Jakie cechy starzenia należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu obwodów z aluminiowymi kondensatorami elektrolitycznymi do montażu powierzchniowego?

Zmniejszenie pojemności w czasie
Aluminiowe kondensatory elektrolityczne SMD wykazywać stopniowość zmniejszenie pojemności w całym okresie ich eksploatacji ze względu na zmiany chemiczne i fizyczne w warstwie elektrolitu i tlenku dielektrycznego. Warstwa tlenku może się nieznacznie rozrzedzić, a elektrolit może wyschnąć lub ulec chemicznej degradacji, powodując mierzalny spadek pojemności. Spadek ten ma zazwyczaj charakter postępujący i może wynosić od 10% do 20% w ciągu tysięcy godzin pracy, w zależności od warunków pracy, takich jak temperatura, napięcie i prąd tętniący. Projektanci muszą to uwzględnić, wybierając kondensator o pojemności początkowej nieco wyższej niż minimalna wymagana dla danego zastosowania, aby mieć pewność, że obwód w dalszym ciągu będzie spełniał wymagania funkcjonalne nawet w przypadku starzenia się kondensatora. Właściwe obniżenie wartości znamionowych i uwzględnienie oczekiwanej żywotności może zapobiec słabszej wydajności w zastosowaniach związanych z filtrowaniem, oddzielaniem lub magazynowaniem energii.

Wzrost zastępczej rezystancji szeregowej (ESR)
Z czasem ESR aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych SMD ma tendencję do wzrostu w wyniku wysychania elektrolitu, degradacji chemicznej i zmian w wewnętrznym połączeniu folii aluminiowych. Podwyższony ESR może zmniejszyć wydajność obwodów mocy, spowodować miejscowe nagrzewanie i ograniczyć zdolność kondensatora do skutecznego radzenia sobie z prądami tętniącymi. W zasilaczach impulsowych wysokiej częstotliwości lub przetwornicach DC-DC nawet niewielkie wzrosty ESR mogą mieć wpływ na regulację napięcia, tłumienie tętnień i ogólną wydajność cieplną. Projektanci obwodów powinni wybierać kondensatory o niskim początkowym marginesie ESR, aby uwzględnić ten stopniowy wzrost oraz zapewnić odpowiednią konstrukcję i układ termiczny, aby rozproszyć wszelkie dodatkowe ciepło generowane przez wyższy ESR w całym okresie życia kondensatora.

Zmiana prądu upływu
Aluminiowe kondensatory elektrolityczne SMD ulegają stopniowemu procesowi wzrost prądu upływowego w miarę pogarszania się stanu elektrolitu i utraty idealnej warstwy dielektrycznej. Chociaż prąd upływowy jest ogólnie niski, może wpływać na wrażliwe obwody, takie jak niskoprądowe timery, systemy zasilane bateryjnie lub precyzyjne obwody analogowe, gdzie nawet niewielki wyciek może prowadzić do dryftu napięcia lub utraty energii. Projektanci muszą uwzględnić możliwy wzrost upływu czasu i, jeśli to konieczne, uwzględnić kompensację obwodu, rezystory ochronne lub monitorowanie, aby mieć pewność, że długotrwały wyciek nie wpłynie negatywnie na wydajność obwodu lub niezawodność urządzenia.

Starzenie zależne od temperatury
The Szybkość starzenia się kondensatora zależy w dużym stopniu od temperatury roboczej . Wyższe temperatury przyspieszają reakcje chemiczne w elektrolicie, prowadząc do szybszego suszenia, zwiększonej ESR i szybszej redukcji pojemności. Powszechną zasadą jest to, że każde 10°C wzrostu powyżej znamionowej temperatury roboczej może w przybliżeniu zmniejszyć o połowę oczekiwaną żywotność kondensatora. Projektanci powinni wybrać kondensatory o temperaturze znamionowej powyżej maksymalnej oczekiwanej temperatury roboczej, zapewnić odpowiednie zarządzanie temperaturą płytki drukowanej oraz wziąć pod uwagę przepływ powietrza lub radiatory, aby złagodzić przyspieszone starzenie i zachować spójne właściwości elektryczne przez cały okres użytkowania urządzenia.

Skutki stresu napięciowego
Ciągłe narażenie na napięcie bliskie maksymalnego znamionowego może przyspieszyć starzenie i przyczynić się do degradacji elektrolitu, przebicia dielektrycznego i zwiększonego prądu upływowego. Praca kondensatora nieco poniżej jego napięcia znamionowego – zazwyczaj przy Obniżenie wartości znamionowych napięcia o 20–30%. — zmniejsza naprężenia dielektryka i elektrolitu, spowalniając degradację chemiczną i wzrost ESR. Obniżenie wartości znamionowych napięcia jest szczególnie krytyczne w zastosowaniach o wysokim tętnieniu lub napięciu pulsacyjnym, ponieważ przejściowe skoki napięcia mogą jeszcze bardziej przyspieszyć starzenie i skrócić żywotność, jeśli nie zostaną odpowiednio zarządzane poprzez zabezpieczenie obwodu lub dobór kondensatorów.

Naprężenia mechaniczne i rozważania na poziomie płyty
Naprężenia mechaniczne, takie jak zginanie płytek PCB, cykle termiczne i wibracje, mogą nasilać efekty starzenia aluminiowych kondensatorów elektrolitycznych SMD. Powtarzające się rozszerzanie i kurczenie korpusu kondensatora lub połączeń lutowanych może prowadzić do mikropęknięć w wewnętrznych foliach lub dielektryku, wpływając na pojemność i ESR. Projektanci powinni zadbać o odpowiednie techniki lutowania, wybrać solidne kondensatory do środowisk narażonych na duże obciążenia oraz zapewnić odpowiednie wsparcie mechaniczne lub wyściółkę tam, gdzie spodziewane są wibracje lub cykle termiczne. Jest to szczególnie ważne w zastosowaniach motoryzacyjnych, przemysłowych i lotniczych, gdzie niezawodność w warunkach dynamicznych ma kluczowe znaczenie.