Jste zde

Polymerová elektroda a nové možnosti kondenzátorů firmy AVX

Tantalový kondenzátor je výrobek, který je v elektronickém průmyslu znám více než 30 let. S oblibou se používá v napájecích obvodech jako filtrační prvek, potlačující zvlnění.
Jeho přednosti, porovnáme-li parametry s jinými elektrolytickými či keramickými kondenzátory, jsou dávno známy. K těm nejdůležitějším patří
 
  • stabilita parametrů v čase,
  • dobrý poměr kapacity vůči dosahované velikosti a
  • dobré elektrické parametry.
 
A právě nároky na parametry diskrétních součástek, zvláště kondenzátorů, s ohledem na neustálý technologický vývoj pořád rostou. Postupující miniaturizace a digitalizace zařízení klade přísnější požadavky zvláště na elektrické parametry těchto prvků. Kondenzátory tak třeba musí často pracovat s velmi velkými impulsními proudy.
 
Jako tantalové obecně označujeme kondenzátory, které mají jednu z elektrod vyrobenou z práškového slinutého tantalu. Na této elektrodě se vytváří vrstva dielektrika – izolačního materiálu oxidu tantaličného (Ta2O5). Druhou elektrodu tvoří oxid manganičitý (MnO2) v podobě stabilní výplně pórovitého povrchu dielektrika.
 
Obr. 1: Pouzdro tantalového kondenzátoru
 
Klíčovým prvkem, který negativně ovlivňuje parametry tohoto kondenzátoru, je materiál druhé elektrody. Bohužel je nutné použít substanci, která vyplní pórovitý povrch dielektrika. Doposud bylo nejlepším kompromisem použití právě MnO2. U kondenzátorů řady TCJ firmy AVX je však tato elektroda nahrazena novým materiálem. Místo oxidu manganičitého byl totiž použit organický vodivý polymer. Výrazně se tak zlepšil především tzv. Equivalent Series Resistance – ESR (náhradní sériový odpor), jeden z klíčových parametrů kondenzátoru, popisující jeho chování v elektrických obvodech.
 
Nesmíme ale zapomínat, že skutečný kondenzátor je tvořen odpovídajícím spojením tří prvků: ideálního kondenzátoru, rezistoru a rovněž i cívky. Jak odpor, tak i indukčnost jsou parazitní a nežádoucí složky, které negativně ovlivňují reakci kondenzátoru na proud v elektrických obvodech. Nežádoucí sériový odpor bude v tantalových kondenzátorech způsoben především nízkou vodivostí MnO2, z něhož je vyrobena jedna elektroda (záporná, katoda).
 
Obr. 2: Elektrický model tantalového kondenzátoru
 
Na modelu tantalového kondenzátoru (obr. 2) vidíme způsob rozmístění rezistorů, které vytváří katoda. Dohromady tak vzniká RC síť, kde jednotlivé rezistory představují odpor, který se zvětšuje s hloubkou elektrody, a paralelní kondenzátory vznikající na pórovitém povrchu dielektrika. To způsobuje, že při vzrůstajícím kmitočtu teče proud hlavně kondenzátory při samém povrchu anody (stříbro). Kapacity, které se nacházejí hlouběji, blíže dielektrika a dále od anody, jsou napájeny přes součet sériových rezistorů. Mají tak na celkovou reakci kondenzátoru jako součástky jen okrajový vliv.
 
Použití polymeru značně snížilo hodnotu sériového odporu, který vznikal u předchozí generace kondenzátorů z důvodu nízké vodivosti MnO2, a rovněž zde došlo k potlačení změn kapacity v závislosti na kmitočtu, takže kapacita nyní s rostoucí frekvencí neklesá tak rychle jako dříve. Obecně se počítá s tím, že kondenzátor s elektrodou MnO2 „ztrácí“ při kmitočtu 100 kHz asi 50 % své kapacity. V případě polymeru si však na tomto kmitočtu kondenzátor zachovává přes 90 % kapacity. Použití polymerové elektrody navíc odstranilo riziko vzniku tzv. ignition failure – silných termických reakcí vedoucích k poškození součástky, což má vliv na větší stálost a také životnost těchto kondenzátorů. U obou technologií rovněž funguje tzv. Self-Healing (samooprava) – eliminace bodů, které způsobují značný tok proudu z důvodu nečistot ve struktuře dielektrika.
 
Ve výčtu všech těchto předností ale nesmíme zapomínat, že zmiňované kondenzátory budou více citlivé na vysoké teploty nad +105 °C (odpor vodivého polymeru roste spolu s teplotou) a že také mají větší svodový proud než jejich předchůdci. Dřívější kondenzátory s polymerovou elektrodou dále nevykazovaly tak velké jmenovité napětí, jaké mají ty z řady TCJ, které v současnosti vyrábí AVX. Výrobce pouze doporučuje snížit jmenovité napětí o cca 20 %, aby byly kondenzátory ochráněny před případným náhlým nárůstem nad bezpečnou hodnotu.
 
 

Závěr:

 
Tantalové kondenzátory s polymerovou elektrodou jsou vhodnými nástupci předchozí technologie elektrody MnO2. Podařilo se u nich výrazně zmenšit hodnotu ESR, minimalizovat jev poklesu kapacity s rostoucím kmitočtem a také zde nevzniká problém tepelného poškození (ignition failures). Oblastí použití takových kondenzátorů jsou různé – napájecí zdroje, LCD televizory, tablety, smartphony, notebooky a mnohá další zařízení.
 
V nabídce distributora, společnosti TME, jsou dostupné tantalové kondenzátory SMD s polymerovou elektrodou firmy AVX v rozmezí kapacit od 0,47 do 220 uF a pracovních napětí od 2,5 V do 75 V. V případě zájmu kontaktujte oddělení prodeje, které Vám s výběrem vhodných součástek rádo pomůže.
 
 
Prameny:
 

 

Hodnocení článku: