Capacitor electrolítico

Un condensador electrolítico es un condensador polarizado cuyo ánodo o placa positiva está fabricado de un metal que forma una capa de óxido aislante mediante anodización. Esta capa de óxido actúa como dieléctrico del condensador. Un electrolito sólido, líquido o en gel cubre la superficie de esta capa de óxido y sirve como cátodo o placa negativa del condensador. Debido a su capa muy delgada de óxido dieléctrico y su superficie de ánodo agrandada, los capacitores electrolíticos tienen un producto capacitancia-voltaje (CV) por unidad de volumen mucho más alto que los capacitores cerámicos o los capacitores de película, por lo que pueden tener valores de capacitancia grandes. Hay tres familias de condensadores electrolíticos: condensadores electrolíticos de aluminio, condensadores electrolíticos de tantalio y condensadores electrolíticos de niobio.

La gran capacitancia de los condensadores electrolíticos los hace particularmente adecuados para pasar o desviar señales de baja frecuencia y para almacenar grandes cantidades de energía. Se utilizan ampliamente para desacoplar o filtrar ruido en fuentes de alimentación y circuitos de enlace de CC para variadores de frecuencia, para acoplar señales entre etapas de amplificador y almacenar energía como en una lámpara de flash.

Los condensadores electrolíticos son componentes polarizados debido a su construcción asimétrica y deben funcionar con un potencial más alto (es decir, más positivo) en el ánodo que en el cátodo en todo momento. Por este motivo, la polaridad está marcada en la carcasa del dispositivo. La aplicación de un voltaje de polaridad inversa, o un voltaje que exceda el voltaje de trabajo nominal máximo de tan solo 1 o 1,5 voltios, puede destruir el dieléctrico y, por lo tanto, el capacitor. La falla de los capacitores electrolíticos puede ser peligrosa y provocar una explosión o un incendio. También se fabrican condensadores electrolíticos bipolares que pueden funcionar con cualquier polaridad, utilizando construcciones especiales con dos ánodos conectados en serie. También se puede fabricar un condensador electrolítico bipolar conectando dos condensadores electrolíticos normales en serie, ánodo con ánodo o cátodo con cátodo.

Información general

Árbol genealógico de condensadores electrolíticos

En cuanto a los principios básicos de construcción de los condensadores electrolíticos, existen tres tipos diferentes: condensadores de aluminio, tantalio y niobio. Cada una de estas tres familias de condensadores utiliza dióxido de manganeso sólido y no sólido o electrolitos de polímero sólido, por lo que está disponible una gran variedad de diferentes combinaciones de material de ánodo y electrolitos sólidos o no sólidos.

Principio de carga

Al igual que otros condensadores convencionales, los condensadores electrolíticos almacenan la energía eléctrica estáticamente mediante la separación de cargas en un campo eléctrico en la capa de óxido dieléctrico entre dos electrodos. El electrolito sólido o no sólido es en principio el cátodo, que forma así el segundo electrodo del condensador. Esto y el principio de almacenamiento los distinguen de los condensadores electroquímicos o supercondensadores, en los que el electrolito generalmente es la conexión conductora iónica entre dos electrodos y el almacenamiento se realiza con capacitancia estática de doble capa y pseudocapacitancia electroquímica.

Materiales básicos y construcción

Los condensadores electrolíticos utilizan una característica química de algunos metales especiales, anteriormente llamados "metales de válvula", que al entrar en contacto con un electrolito particular forman una capa de óxido aislante muy delgada en su superficie mediante oxidación anódica que puede funcionar como un dieléctrico. Hay tres metales anódicos diferentes que se utilizan para condensadores electrolíticos:

1. Los condensadores electrolíticos de aluminio utilizan una lámina de aluminio de alta pureza con óxido de aluminio como dieléctrico
2. Los condensadores electrolíticos de Tantalum usan una pelleta sinterizada (“slug”) de polvo de tanta pureza con pentoxida de tantalio como dieléctrico
3. Los condensadores electrolíticos de niobio usan un "slug" sinterizado de niobio de alta pureza o óxido de niobio en polvo con pentoxido de niobio como dieléctrico.

Para aumentar su capacitancia por unidad de volumen, todos los materiales del ánodo están grabados o sinterizados y tienen una estructura superficial rugosa con un área superficial mucho mayor en comparación con una superficie lisa de la misma área o el mismo volumen. Aplicando un voltaje positivo al material anódico antes mencionado en un baño electrolítico se formará (formación) una capa de barrera de óxido con un espesor correspondiente al voltaje aplicado. Esta capa de óxido actúa como dieléctrico en un condensador electrolítico. Las propiedades de estas capas de óxido se dan en la siguiente tabla:

Después de formar un óxido dieléctrico en la estructura rugosa del ánodo, un contraelectrodo debe coincidir con la superficie rugosa del óxido aislante. Esto se logra mediante el electrolito, que actúa como electrodo catódico de un condensador electrolítico. Se utilizan muchos electrolitos diferentes. Generalmente se distinguen en dos especies, electrolitos “no sólidos” y “sólidos”. Como medio líquido que tiene conductividad iónica causada por iones en movimiento, los electrolitos no sólidos pueden adaptarse fácilmente a las estructuras rugosas. Los electrolitos sólidos que tienen conductividad electrónica pueden adaptarse a las estructuras rugosas con la ayuda de procesos químicos especiales como la pirólisis para el dióxido de manganeso o la polimerización para polímeros conductores.

Al comparar las permitividades de los diferentes materiales de óxido, se ve que el pentóxido de tantalio tiene una permitividad aproximadamente tres veces mayor que el óxido de aluminio. Por lo tanto, los condensadores electrolíticos de tantalio con un valor CV determinado son, en teoría, más pequeños que los condensadores electrolíticos de aluminio. En la práctica, los diferentes márgenes de seguridad para alcanzar componentes fiables dificultan la comparación.

La capa de óxido aislante generada anódicamente se destruye si cambia la polaridad del voltaje aplicado.

