Was ist ein Elektrolytkondensator?
Elektrolytkondensatoren sind Kondensatoren, die eine Oxidschicht aus Aluminium oder Tantal als Dielektrikum verwenden.
Zu den allgemeinen Merkmalen gehören hohe Kapazität und Spannungspolarität. Elektrolytkondensatoren sind mit flüssigem (nassem) oder festem Elektrolyt erhältlich und werden wie folgt unterschieden:
1. Flüssiger Elektrolyt
- Aluminium-Elektrolytkondensatoren m (nass)
- Tantal-Elektrolytkondensatoren (nass)
2. Festelektrolyte
- Festelektrolytkondensatoren auf Mangandioxidbasis
- Festelektrolytkondensatoren auf Basis von Funktionspolymeren
- Festelektrolytkondensatoren auf Basis organischer Halbleiter
Elektrische Doppelschichtkondensatoren (Superkondensatoren) können ebenfalls zu den Elektrolytkondensatoren gezählt werden.
Anwendungen von Elektrolytkondensatoren
Elektrolytkondensatoren werden als Glättungsschaltungen in Stromversorgungen verwendet. Sie eignen sich auch als Entkopplungskondensatoren und Reservekondensatoren.
Elektrolytkondensatoren aus Tantal eignen sich besonders gut als Entkopplungskondensatoren, da sie neben ihrer hohen Kapazität auch eine niedrige Impedanz über ein breites Frequenzband aufweisen müssen.
Funktionsweise von Elektrolytkondensatoren
Der Mechanismus eines Elektrolytkondensators wird am Beispiel eines Aluminium-Elektrolytkondensators beschrieben. Aluminium-Elektrolytkondensatoren verwenden als Dielektrikum einen Oxidfilm (Al2O3), der auf der Metalloberfläche der Anodenseite durch elektrochemische Oberflächenbehandlung gebildet wird. Die Oberfläche der Aluminiumfolie wird geätzt, um Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche zu bilden, wodurch die Oberfläche erheblich vergrößert und eine große Kapazität erreicht wird.
Der Elektrolyt wird zwischen die Elektroden gefüllt, um die Kathoden zu verlängern, aber er entweicht allmählich aus der Verpackung und verdunstet über einen langen Zeitraum, so dass eine Abnahme der Kapazität im Laufe der Zeit unvermeidlich ist. Dies macht sich besonders bei hohen Temperaturen bemerkbar. Um die Lebensdauer zu verlängern, ist es daher notwendig, einen Anstieg der Umgebungstemperatur zu vermeiden.
Die relative Dielektrizitätskonstante von Aluminiumoxid, das sich auf der Oberfläche von Aluminiumfolie bildet, beträgt 7~10, mit einer dielektrischen Durchbruchspannung von 500 kV/mm oder mehr, und wird wegen seiner hervorragenden Isolationseigenschaften und guten Produktivität weithin verwendet. Mit anderen Worten: Aluminium-Elektrolytkondensatoren nutzen die Sperrschichtkapazität der umgekehrten Polarität dieser Diode, aber wegen dieser umgekehrten Polarität ist die angelegte Spannung von Aluminium-Elektrolytkondensatoren auf eine Richtung beschränkt. Aus diesem Grund können sie nicht mit Sperrspannungen verwendet werden.
Tantal-Elektrolytkondensatoren werden mit Tantalpentoxid als Dielektrikum und Mangandioxid als Elektrolyt hergestellt. Da der Elektrolyt fest ist, gibt es keine Leckagen. Tantal-Elektrolytkondensatoren haben gegenüber Aluminium-Elektrolytkondensatoren einen Vorteil in Bezug auf die Lebensdauer.
Arten von Elektrolytkondensatoren
Alle Arten von Elektrolytkondensatoren zeichnen sich durch ihre hohe Kapazität aus, aber jeder hat seine eigene spezifische Anwendung:
1. Aluminium-Elektrolytkondensatoren
Aluminium-Elektrolytkondensatoren werden hauptsächlich in Stromversorgungsschaltungen verwendet, da sie sich leicht zu Kondensatoren mit großer Kapazität verarbeiten lassen. Da sie keine guten Hochfrequenzeigenschaften haben, werden sie in Glättungsschaltungen nach der Gleichrichtung kommerzieller Stromversorgungen verwendet. Trotz ihrer geringen Größe haben sie eine große Kapazität und sind in einer Vielzahl von Varianten erhältlich. Ein weiteres Merkmal ist ihr relativ niedriger Preis.
2. Tantal-Elektrolytkondensatoren
Obwohl diese Kondensatoren klein sind, haben sie eine angemessene Kapazität, aber da Tantal ein seltenes Metall und teuer ist, werden keine Kondensatoren mit großer Kapazität hergestellt. Die Obergrenze liegt bei mehreren hundert μF. Aufgrund ihrer hervorragenden Hochfrequenz- und Temperatureigenschaften werden sie in Glättungsschaltungen für Schaltnetzteile verwendet, die den Strom bei hohen Frequenzen ein- und ausschalten.
Sie werden auch als Entkopplungskondensatoren zur Absorption von Störspitzen in Stromversorgungsschaltungen verwendet, wie im Abschnitt “Anwendungen von Elektrolytkondensatoren” beschrieben.
3. Elektrische Doppelschichtkondensatoren
Aufgrund ihres relativ hohen Innenwiderstands (mehrere hundert Milliohm bis hundert Ohm) können sie nicht zur Wellenabsorption oder für andere Zwecke verwendet werden. Sie werden hauptsächlich als Sekundärbatterien für die Stromversorgung eingesetzt. Aufgrund ihrer extrem hohen Kapazität und der unbegrenzten Anzahl von Lade-/Entladezyklen werden sie zur Sicherung von Speicherschaltungen usw. verwendet.