ما هو تيار التسرب بالمكثف وكيفية تقليله

المكثف هو المكون الأكثر شيوعًا في الإلكترونيات ويستخدم في كل تطبيق إلكتروني تقريبًا. هناك أنواع عديدة من المكثفات متوفرة في السوق لخدمة أغراض مختلفة في أي دائرة إلكترونية. وهي متوفرة بعدة قيم مختلفة من 1 بيكو فاراد إلى 1 فاراد مكثف وسوبر كاباسكتور. يحتوي المكثف أيضًا على أنواع مختلفة من التصنيفات ، مثل جهد العمل ودرجة حرارة العمل وتحمل القيمة المقدرة وتيار التسرب.

يعد تيار التسرب للمكثف عاملاً حاسمًا للتطبيق ، خاصةً إذا تم استخدامه في إلكترونيات الطاقة أو الإلكترونيات الصوتية. توفر الأنواع المختلفة من المكثفات تصنيفات مختلفة لتيار التسرب. بصرف النظر عن اختيار المكثف المثالي مع التسرب المناسب ، يجب أن تتمتع الدائرة أيضًا بالقدرة على التحكم في تيار التسرب. لذلك أولاً يجب أن يكون لدينا فهم واضح لتيار تسرب المكثف.

العلاقة مع الطبقة العازلة

تيار التسرب للمكثف له علاقة مباشرة مع عازل المكثف. دعونا نرى الصورة أدناه -

الصورة أعلاه عبارة عن بناء داخلي لمكثف الألومنيوم الكهربائي. يحتوي مكثف الألومنيوم الكهربائي على أجزاء قليلة مغلفة في عبوة محكمة الغلق. الأجزاء هي الأنود ، الكاثود ، الإلكتروليت ، عازل الطبقة العازلة ، إلخ.

يوفر العازل العازل عزلًا للوحة الموصلة داخل المكثف. ولكن نظرًا لأنه لا يوجد شيء مثالي في هذا العالم ، فإن العازل ليس عازلًا مثاليًا ولديه تحمل العزل. نتيجة لهذا ، سوف تتدفق كمية منخفضة جدًا من التيار عبر العازل. هذا التيار يسمى تيار التسرب.

يمكن إظهار العازل وتدفق التيار باستخدام مكثف بسيط ومقاوم.

يحتوي المقاوم على قيمة عالية جدًا للمقاومة ، والتي يمكن تحديدها على أنها مقاومة للعازلويستخدم المكثف لتكرار المكثف الفعلي. نظرًا لأن المقاوم له قيمة مقاومة عالية جدًا ، فإن التيار المتدفق عبر المقاوم منخفض جدًا ، عادةً في عدد من الأمبيرات النانوية. تعتمد مقاومة العزل على نوع العازل الكهربائي حيث أن نوعًا مختلفًا من المواد يغير تيار التسرب. يوفر ثابت العزل المنخفض مقاومة عزل جيدة جدًا ، مما ينتج عنه تيار تسرب منخفض للغاية. على سبيل المثال ، المكثفات من نوع البولي بروبلين أو البلاستيك أو التفلون هي مثال على ثابت العزل الكهربائي المنخفض. لكن السعة بالنسبة لتلك المكثفات أقل بكثير. تؤدي زيادة السعة أيضًا إلى زيادة ثابت العزل. عادةً ما تحتوي المكثفات الإلكتروليتية على سعة عالية جدًا ، كما أن تيار التسرب مرتفع أيضًا.

عوامل تعتمد على تيار التسرب المكثف

تيار تسرب المكثف يعتمد بشكل عام على العوامل الأربعة التالية:

1. طبقة عازلة
2. درجة الحرارة المحيطة
3. تخزين درجة الحرارة
4. الجهد التطبيقية

1. الطبقة العازلة لا تعمل بشكل صحيح

يتطلب بناء المكثف عملية كيميائية. المادة العازلة هي الفصل الرئيسي بين الألواح الموصلة. نظرًا لأن العازل الكهربائي هو العازل الرئيسي ، فإن تيار التسرب له تبعيات كبيرة معه. لذلك ، إذا تم تخفيف العازل أثناء عملية التصنيع ، فسوف يساهم بشكل مباشر في زيادة تيار التسرب. في بعض الأحيان ، تحتوي الطبقات العازلة على شوائب ، مما يؤدي إلى ضعف في الطبقة. يقلل العازل الأضعف من تدفق التيار مما يساهم بشكل أكبر في عملية الأكسدة البطيئة. ليس هذا فقط ، ولكن الضغط الميكانيكي غير المناسب يساهم أيضًا في ضعف العزل الكهربائي في المكثف.

2. درجة الحرارة المحيطة

المكثف لديه تصنيف لدرجة حرارة العمل. يمكن أن تتراوح درجة حرارة العمل من 85 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية أو حتى أكثر. نظرًا لأن المكثف عبارة عن جهاز مكون كيميائيًا ، فإن درجة الحرارة لها علاقة مباشرة بالعملية الكيميائية داخل المكثف. يزيد تيار التسرب بشكل عام عندما تكون درجة الحرارة المحيطة مرتفعة بدرجة كافية.