Capacitancia y eficiencia volumétrica

Los condensadores electrolíticos se basan en el principio de un "condensador de placas" cuya capacitancia aumenta con un área de electrodo más grande A, mayor permitividad dieléctrica ε y delgadez del dieléctrico (d).

C=ε ε ⋅ ⋅ Ad{displaystyle C=varepsilon cdot {frac {} {}}}

El espesor dieléctrico de los condensadores electrolíticos es muy pequeño, en el rango de nanómetros por voltio. Por otra parte, las intensidades de tensión de estas capas de óxido son bastante elevadas. Con esta capa muy fina de óxido dieléctrico combinada con una rigidez dieléctrica suficientemente alta, los condensadores electrolíticos pueden alcanzar una capacitancia volumétrica alta. Esta es una de las razones de los altos valores de capacitancia de los condensadores electrolíticos en comparación con los condensadores convencionales.

Todos los ánodos grabados o sinterizados tienen una superficie mucho mayor en comparación con una superficie lisa de la misma área o el mismo volumen. Esto aumenta el valor de la capacitancia, dependiendo de la tensión nominal, en un factor de hasta 200 tanto para los condensadores electrolíticos de aluminio no macizos como para los condensadores electrolíticos de tantalio macizos. La gran superficie en comparación con una lisa es la segunda razón de los valores de capacitancia relativamente altos de los capacitores electrolíticos en comparación con otras familias de capacitores.

Debido a que el voltaje de formación define el espesor de la capa de óxido, el voltaje nominal deseado se puede producir de manera muy simple. Los condensadores electrolíticos tienen una alta eficiencia volumétrica, el llamado "producto CV", definido como el producto de la capacitancia y el voltaje dividido por el volumen.

Construcción básica de condensadores electrolíticos de aluminio no sólidos

• Construcción básica de un condensador electrolítico de aluminio no sólido
• 

  Enrollamiento abierto de un condensador electrolítico con múltiples láminas conectadas

• 

  Cierre de sección transversal de un diseño de condensador electrolítico de aluminio, mostrando lámina de ánodo capacitor con capa de óxido, espaciador de papel empapado con electrolito y folio de gato

• 

  Construcción de un condensador electrolítico de aluminio monovolumen con electrolito no sólido

Construcción básica de condensadores electrolíticos de tantalio sólido

• Construcción de un condensador de viruta sólido con electrolito de dióxido de manganeso
• 

  La célula capacitor de un condensador electrolítico equivalente consiste en polvo de tantalio sinterizado

• 

  Representación esquemática de la estructura de un condensador electrolítico sinterizado con electrolito sólido y las capas de contacto de catodo

• 

  Construcción de un condensador electrolítico típico del equivalente SMD con electrolito sólido

Tipos y características de los condensadores electrolíticos

Comparación de tipos de condensadores electrolíticos

Las combinaciones de materiales anódicos para condensadores electrolíticos y los electrolitos utilizados han dado lugar a una amplia variedad de tipos de condensadores con diferentes propiedades. En la siguiente tabla se muestra un resumen de las principales características de los diferentes tipos.

Reseña de las características clave de los diferentes tipos de condensador electrolítico

Electrolítica capacitor family	Electrolito	Concitación rango (μF)	Max. Tensión nominal (V)	Max. temperatura (°C)
Aluminio- condensador electrolítico foils grabados	Electrolito orgánico no sólido, por ejemplo GBL, DMF, DMA,	0.1:1,000,000	550	105/125/150
	Non-solid, e.g. borax, glycol	0.1:2,700,000	630	85/105
	No sólido, basado en agua	1:18.000	100	85/105
	Sólido, polímero	10:1.500	25	105
	Híbrido, polímero y no sólido	6.8:1,000	125	105/125
Tantalum condensador electrolítico, ungido sinterizado	Ácido no sólido, sulfúrico	0,11:18.000	630	125/200
	Dióxido de manganeso sólido	0.1:3,300	125	125/150
	Sólido, polímero	10:1.500	25	105
Oxido de niobio... condensador electrolítico ungido sinterizado	Dióxido de manganés sólido	1:1.500	10	105
	Sólido, polímero	4.7:470	16	105

Los productos no sólidos o llamados "húmedos" Los condensadores electrolíticos de aluminio eran y son los más baratos entre todos los demás condensadores convencionales. No sólo proporcionan las soluciones más económicas para valores altos de capacitancia o voltaje con fines de desacoplamiento y amortiguación, sino que también son insensibles a cargas y descargas de baja resistencia óhmica, así como a transitorios de baja energía. Los condensadores electrolíticos no sólidos se pueden encontrar en casi todas las áreas de dispositivos electrónicos, con excepción de las aplicaciones militares.

Los condensadores electrolíticos de tantalio con electrolito sólido como condensadores de chip de montaje superficial se utilizan principalmente en dispositivos electrónicos en los que hay poco espacio disponible o se requiere un perfil bajo. Funcionan de forma fiable en un amplio rango de temperaturas sin grandes desviaciones de parámetros. En aplicaciones militares y espaciales, sólo los condensadores electrolíticos de tantalio cuentan con las homologaciones necesarias.

Los condensadores electrolíticos de niobio compiten directamente con los condensadores electrolíticos de tantalio industriales porque el niobio está más disponible. Sus propiedades son comparables.

Las propiedades eléctricas de los condensadores electrolíticos de aluminio, tantalio y niobio se han mejorado enormemente gracias al electrolito polimérico.

Comparación de parámetros eléctricos

Para comparar las diferentes características de los diferentes tipos de capacitores electrolíticos, en la siguiente tabla se comparan capacitores con las mismas dimensiones y de capacitancia y voltaje similares. En dicha comparación, los valores de ESR y la carga de corriente de rizado son los parámetros más importantes para el uso de condensadores electrolíticos en equipos electrónicos modernos. Cuanto menor sea la ESR, mayor será la corriente de rizado por volumen y mejor funcionalidad del condensador en el circuito. Sin embargo, mejores parámetros eléctricos conllevan precios más altos.

