ما هي خصائص التقادم التي ينبغي أخذها في الاعتبار عند تصميم الدوائر باستخدام المكثفات الإلكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم المثبتة على السطح؟

انخفاض السعة مع مرور الوقت
SMD الألومنيوم كهربائيا المكثفات تظهر تدريجيا تخفيض في السعة على مدى عمرها التشغيلي بسبب التغيرات الكيميائية والفيزيائية في طبقة المنحل بالكهرباء وأكسيد العزل الكهربائي. قد تكون طبقة الأكسيد رقيقة قليلاً، ويمكن أن يجف المنحل بالكهرباء أو يتحلل كيميائيًا، مما يتسبب في انخفاض يمكن قياسه في السعة. عادةً ما يكون هذا الانخفاض تدريجيًا ويمكن أن يتراوح من 10% إلى 20% على مدار آلاف ساعات التشغيل اعتمادًا على ظروف التشغيل مثل درجة الحرارة وضغط الجهد والتيار المموج. يجب على المصممين مراعاة ذلك عن طريق اختيار مكثف ذو سعة أولية أعلى قليلاً من الحد الأدنى المطلوب للتطبيق لضمان استمرار الدائرة في تلبية المتطلبات الوظيفية حتى مع تقدم عمر المكثف. يمكن أن يؤدي التخفيض المناسب ومراعاة العمر المتوقع إلى منع الأداء الضعيف في تطبيقات التصفية أو الفصل أو تخزين الطاقة.

زيادة في مقاومة السلسلة المكافئة (ESR)
مع مرور الوقت، يميل ESR لمكثفات الألمنيوم الإلكتروليتية SMD إلى الزيادة بسبب تجفيف المنحل بالكهرباء، والتحلل الكيميائي، والتغيرات في الاتصال الداخلي لرقائق الألومنيوم. يمكن لارتفاع ESR أن يقلل من الكفاءة في دوائر الطاقة، ويسبب تسخينًا موضعيًا، ويحد من قدرة المكثف على التعامل مع التيارات المموجة بشكل فعال. في مصادر الطاقة عالية التردد أو محولات DC-DC، حتى الزيادات الصغيرة في ESR يمكن أن تؤثر على تنظيم الجهد، وقمع التموج، والأداء الحراري العام. يجب على مصممي الدوائر اختيار المكثفات ذات هامش ESR الأولي المنخفض لاستيعاب هذه الزيادة التدريجية، والتأكد من التصميم والتخطيط الحراري المناسب لتبديد أي حرارة إضافية تتولد عن ارتفاع ESR على مدى عمر المكثف.

تسرب التيار المتغير
تجربة المكثفات الإلكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم SMD تدريجية زيادة في التسرب الحالي حيث يتدهور المنحل بالكهرباء وتصبح الطبقة العازلة أقل مثالية. في حين أن تيار التسرب منخفض بشكل عام، فإنه يمكن أن يؤثر على الدوائر الحساسة مثل أجهزة ضبط الوقت ذات التيار المنخفض، أو الأنظمة التي تعمل بالبطارية، أو الدوائر التناظرية الدقيقة، حيث يمكن أن يؤدي حتى التسرب البسيط إلى انحراف الجهد أو فقدان الطاقة. يحتاج المصممون إلى مراعاة الزيادات المحتملة في التسرب بمرور الوقت، وإذا لزم الأمر، تضمين تعويض الدائرة أو المقاومات الواقية أو المراقبة للتأكد من أن التسرب على المدى الطويل لا يؤثر على أداء الدائرة أو موثوقية الجهاز.

الشيخوخة المعتمدة على درجة الحرارة
ال معدل شيخوخة المكثف يعتمد بشكل كبير على درجة حرارة التشغيل . تعمل درجات الحرارة المرتفعة على تسريع التفاعلات الكيميائية داخل المنحل بالكهرباء، مما يؤدي إلى تجفيف أسرع، وزيادة سرعة سرعة الترسيب، وتقليل السعة بشكل أسرع. القاعدة العامة هي أن كل زيادة بمقدار 10 درجات مئوية فوق درجة حرارة التشغيل المقدرة يمكن أن تقلل العمر المتوقع للمكثف إلى النصف تقريبًا. يجب على المصممين اختيار المكثفات ذات درجة حرارة أعلى من الحد الأقصى لدرجة حرارة التشغيل المتوقعة، وتوفير إدارة حرارية كافية لثنائي الفينيل متعدد الكلور، والنظر في تدفق الهواء أو المشتتات الحرارية للتخفيف من التقادم المتسارع والحفاظ على خصائص كهربائية متسقة طوال عمر الجهاز.

آثار الإجهاد الجهد
يمكن أن يؤدي التعرض المستمر للجهود الكهربية القريبة من الحد الأقصى المقدر إلى تسريع عملية الشيخوخة والمساهمة في تدهور المنحل بالكهرباء، وانهيار العزل الكهربائي، وزيادة تيار التسرب. تشغيل مكثف أقل بقليل من الجهد المقنن - عادةً باستخدام أ تخفيض الجهد الكهربائي بنسبة 20-30% - يقلل من الضغط على العازل والكهارل، مما يبطئ التحلل الكيميائي وزيادة ESR. يعد تخفيض الجهد أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص في تطبيقات الجهد العالي التموج أو النبضي، حيث يمكن للطفرات العابرة أن تزيد من تسريع عملية التقادم وتقليل عمر الخدمة إذا لم تتم إدارتها بشكل صحيح من خلال حماية الدائرة أو اختيار المكثف.

الإجهاد الميكانيكي والاعتبارات على مستوى مجلس الإدارة
يمكن أن تؤدي الضغوط الميكانيكية، مثل ثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور، والتدوير الحراري، والاهتزاز، إلى تفاقم تأثيرات الشيخوخة في المكثفات الإلكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم SMD. يمكن أن يؤدي التمدد والانكماش المتكرر لجسم المكثف أو وصلات اللحام إلى حدوث شقوق صغيرة في الرقائق الداخلية أو العزل الكهربائي، مما يؤثر على السعة وESR. يجب على المصممين التأكد من تقنيات اللحام المناسبة، واختيار المكثفات القوية للبيئات عالية الضغط، وتوفير الدعم الميكانيكي المناسب أو الحشو حيث يتوقع الاهتزاز أو التدوير الحراري. وهذا مهم بشكل خاص في تطبيقات السيارات أو الصناعة أو الفضاء الجوي حيث تعد الموثوقية في ظل الظروف الديناميكية أمرًا بالغ الأهمية.