3. تخزين المكثف

إن تخزين مكثف لفترة طويلة بدون جهد كهربائي ليس جيدًا للمكثف. تعتبر درجة حرارة التخزين أيضًا عاملاً مهمًا لتيار التسرب. عندما يتم تخزين المكثفات ، تتعرض طبقة الأكسيد للهجوم بواسطة مادة الإلكتروليت. تبدأ طبقة الأكسيد في الذوبان في مادة الإلكتروليت. تختلف العملية الكيميائية باختلاف نوع مادة الإلكتروليت. المنحل بالكهرباء ذو ​​الأساس المائي غير مستقر بينما يساهم المنحل بالكهرباء الخامل المعتمد على المذيب في تقليل تيار التسرب بسبب تقليل طبقة الأكسدة.

ومع ذلك ، فإن تيار التسرب هذا مؤقت لأن المكثف له خصائص ذاتية الشفاء عند تطبيقه على الجهد. أثناء التعرض للجهد ، تبدأ طبقة الأكسدة في التجدد.

4. الجهد التطبيقي

كل مكثف له معدل جهد. لذلك ، فإن استخدام مكثف أعلى من الجهد المقنن يعد أمرًا سيئًا. إذا زاد الجهد ، يزداد تيار التسرب أيضًا. إذا كان الجهد عبر المكثف أعلى من الجهد المقنن ، فإن التفاعل الكيميائي داخل مكثف ينتج غازات ويؤدي إلى تدهور المنحل بالكهرباء.

إذا تم تخزين المكثف لفترة طويلة على سبيل المثال لسنوات ، فيجب إعادة المكثف إلى حالة العمل من خلال توفير الجهد المقنن لبضع دقائق. خلال هذه المرحلة ، تتراكم طبقة الأكسدة مرة أخرى وتستعيد المكثف في مرحلة وظيفية.

كيفية تقليل تيار تسرب المكثف لتحسين عمر المكثف

كما نوقش أعلاه ، يحتوي المكثف على تبعيات مع العديد من العوامل. السؤال الأول هو كيف يتم حساب عمر المكثف؟ الإجابة هي حساب الوقت حتى نفاد الإلكتروليت. تستهلك طبقة الأكسدة المنحل بالكهرباء. تيار التسرب هو المكون الأساسي لقياس مدى إعاقة طبقة الأكسدة.

لذلك ، يعد الحد من تيار التسرب في المكثف مكونًا رئيسيًا في عمر المكثف.

1. التصنيع أو مصنع الإنتاج هو المكان الأول في دورة حياة المكثف حيث يتم تصنيع المكثفات بعناية لتيار التسرب المنخفض. يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة لعدم تلف الطبقة العازلة أو إعاقتها.

2. المرحلة الثانية هي التخزين. يجب تخزين المكثفات في درجة حرارة مناسبة. تؤثر درجة الحرارة غير الملائمة على مكثف المنحل بالكهرباء مما يقلل من جودة طبقة الأكسدة. تأكد من تشغيل المكثفات في درجة حرارة محيطة مناسبة ، أقل من القيمة القصوى.

3. في المرحلة الثالثة ، عندما يكون المكثف ملحومًا على اللوح ، تكون درجة حرارة اللحام عاملاً رئيسيًا. نظرًا لأنه بالنسبة للمكثفات الإلكتروليتية ، يمكن أن تصبح درجة حرارة اللحام مرتفعة بدرجة كافية ، أكثر من نقطة غليان المكثف. تؤثر درجة حرارة اللحام على الطبقات العازلة عبر مسامير الرصاص وتضعف طبقة الأكسدة مما يؤدي إلى ارتفاع تيار التسرب. للتغلب على هذا ، يأتي كل مكثف مع ورقة بيانات حيث توفر الشركة المصنعة تصنيفًا آمنًا لدرجة حرارة اللحام وأقصى وقت للتعرض. يحتاج المرء إلى توخي الحذر بشأن هذه التصنيفات للتشغيل الآمن للمكثف المعني. هذا ينطبق أيضًا على مكثفات جهاز التثبيت السطحي (SMD) أيضًا ، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة الذروة لحام إعادة التدفق أو اللحام الموجي الحد الأقصى المسموح به.

4. نظرًا لأن جهد المكثف عامل مهم ، يجب ألا يتجاوز جهد المكثف الجهد المقنن.

5. موازنة المكثف في سلسلة الاتصال. في اتصال سلسلة مكثف هي وظيفة معقدة بعض الشيء لتحقيق التوازن في التسرب الحالي. هذا بسبب عدم توازن تيار التسرب يقسم الجهد وينقسم بين المكثفات. يمكن أن يكون الجهد المنفصل مختلفًا لكل مكثف ويمكن أن يكون هناك احتمال أن يكون الجهد عبر مكثف معين أكثر من الجهد المقدر ويبدأ المكثف في التعطل.

للتغلب على هذا الموقف ، تمت إضافة مقاومين عاليي القيمة عبر المكثف الفردي لتقليل تيار التسرب.

في الصورة أدناه ، تظهر تقنية الموازنة حيث يتم موازنة مكثفتين في سلسلة باستخدام مقاومات عالية القيمة.

باستخدام تقنية الموازنة ، يمكن التحكم في فرق الجهد المتأثر بتيار التسرب.