Comparación de las características más importantes de diferentes tipos de condensadores electrolíticos

Electrolítica capacitor family	Tipo 1)	Dimensión DxL, WxHxL (mm)	Max. ESR 100 kHz, 20 °C (mΩ)	Max. Corriente de onda 85/105 °C (mA)	Max. Corriente de fuga después de 2 min. 2) (μA)
condensadores al-electrolíticos 1976 3) Etileno glicol/borax electrolyte	Valvo, 034, 4.7/40	5x11	15.000	17	10 (0.01CV)
capacitores al-electrolíticos, Electrolito orgánico	Vishay, 036 RSP, 100/10	5x11	1000	160	10 (0.01CV)
capacitores al-electrolíticos, Etileno glicol/borax electrolyte	NCC, SMQ, 100/10	5x11	900	180	10 (0.01CV)
capacitores al-electrolíticos, Electrolito a base de agua	Rubycon, ZL, 100/10	5x11	300	250	10 (0.01CV)
condensadores al-electrolíticos, SMD Etileno glicol/borax electrolyte	NIC, NACY, 220/10	6.3x8	300	300	10 (0.01CV)
condensadores al-electrolíticos, SMD Electrolito a base de agua	NIC, NAZJ, 220/16	6.3x8	160	600	10 (0.01CV)
Condenadores electrolíticos de equivalente sólido MnO2 electrolito	Kemet, T494, 330/10	7,3x4.3x4.0	100	1285	10 (0.01CV)
Condenadores electrolíticos de equivalente sólido Multianode, MnO2 electrolito	Kemet, T510, 330/10	7.3x4.3x4.0	35	2500	10 (0.01CV)
Condenadores electrolíticos de equivalente sólido Electrolito de polímero	Kemet, T543, 330/10	7.3x4.3x4,0	10	4900	100 (0.1CV)
Condenadores electrolíticos de equivalente sólido Multianodo, polímero	Kemet, T530, 150/10	7.3x4.3x4.0	5	4970	100 (0.1CV)
Condenadores electrolíticos de niobio sólido, MnO2 electrolito	AVX,NOS, 220/6,3	7.3x4.3x4.1	80	1461	20 (0.02CV)
Condenadores electrolíticos de niobio sólido, Multianode, MnO2 electrolito	AVX, NBM, 220/6.3	7.3x4.3x4.1	40	2561	20 (0.02CV)
Solid Al-electrolytic capacitors, Electrolito de polímero	Panasonic, SP-UE, 180/6.3	7.3x4.3x4.2	7	3700	100 (0.1CV)
Solid Al-electrolytic capacitors, Electrolito de polímero	Kemet, A700, 100/10	7.3x4.3x4.0	10	4700	40 (0.04CV)
Solid Al-electrolytic capacitors, Electrolito de polímero	Panansonic, SVP, 120/6.3	6.3x6	17	2780	200 (0,2CV)
Condenadores híbridos al-electrolíticos, Electrolito polimérico + no sólido	Panasonic, ZA, 100/25	6.3x7.7	30	2000	10 (0.01CV)

¹) Fabricante, nombre de la serie, capacitancia/voltaje

²) calculado para un condensador de 100 μF/10 V,

³) de una hoja de datos de 1976

Estilos de condensadores electrolíticos de aluminio y tantalio

Los condensadores electrolíticos de aluminio constituyen la mayor parte de los condensadores electrolíticos utilizados en electrónica debido a la gran diversidad de tamaños y su producción económica. Los condensadores electrolíticos de tantalio, normalmente utilizados en la versión SMD, tienen una capacitancia específica más alta que los condensadores electrolíticos de aluminio y se utilizan en dispositivos con espacio limitado o diseño plano, como computadoras portátiles. También se utilizan en tecnología militar, principalmente en estilo axial, sellados herméticamente. Los condensadores de chip electrolítico de niobio son un nuevo desarrollo en el mercado y están destinados a reemplazar los condensadores de chip electrolítico de tantalio.

• Diferentes estilos de condensadores electrolíticos de aluminio
• 

  condensadores de chips "V" (vertical) de aluminio electrolítico

• 

  condensadores electrolíticos de aluminio de estilo axial

• 

  Condenadores electrolíticos de aluminio radial o monodo

• 

  Condenador electrolítico de aluminio con terminales "snap-in"

• 

  Condenadores electrolíticos de aluminio con terminales de tornillo

• Diferentes estilos de condensadores electrolíticos de tantalio
• 

  Condenador de SMD equivalente típico

• 

  condensadores de tantalio lacado cortado “pearl”

• 

  Condenadores electrolíticos de estilo axial

Historia

Origen

El fenómeno de que en un proceso electroquímico, el aluminio y metales como tantalio, niobio, manganeso, titanio, zinc, cadmio, etc., pueden formar una capa de óxido que bloquea el flujo de una corriente eléctrica en una dirección pero que permite que la corriente fluya. fluir en dirección opuesta, fue observado por primera vez en 1857 por el físico y químico alemán Johann Heinrich Buff (1805-1878). Fue utilizado por primera vez en 1875 por el investigador y fundador francés Eugène Ducretet, quien acuñó el término "metal de válvula" para tales metales.

Charles Pollak (nacido Karol Pollak), un fabricante de acumuladores, descubrió que la capa de óxido de un ánodo de aluminio permanecía estable en un electrolito neutro o alcalino, incluso cuando se desconectaba la energía. En 1896 presentó una patente para un "condensador líquido eléctrico con electrodos de aluminio" (de: Elektrischer Flüssigkeitskondensator mit Aluminiumelektroden) basado en su idea de utilizar la capa de óxido en un condensador polarizado en combinación con un electrolito neutro o ligeramente alcalino.

