравнении c FC-V) 6,3…100 47…6800
FK-V -55…105 2000…5000 Малые габариты и низкий ESR (в сравнении с FC-V) 6,3…100 3,3…1500
FKS-V* -55…105 2000 Малые габариты (в сравнении с FK-V) 6,3…50 10…1800
FT-V* -55…105 2000…5000 Малые габариты (в сравнении с FK-V) 6,3…50 10…2200
FP-V* -55…105 2000 Низкий ESR (в сравнении c FK-V) 6,3…50 10…1800
TG-V -40…125 1000…2000 Ресурс 1000…2000 ч при 125℃ 10…100 10…4700
TK-V*, средний размер -40…125 2000 Низкий ESR и длительный ресурс (в сравнении c TG-V) 10…100 47…4700
TK-V -40…125 3000 Низкий ESR и длительный ресурс (в сравнении c TG-V) 10…35 47…470
TP-V* -40…125 3000 (D8:2000) Низкий ESR (в сравнении c TK-V) 10…35 47…470
TQ-V* -40…125 2000 Малые габариты (в сравнении c TK-V) 35 47…100
EB-V -25…105 3000…5000 Высокое напряжение; при 105℃ гарантия 3000…5000 ч 160…450 2,2…100
S-V -40…85 2000 Стандарт, при 85℃ гарантия 2000 ч 4…100 1…1500
FKS-V*, средний размер -55…105 5000 Большая емкость (на 20… 80% выше, чем у серии FK) 6,3…35 750…13000
TP-V*, средний размер -55…125 4000 (J16, R16: 3000) Большой ток пульсаций (в 2…5 раз выше, чем у серии ТК); низкий ESR (на 40…70% ниже в сравнении c TK); большая емкость (до 80% больше чем у ТК) 25…80 390…3300
* – Допустима высокотемпературная пайка.

В таблице 1 представлен полный перечень конденсаторов Panasonic типа SMD с основными параметрами. В диаграмме на рисунке 6 визуально отображен весь серийный ряд, сгруппированный по отличительным признакам.

Рис. 6. Серийный ряд электролитических конденсаторов Panasonic типа SMD

Рис. 6. Серийный ряд электролитических конденсаторов Panasonic типа SMD

В таблице 2 представлен перечень конденсаторов с радиальными выводами с основными параметрами, а на диаграмме рисунка 7 визуально отображен весь серийный ряд, сгруппированный по отличительным признакам.

Таблица 2. Электролитические конденсаторы Panasonic с радиальными выводами

Наименование Рабочая температура,℃ Ресурс, ч Особенности серии Рабочее напряжение, В Номинальная емкость, мкФ
FP-A -55…105 4000…5000 Большой ток пульсаций; большая емкость 25…35 510…2000
FC-A -55…105 3000…5000 Низкий импеданс 6,3…100 2,2…15000
FK-A -55…105 4000…5000 Низкий импеданс (на 10…30% меньше чем в серии FC 6,3…35 180…12000
FM-A -40…105 4000…7000 Низкий импеданс 6,3…50 22…6800
FR-A -40…105 5000…10000 Низкий импеданс 6,3…100 4,7…8200
ED-A -25…105 8000…10000 Большой ток пульсаций (на ВЧ) 160…450 10…330
EB -40 (-25)…105 5000…10000 Длительный ресурс; низкий профиль 10…63 0,47…3300
EE-A -25…105 8000…10000 Большой ток пульсаций 160…450 10…330
TP-A -40…135 3000…5000 Большой ток пульсаций (на 20…40% больше чем в серии TA 25…35 100…5100
-40…125 2000
HD-A -55…105 2000 Миниатюрные размеры 10…50 2,2…22000
NHG-A -55 (-25)…105 1000…2000 При 105℃ стандартный ресурс 1000 ч, 2000 ч 6,3…450 1…22000
GA-A -55…105 1000 Высота 7 мм 10…50 1,5…220
GA-A (неполярный) -40…105 2000 Неполярный, работает при 105℃ 6,3…50 1,5…330
M-A -40 (-25)…85 2000 При 85℃, стандартный ресурс 2000 ч 6,3…450 1…22000
SU-A (неполярный) -40…85 2000 Неполярный, работает при 85℃ 6,3…50 2,2…6800
KA-A -40…85 1000 Высота 7 мм 4…50 2,2…470
KA-A (неполярный) -40…85 1000 Высота 7 мм 4…50 2,2…100
FS-A -40…105 5000…10000 Низкий импеданс; миниатюрный размер 6,3…100 27…10000
KS-A -40…85 1000 Высота 5 мм 4…50 2,2…330
TA-A -40…125 2000 Нагрев: 1000 циклов; оболочка: полиэстер 10…63 2,2…4700
KS-A (неполярный) -40…85 1000 Высота 5 мм 6,3…50 2,2…47
Рис. 7. Серийный ряд электролитических конденсаторов Panasonic с радиальными выводами

Рис. 7. Серийный ряд электролитических конденсаторов Panasonic с радиальными выводами

Требующаяся при заказе расшифровка артикулов электролитических конденсаторов Panasonic с радиальными выводами дана на рисунке 8.

Первые три буквы предназначены для классификации продукта. Далее следует двухбуквенное обозначение серии. Следующие два знака (цифра и буква) выделены для кодирования номинального рабочего напряжения. Затем следует закодированная тремя цифрами емкость конденсатора. Далее опционально используется до двух знаков кодирования с особенностями формовки выводов и упаковки в ленту.

Рис. 8. Расшифровка артикулов электролитических конденсаторов Panasonic с радиальными выводами

Рис. 8. Расшифровка артикулов электролитических конденсаторов Panasonic с радиальными выводами

Во многом схожа расшифровка заказного артикула конденсаторов Panasonic типа SMD, представленная на рисунке 9. В позиции Х опционально (одной или двумя буквами) кодируется размер конденсатора, а последняя буква артикула определяет особенности ленточной упаковки конденсаторов.

Рис. 9. Расшифровка артикулов электролитических конденсаторов Panasonic типа SMD

Рис. 9. Расшифровка артикулов электролитических конденсаторов Panasonic типа SMD

Заключение

Высококачественные электролитические алюминиевые конденсаторы Panasonic отличаются повышенной надежностью, длительным сроком службы, низким импедансом и выдерживают большой ток пульсаций.

Компания продолжает вкладывать финансовые средства в предприятия по выпуску электронных компонентов и, что особенно важно, в разработку новой продукции. Поэтому следует ожидать дальнейшего улучшения всех значимых параметров и у семейства электролитических конденсаторов Panasonic.

Литература

https://eu.industrial.panasonic.com/

Наши информационные каналы

Рубрики:
Группы товаров:

О компании Panasonic Industrial Europe GmbH

Компания, которая должна была стать корпорацией Panasonic, была основана 7 марта 1918 года, когда Коносуке Мацусита переехал из своего крошечного жилища в большой двухэтажный дом и основал завод по производству электробытовой посуды Matsushita. Персонал состоял из трех человек: 23-летний Мацусита, 22-летний Мумено и ее брат, 15-летний Тошио Лу. Корпорация Panasonic насчитывает более 270 тысяч сотрудников по всему Миру, объединяет в своей структуре 582 компании и объем годовых продаж соста ...читать далее