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Condensadores híbridos especiales con polímero

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Segunda parte del artículo técnico sobre las propiedades de los condensadores electrolíticos escrito por Christian Kasper, Technical Support Capacitors de Rutronik Elektronische Bauelemente y en el que se tratan los nuevos condensadores híbridos especiales.

Si el principal objetivo no es sólo la capacidad, sino también una ESR muy baja, se puede sustituir parcial o completamente un electrolito líquido por un polímero conductor. Estos modelos híbridos cuentan con el certificado AECQ200.

Combinan el electrolito anhídrido líquido con la elevada conductividad de un polímero sólido. Para este propósito, el electrolito líquido también se basa en parte en polímero. La capa de óxido de aluminio y la lámina de cátodo contraria se encuentran recubiertas con un polímero conductor que, como consecuencia, se presenta en el condensador como un medio de estado sólido.

La elevada conductividad del polímero mejora la resistencia de contacto del óxido de aluminio al electrolito líquido y a la lámina del cátodo.

El resultado: Una ESR muy baja y la posibilidad de elevadas corrientes de rizado. La ESR mejorada reduce el auto calentamiento durante la operación, mientras que el polímero sólido disminuye la proporción de componentes líquidos que pueden secarse.

Este es el motivo por el que los condensadores electrolíticos híbridos especiales tienen una vida útil significativamente más larga que las versiones de baja ESR basadas en agua. Al igual que sucede con el modelo estándar, se usa la ecuación de Arrhenius (una bajada de 10 °C en la temperatura = doble de vida como referencia en la estimación de la vida útil con diversas temperaturas.

Nuevos diseños con condensadores

Al diseñar condensadores híbridos para un determinado circuito, tiene particular importancia su comportamiento con respecto a la vida útil, la frecuencia y la curva de temperatura, que es completamente diferente a los anteriores, consecuencia del uso de los nuevos electrolitos.

Mientras que la ESR aumenta con un condensador electrolítico en el rango de temperatura negativa y durante su vida útil, se su valor se mantiene estable con los modelos híbridos. Además, la fuerte dependencia entre capacidad y frecuencia no se produce con los condensadores híbridos, ya que apenas hay variación hasta los 100 kHz. Un condensador electrolítico, por su parte, suele bajar su rendimiento, al menos, un 40% a 20 kHz.

En términos nominales, es posible reducir significativamente la capacidad total y, al mismo tiempo, mejorar su eficiencia al diseñar un circuito con condensadores híbridos. La miniaturización también es una realidad, ya que la tecnología híbrida permite corrientes de rizado superiores en una estructura más pequeña.

Polímero sólido en los condensadores híbridos especiales con mejores propiedades

Condensadores híbridos especiales con polímeroLos condensadores electrolíticos de polímero sólido se pueden emplear, si se desea, sin un componente líquido. En este caso, se reemplaza por un polímero conductor sólido. Eso conlleva mejoras en ESR y corriente de rizado y elimina cualquier posibilidad de secado. La vida útil puede aproximarse a esta ecuación: una bajada de 20 °C en la temperatura = vida útil diez veces mayor.

Las desventajas radican en el precio, una corriente de pérdidas considerablemente mayor y la sensibilidad a la humedad. Como el polímero sólido atrae la humedad, los componentes se suministran en empaquetados secos y se someten a estrictos procesos después de abrirse. Estos modelos sólo se encuentran disponibles con el certificado AECQ200 en casos excepcionales.

Además, esta tecnología siempre requiere una decisión entre la tensión y la capacidad respecto al tamaño. Una buena combinación, como sucede con los condensadores electrolíticos o los modelos híbridos, no se puede conseguir en la misma medida con el uso de los electrolitos sólidos.

Además, la corriente residual es más pronunciada en las versiones sólidas que en las híbridas, ya que el oxígeno libre está ausente en el proceso de self-healing de los defectos de fabricación en el dieléctrico. El electrolito líquido del condensador híbrido contiene oxígeno, que sí permite el self-healing y mantiene la corriente residual al nivel de condensadores electrolíticos estándares. El electrolito sólido tampoco penetra completamente cada poro de la lámina de aluminio.

Esto tiene un efecto negativo en la capacidad alcanzable y, a la vez, incrementa la corriente de fuga. En relación con la estabilidad de frecuencia, temperatura y vida de servicio, los condensadores electrolíticos de polímero sólido están a la par con los híbridos.

Conclusión sobre los condensadores híbridos

Ante el aumento de requisitos relativos a ESR, tamaño o forma estructural, estabilidad a largo plazo y precio de componente, los condensadores electrolíticos basados en agua se han convertido en una solución indispensable. Si la tecnología falla a la hora de cumplir sus necesidades, los condensadores de polímero ofrecen una alternativa.

En particular, las versiones de condensadores híbridos especiales aportan una excelente relación entre calidad y precio y están sujetas a constantes desarrollos por parte de los fabricantes. Y, en términos de miniaturización y eficiencia, proporcionan nuevas opciones en el diseño del circuito.

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