"Mojado" condensador de aluminio

Los primeros condensadores electrolíticos fabricados industrialmente consistían en una caja metálica utilizada como cátodo. Se llenó con un electrolito de bórax disuelto en agua, en el que se insertó una placa de ánodo de aluminio plegada. Al aplicar un voltaje CC desde el exterior, se formó una capa de óxido en la superficie del ánodo. La ventaja de estos condensadores era que eran significativamente más pequeños y más baratos que todos los demás condensadores en ese momento en relación con el valor de capacitancia obtenido. Esta construcción con diferentes estilos de construcción de ánodo pero con una carcasa como cátodo y contenedor para el electrolito se utilizó hasta la década de 1930 y se llamó "húmeda". Condensador electrolítico, en el sentido de que tiene un alto contenido de agua.

La primera aplicación más común de los condensadores electrolíticos de aluminio húmedo fue en grandes centrales telefónicas, para reducir el ruido de relé en la fuente de alimentación de 48 voltios CC. El desarrollo de receptores de radio domésticos operados con corriente alterna a finales de la década de 1920 creó una demanda de condensadores de gran capacitancia (para la época) y de alto voltaje para la técnica del amplificador de válvulas, típicamente de al menos 4 microfaradios y con una potencia nominal de alrededor de 500 voltios CC. Había condensadores de papel encerado y película de seda engrasada, pero los dispositivos con ese orden de capacitancia y tensión nominal eran voluminosos y prohibitivamente caros.

Did you mean:

N#34;Dry" aluminum capacitor

El antepasado del condensador electrolítico moderno fue patentado por Samuel Ruben en 1925, quien se asoció con Philip Mallory, el fundador de la compañía de baterías que ahora se conoce como Duracell International. La idea de Rubén adoptó la construcción apilada de un condensador de mica plateada. Introdujo una segunda lámina separada para hacer contacto con el electrolito adyacente a la lámina del ánodo en lugar de utilizar el recipiente lleno de electrolito como cátodo del condensador. La segunda lámina apilada obtuvo su propio terminal además del terminal de ánodo y el contenedor ya no tenía función eléctrica. Este tipo de condensador electrolítico combinado con un electrolito líquido o gel de naturaleza no acuosa, que por tanto es seco en el sentido de tener un contenido de agua muy bajo, pasó a ser conocido como condensador electrolítico "seco". tipo de condensador electrolítico.

Con la invención de Ruben, junto con la invención de las láminas enrolladas separadas con un espaciador de papel en 1927 por A. Eckel de Hydra-Werke (Alemania), comenzó el desarrollo real de los condensadores electrolíticos.

William Dubilier, cuya primera patente para condensadores electrolíticos se presentó en 1928, industrializó las nuevas ideas para los condensadores electrolíticos y comenzó la primera gran producción comercial en 1931 en la fábrica de Cornell-Dubilier (CD) en Plainfield, Nueva Jersey. Al mismo tiempo, en Berlín, Alemania, la empresa "Hydra-Werke", de AEG, inició la producción de condensadores electrolíticos en grandes cantidades. Otro fabricante, Ralph D. Mershon, tuvo éxito en satisfacer la demanda de condensadores electrolíticos del mercado de radio.

En su patente de 1896, Pollak ya reconoció que la capacitancia del condensador aumenta cuando la superficie de la lámina del ánodo se vuelve rugosa. Hoy en día (2014), las láminas de bajo voltaje grabadas electroquímicamente pueden lograr un aumento de superficie de hasta 200 veces en comparación con una superficie lisa. Los avances en el proceso de grabado son la razón de las reducciones dimensionales de los condensadores electrolíticos de aluminio en las últimas décadas.

Para los condensadores electrolíticos de aluminio, las décadas de 1970 a 1990 estuvieron marcadas por el desarrollo de varias series profesionales nuevas específicamente adaptadas a determinadas aplicaciones industriales, por ejemplo con corrientes de fuga muy bajas o con características de larga duración, o para temperaturas más altas de hasta 125ºC. °C.

Condensadores de tantalio

Uno de los primeros condensadores electrolíticos de tantalio fue desarrollado en 1930 por Tansitor Electronic Inc. USA, para fines militares. Se adoptó la construcción básica de una celda enrollada y se utilizó una lámina de ánodo de tantalio junto con una lámina de cátodo de tantalio, separadas con un espaciador de papel impregnado con un electrolito líquido, principalmente ácido sulfúrico, y encapsulado en una caja de plata.

El desarrollo relevante de los condensadores de tantalio de electrolito sólido comenzó algunos años después de que William Shockley, John Bardeen y Walter Houser Brattain inventaran el transistor en 1947. Fue inventado por los Laboratorios Bell a principios de la década de 1950 como un soporte de bajo voltaje miniaturizado y más confiable. condensador para complementar su transistor recién inventado. La solución encontrada por R. L. Taylor y H. E. Haring en Bell Labs a principios de 1950 se basó en la experiencia con la cerámica. Molieron tantalio hasta obtener un polvo, que presionaron hasta darle forma cilíndrica y luego sinterizaron a alta temperatura, entre 1.500 y 2.000 °C, en condiciones de vacío, para producir una pastilla ("babosa").

Estos primeros condensadores de tantalio sinterizados utilizaban un electrolito no sólido, que no se ajusta al concepto de electrónica sólida. En 1952, una búsqueda específica en los laboratorios Bell realizada por D. A. McLean y F. S. Power de un electrolito sólido condujo a la invención del dióxido de manganeso como electrolito sólido para un condensador de tantalio sinterizado.

Aunque los inventos fundamentales provinieron de Bell Labs, los inventos para fabricar condensadores electrolíticos de tantalio comercialmente viables provinieron de investigadores de Sprague Electric Company. Se considera que Preston Robinson, director de investigación de Sprague, fue el verdadero inventor de los condensadores de tantalio en 1954. Su invención contó con el apoyo de R. J. Millard, quien introdujo la "reforma" En 1955 se produjo una mejora significativa en la que el dieléctrico del condensador se reparaba después de cada ciclo de inmersión y conversión de deposición de MnO₂, lo que reducía drásticamente la corriente de fuga de los condensadores terminados.

Aunque los condensadores de tantalio sólido ofrecían condensadores con ESR y valores de corriente de fuga más bajos que los condensadores electrolíticos de aluminio, una crisis de precios del tantalio en 1980 redujo drásticamente las aplicaciones de los condensadores electrolíticos de tantalio, especialmente en la industria del entretenimiento. La industria volvió a utilizar condensadores electrolíticos de aluminio.

Electrolitos sólidos

El primer electrolito sólido de dióxido de manganeso desarrollado en 1952 para condensadores de tantalio tenía una conductividad 10 veces mejor que todos los demás tipos de electrolitos no sólidos. También influyó en el desarrollo de los condensadores electrolíticos de aluminio. En 1964 salieron al mercado los primeros condensadores electrolíticos de aluminio con electrolito sólido (condensador electrolítico SAL), desarrollado por Philips.

Con el inicio de la digitalización, Intel lanzó su primer microordenador, el MCS 4, en 1971. En 1972 Hewlett Packard lanzó una de las primeras calculadoras de bolsillo, la HP 35. Las necesidades de condensadores aumentaron en cuanto a bajar las series equivalentes. Resistencia (ESR) para condensadores de derivación y desacoplamiento.

No fue hasta 1983 cuando Sanyo dio un nuevo paso hacia la reducción de la ESR con su sistema "OS-CON" Condensadores electrolíticos de aluminio. Estos condensadores utilizaban un conductor orgánico sólido, la sal de transferencia de carga TTF-TCNQ (tetracianoquinodimetano), que proporcionaba una mejora de la conductividad de un factor de 10 en comparación con el electrolito de dióxido de manganeso.

El siguiente paso en la reducción de la ESR fue el desarrollo de polímeros conductores por Alan J. Heeger, Alan MacDiarmid y Hideki Shirakawa en 1975. La conductividad de polímeros conductores como el polipirrol (PPy) o PEDOT es mejor que la del TCNQ por un factor de 100 a 500, y cercano a la conductividad de los metales.

En 1991, Panasonic lanzó su serie "SP-Cap", de condensadores electrolíticos de polímero de aluminio. Estos condensadores electrolíticos de aluminio con electrolitos poliméricos alcanzaron valores de ESR muy bajos, directamente comparables a los condensadores cerámicos multicapa (MLCC). Seguían siendo menos costosos que los condensadores de tantalio y, con su diseño plano para portátiles y teléfonos móviles, también competían con los condensadores de chip de tantalio.

Tres años después, siguieron los condensadores electrolíticos de tantalio con cátodo de electrolito de polímero PPy. En 1993, NEC presentó sus condensadores electrolíticos de tantalio de polímero SMD, llamados "NeoCap". En 1997, Sanyo siguió con el proyecto "POSCAP" chips de polímero de tantalio.

Kemet presentó un nuevo polímero conductor para condensadores de polímero de tantalio en la feria "1999 Carts" conferencia. Este condensador utilizó el polímero conductor orgánico PEDT Poly (3,4-etilendioxitiofeno) recientemente desarrollado, también conocido como PEDOT (nombre comercial Baytron®).

Condensadores de niobio

Otra explosión del precio del tantalio en 2000/2001 obligó al desarrollo de condensadores electrolíticos de niobio con electrolito de dióxido de manganeso, que han estado disponibles desde 2002. El niobio es un metal hermano del tantalio y sirve como metal de válvula que genera una capa de óxido durante la oxidación anódica.. El niobio como materia prima es mucho más abundante en la naturaleza que el tantalio y es menos costoso. Fue la cuestión de la disponibilidad del metal base a finales de los años 1960 lo que llevó al desarrollo y la implementación de condensadores electrolíticos de niobio en la antigua Unión Soviética en lugar de condensadores de tantalio como en Occidente. Los materiales y procesos utilizados para producir condensadores dieléctricos de niobio son esencialmente los mismos que los de los condensadores dieléctricos de tantalio existentes. Las características de los condensadores electrolíticos de niobio y los condensadores electrolíticos de tantalio son aproximadamente comparables.

Electrolitos a base de agua

Con el objetivo de reducir la ESR para condensadores electrolíticos no sólidos y económicos, a partir de mediados de la década de 1980 en Japón, se desarrollaron nuevos electrolitos a base de agua para condensadores electrolíticos de aluminio. El agua es económica, es un disolvente eficaz para los electrolitos y mejora significativamente la conductividad del electrolito. El fabricante japonés Rubycon fue líder en el desarrollo de nuevos sistemas de electrolitos a base de agua con conductividad mejorada a finales de los años 1990. La nueva serie de condensadores electrolíticos no sólidos con electrolito a base de agua se describió en las hojas de datos como de "baja ESR", "baja impedancia" y "ultrabaja impedancia". #34; o "corriente de alta ondulación".

Desde 1999 hasta al menos 2010, una receta robada para un electrolito a base de agua, en el que faltaban estabilizadores importantes, provocó el problema generalizado de las "tapas defectuosas" (condensadores electrolíticos defectuosos), fugas u ocasionalmente estallidos en computadoras, fuentes de alimentación y otros equipos electrónicos, lo que se conoció como la "plaga de los condensadores". En estos condensadores electrolíticos, el agua reacciona de forma bastante agresiva con el aluminio, lo que se acompaña de una fuerte generación de calor y gas en el condensador, lo que provoca fallos prematuros del equipo y el desarrollo de una industria de reparación artesanal.

Características eléctricas

Circuito equivalente en serie

Las características eléctricas de los condensadores están armonizadas por la especificación genérica internacional IEC 60384-1. En esta norma, las características eléctricas de los condensadores se describen mediante un circuito equivalente en serie idealizado con componentes eléctricos que modelan todas las pérdidas óhmicas y los parámetros capacitivos e inductivos de un condensador electrolítico:

• C, la capacitancia del condensador
• R_ESR, la resistencia de serie equivalente que resume todas las pérdidas ohmicas del condensador, generalmente abreviado como "ESR"
• L_ESL, la inductancia de la serie equivalente que es la autoinductancia efectiva del condensador, generalmente abreviado como "ESL".
• R_filtración, la resistencia que representa la corriente de fuga del condensador

Capacitancia, valores estándar y tolerancias

Las características eléctricas de los condensadores electrolíticos dependen de la estructura del ánodo y del electrolito utilizado. Esto influye en el valor de capacitancia de los condensadores electrolíticos, que depende de la frecuencia de medición y la temperatura. Los condensadores electrolíticos con electrolitos no sólidos muestran una aberración más amplia en rangos de frecuencia y temperatura que los condensadores con electrolitos sólidos.

La unidad básica de la capacitancia de un condensador electrolítico es el microfaradio (μF). El valor de capacitancia especificado en las hojas de datos de los fabricantes se llama capacitancia nominal C_R o capacitancia nominal C_N y es el valor para el cual ha sido diseñado el capacitor.

La condición de medición estandarizada para condensadores electrolíticos es un método de medición de CA con 0,5 V a una frecuencia de 100/120 Hz a una temperatura de 20 °C. Para los condensadores de tantalio, durante la medición se puede aplicar una tensión de polarización de CC de 1,1 a 1,5 V para los tipos con una tensión nominal ≤2,5 V, o de 2,1 a 2,5 V para los tipos con una tensión nominal >2,5 V para evitar la tensión inversa.

El valor de capacitancia medido a la frecuencia de 1 kHz es aproximadamente un 10 % menor que el valor de 100/120 Hz. Por lo tanto, los valores de capacitancia de los capacitores electrolíticos no son directamente comparables y difieren de los de los capacitores de película o de los capacitores cerámicos, cuya capacitancia se mide a 1 kHz o más.

Medido con un método de medición de CA a 100/120 Hz, el valor de capacitancia es el valor más cercano a la carga eléctrica almacenada en los e-caps. La carga almacenada se mide con un método de descarga especial y se denomina capacitancia CC. La capacitancia de CC es aproximadamente un 10 % mayor que la capacitancia de CA de 100/120 Hz. La capacitancia de CC es de interés para aplicaciones de descarga como flash fotográfico.

El porcentaje de desviación permitida de la capacitancia medida respecto del valor nominal se denomina tolerancia de capacitancia. Los condensadores electrolíticos están disponibles en diferentes series de tolerancia, cuyos valores se especifican en la serie E especificada en IEC 60063. Para marcado abreviado en espacios reducidos, se especifica un código de letras para cada tolerancia en IEC 60062.

• capacitancia nominal, serie E3, tolerancia ±20%, código de letra "M"
• capacitancia nominal, serie E6, tolerancia ±20%, código de letra "M"
• capacitancia nominal, serie E12, tolerancia ±10%, código de letra "K"

La tolerancia de capacitancia requerida está determinada por la aplicación particular. Los condensadores electrolíticos, que a menudo se utilizan para filtrado y derivación, no necesitan tolerancias estrechas porque en su mayoría no se utilizan para aplicaciones de frecuencia precisas como en los osciladores.

Tensión nominal y de categoría

En referencia a la norma IEC/EN 60384-1, la tensión de funcionamiento permitida para condensadores electrolíticos se denomina "tensión nominal U_R" o "tensión nominal U_N". La tensión nominal U_R es la tensión CC máxima o la tensión de pulso pico que se puede aplicar de forma continua a cualquier temperatura dentro del rango de temperatura nominal T_R.

La resistencia al voltaje de los condensadores electrolíticos disminuye al aumentar la temperatura. Para algunas aplicaciones es importante utilizar un rango de temperatura más alto. Reducir el voltaje aplicado a una temperatura más alta mantiene los márgenes de seguridad. Por lo tanto, para algunos tipos de condensadores, el estándar IEC especifica una "tensión de temperatura reducida" para una temperatura más alta, la "categoría de voltaje U_C". El voltaje de categoría es el voltaje de CC máximo o voltaje de pulso máximo que se puede aplicar continuamente a un capacitor a cualquier temperatura dentro del rango de temperatura de categoría T_C. La relación entre ambos voltajes y temperaturas se muestra en la imagen de la derecha.

Aplicar un voltaje superior al especificado puede destruir los condensadores electrolíticos.

Aplicar un voltaje más bajo puede tener una influencia positiva en los condensadores electrolíticos. En el caso de los condensadores electrolíticos de aluminio, una tensión aplicada más baja puede, en algunos casos, prolongar la vida útil. Para los condensadores electrolíticos de tantalio, reducir el voltaje aplicado aumenta la confiabilidad y reduce la tasa de falla esperada. I

Sobretensión

La sobretensión indica el valor máximo de tensión pico que se puede aplicar a los condensadores electrolíticos durante su aplicación durante un número limitado de ciclos. La sobretensión está estandarizada en IEC/EN 60384-1. Para los condensadores electrolíticos de aluminio con una tensión nominal de hasta 315 V, la sobretensión es 1,15 veces la tensión nominal, y para los condensadores con una tensión nominal superior a 315 V, la sobretensión es 1,10 veces la tensión nominal.

Para los condensadores electrolíticos de tantalio, la sobretensión puede ser 1,3 veces la tensión nominal, redondeada al voltio más cercano. La sobretensión aplicada a los condensadores de tantalio puede influir en la tasa de falla del condensador.

Tensión transitoria

Los condensadores electrolíticos de aluminio con electrolito no sólido son relativamente insensibles a voltajes transitorios altos y de corto plazo superiores a la sobretensión, si la frecuencia y el contenido de energía de los transitorios son bajos. Esta capacidad depende del voltaje nominal y del tamaño del componente. Los voltajes transitorios de baja energía conducen a una limitación de voltaje similar a la de un diodo zener. No es posible una especificación general e inequívoca de transitorios tolerables o tensiones máximas. En todos los casos que surjan transitorios, la solicitud debe aprobarse con mucho cuidado.

Los condensadores electrolíticos con óxido de manganeso sólido o electrolito de polímero, y los condensadores electrolíticos de aluminio y tantalio no pueden soportar transitorios o voltajes máximos superiores al voltaje de sobretensión. Los transitorios pueden destruir este tipo de condensador electrolítico.

Tensión inversa

Los condensadores electrolíticos estándar y los condensadores electrolíticos de aluminio, tantalio y niobio están polarizados y generalmente requieren que el voltaje del electrodo del ánodo sea positivo en relación con el voltaje del cátodo.

Sin embargo, los condensadores electrolíticos pueden soportar durante breves instantes una tensión inversa durante un número limitado de ciclos. Específicamente, los capacitores electrolíticos de aluminio con electrolito no sólido pueden soportar un voltaje inverso de aproximadamente 1 V a 1,5 V. Este voltaje inverso nunca debe usarse para determinar el voltaje inverso máximo bajo el cual se puede usar un capacitor de forma permanente.

Los condensadores de tantalio sólidos también pueden soportar voltajes inversos durante períodos cortos. Las pautas más comunes para el voltaje inverso de tantalio son:

• 10 % de tensión nominal a un máximo de 1 V a 25 °C,
• 3 % de tensión nominal a un máximo de 0,5 V a 85 °C,
• 1 % de tensión nominal a un máximo de 0.1 V a 125 °C.

Estas pautas se aplican para excursiones cortas y nunca deben usarse para determinar el voltaje inverso máximo bajo el cual se puede usar un capacitor de forma permanente.

Pero en ningún caso, tanto para los condensadores electrolíticos de aluminio como para los de tantalio y niobio, se podrá utilizar una tensión inversa para una aplicación de CA permanente.

Para minimizar la probabilidad de que un electrolítico polarizado se inserte incorrectamente en un circuito, la polaridad debe indicarse muy claramente en la caja; consulte la sección sobre marcado de polaridad a continuación.

Se encuentran disponibles condensadores electrolíticos de aluminio bipolares especiales diseñados para funcionamiento bipolar, y generalmente se denominan condensadores "no polarizados" o "bipolar" tipos En estos, los condensadores tienen dos láminas anódicas con capas de óxido de espesor total conectadas en polaridad inversa. En las mitades alternas de los ciclos de CA, uno de los óxidos de la lámina actúa como dieléctrico de bloqueo, evitando que la corriente inversa dañe el electrolito del otro. Pero estos condensadores electrolíticos bipolares no son adecuados para aplicaciones principales de CA en lugar de condensadores de potencia con película de polímero metalizado o dieléctrico de papel.

Impedancia

En general, un condensador se considera un componente de almacenamiento de energía eléctrica. Pero esta es sólo una aplicación del condensador. Un condensador también puede actuar como resistencia de CA. Los condensadores electrolíticos de aluminio, en particular, se utilizan a menudo como condensadores de desacoplamiento para filtrar o derivar frecuencias de CA no deseadas a tierra o para el acoplamiento capacitivo de señales de audio de CA. Entonces el dieléctrico se usa solo para bloquear CC. Para tales aplicaciones, la impedancia (resistencia de CA) es tan importante como el valor de la capacitancia.

La impedancia Z es la suma vectorial de reactancia y resistencia; describe la diferencia de fase y la relación de amplitudes entre el voltaje que varía sinusoidalmente y la corriente que varía sinusoidalmente a una frecuencia determinada. En este sentido, la impedancia es una medida de la capacidad del condensador para pasar corrientes alternas y puede usarse como la ley de Ohm.

Z=u^ ^ ı ı ^ ^ =UeffIeff.{displaystyle Z={frac {fnh} {fnh} {fnh00} {fnh00} {fnh} {fnh00}} {fn0}} {fn0fnh00}} {fnh}} {fnH00fnH00}} {fnH00fnH00fnH00fnh}} {fnH00fnH00fnh}}}fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00}}}}}}}}} {fnH00fnH00fnH00}}}}}} {fnH00fnH00fnfnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnH00fnh}}}}}}}} ¿Qué? } {I_{mathrm {eff}}}}}

En otras palabras, la impedancia es una resistencia de CA dependiente de la frecuencia y posee magnitud y fase en una frecuencia particular.

En las hojas de datos de los condensadores electrolíticos sólo se especifica la magnitud de impedancia |Z|, y se escribe simplemente como "Z". Respecto a IEC/ Según la norma EN 60384-1, los valores de impedancia de los condensadores electrolíticos se miden y especifican a 10 kHz o 100 kHz dependiendo de la capacitancia y el voltaje del condensador.

Además de medir, la impedancia se puede calcular utilizando los componentes idealizados del circuito equivalente en serie de un capacitor, incluido un capacitor ideal C y una resistencia ESR. y una inductancia ESL. En este caso la impedancia a la frecuencia angular ω viene dada por la suma geométrica (compleja) de ESR, por una reactancia capacitiva X_C

XC=− − 1⋅ ⋅ C{displaystyle X_{C}=-{frac {1}{omega C}

y por una reactancia inductiva X_L (Inductancia)

XL=⋅ ⋅ LESL{displaystyle X_{L}=omega L_{mathrm {ESL}.

Entonces Z está dado por

Z=ESR2+()XC+()− − XL))2{displaystyle Z={sqrt ################################################################################################################################################################################################################################################################ {C}+(-X_{mathrm {L})} {2}}}}}.

En el caso especial de resonancia, en el que ambas resistencias reactivas X_C y X_L tienen el mismo valor (X_C=X_L), entonces la impedancia solo será determinada por ESR. Con frecuencias superiores a la frecuencia de resonancia, la impedancia vuelve a aumentar debido al ESL del condensador. El condensador se convierte en un inductor.

ESR y factor de disipación tan δ

• Impedancia típica y curvas ESR como función de frecuencia y temperatura
• 

  Impedancia típica y ESR como función de frecuencia

• 

  Impedancia típica como función de la temperatura

La resistencia en serie equivalente (ESR) resume todas las pérdidas resistivas del condensador. Estas son las resistencias terminales, la resistencia de contacto del electrodo, la resistencia de línea de los electrodos, la resistencia del electrolito y las pérdidas dieléctricas en la capa de óxido dieléctrico.

Did you mean:

For electrolytic capacitors, EAT generally decreases with increasing frequency and temperature.

ESR influye en la ondulación de CA superpuesta después del suavizado y puede influir en la funcionalidad del circuito. Dentro del capacitor, ESR representa la generación interna de calor si una corriente ondulada fluye a través del capacitor. Este calor interno reduce la vida útil de los condensadores electrolíticos de aluminio no sólidos y afecta la confiabilidad de los condensadores electrolíticos de tantalio sólidos.

Para los condensadores electrolíticos, por razones históricas, a veces se especifica en la hoja de datos el factor de disipación tan δ en lugar del ESR. El factor de disipación está determinado por la tangente del ángulo de fase entre la reactancia capacitiva X_C menos la reactancia inductiva X_L y el ESR. Si la inductancia ESL es pequeña, el factor de disipación se puede aproximar como:

#⁡ ⁡ δ δ =ESR⋅ ⋅ ⋅ ⋅ C{displaystyle tan delta = {mbox{ESR}cdot omega C}

El factor de disipación se utiliza para condensadores con pérdidas muy bajas en circuitos determinantes de frecuencia donde el valor recíproco del factor de disipación se llama factor de calidad (Q), que representa el ancho de banda de un resonador.

Corriente ondulada

"Corriente ondulada" es el valor RMS de una corriente CA superpuesta de cualquier frecuencia y cualquier forma de onda de la curva de corriente para funcionamiento continuo dentro del rango de temperatura especificado. Surge principalmente en fuentes de alimentación (incluidas las fuentes de alimentación de modo conmutado) después de rectificar una tensión alterna y fluye como corriente de carga y descarga a través de cualquier condensador de desacoplamiento y filtrado.

Las corrientes onduladas generan calor dentro del cuerpo del condensador. Esta pérdida de potencia de disipación P_L es causada por ESR y es el valor al cuadrado de la corriente de ondulación efectiva (RMS) I_R.

PL=IR2⋅ ⋅ ESR{displaystyle P_{L}=I_{R} {2}cdot ESR}

Este calor generado internamente, adicional a la temperatura ambiente y posiblemente a otras fuentes de calor externas, conduce a que la temperatura del cuerpo del condensador tenga una diferencia de temperatura de Δ T con respecto a la ambiental. Este calor debe distribuirse como pérdidas térmicas P_th sobre la superficie del condensador A y la resistencia térmica β al ambiente.

Pth=Δ Δ T⋅ ⋅ A⋅ ⋅ β β {displaystyle P_{th}= Delta Tcdot Acdot beta }

El calor generado internamente debe distribuirse al ambiente mediante radiación térmica, convección y conducción térmica. La temperatura del capacitor, que es la diferencia neta entre el calor producido y el calor disipado, no debe exceder la temperatura máxima especificada del capacitor.

La corriente de ondulación se especifica como un valor efectivo (RMS) a 100 o 120 Hz o a 10 kHz a una temperatura de categoría superior. Las corrientes onduladas no sinusoidales deben analizarse y separarse en sus frecuencias sinusoidales individuales mediante el análisis de Fourier y resumirse mediante la suma al cuadrado de las corrientes individuales.

IR=i12+i22+i32+in2{displaystyle I_{R}={sqrt {fn}} {fn}}}} {c}}}}}}} {c}}}}}} {c}}}}}}}}} {c}}}}}} {c}}}}}}} {c}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}} {}}}}}}} {}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}

En los condensadores electrolíticos no sólidos, el calor generado por la corriente ondulada provoca la evaporación de los electrolitos, acortando la vida útil de los condensadores. Superar el límite tiende a provocar una falla explosiva.

En los condensadores electrolíticos de tantalio sólido con electrolito de dióxido de manganeso, el calor generado por la corriente ondulada afecta la confiabilidad de los condensadores. Superar el límite tiende a provocar un fallo catastrófico, un cortocircuito y quemaduras visibles.

El calor generado por la corriente ondulada también afecta la vida útil de los condensadores electrolíticos de aluminio y tantalio con electrolitos de polímero sólido. Superar el límite tiende a provocar un fallo catastrófico, es decir, un cortocircuito.

Corriente de sobretensión, pico o pulso

Los condensadores electrolíticos de aluminio con electrolitos no sólidos normalmente se pueden cargar hasta el voltaje nominal sin ninguna limitación de sobretensión, pico o pulso de corriente. Esta propiedad es el resultado de la movilidad limitada de los iones en el electrolito líquido, que ralentiza la rampa de voltaje a través del dieléctrico, y de la ESR del capacitor. Sólo la frecuencia de los picos integrados en el tiempo no debe exceder la corriente de rizado máxima especificada.

Los condensadores electrolíticos de tantalio sólido con electrolito de dióxido de manganeso o electrolito de polímero se dañan por corrientes máximas o de pulso. Los condensadores de tantalio sólido que están expuestos a sobretensiones, picos o impulsos de corriente, por ejemplo, en circuitos altamente inductivos, deben usarse con una reducción de voltaje. Si es posible, el perfil de voltaje debe ser una rampa de encendido, ya que esto reduce la corriente máxima experimentada por el capacitor.

Corriente de fuga

Para los condensadores electrolíticos, la corriente de fuga de CC (DCL) es una característica especial que otros condensadores convencionales no tienen. Esta corriente está representada por la resistencia R_fuga en paralelo con el condensador en el circuito equivalente en serie de los condensadores electrolíticos.

Las razones de la corriente de fuga son diferentes entre los condensadores electrolíticos con electrolito no sólido y sólido o, más comunes, para condensadores "húmedos" aluminio y para "sólido" condensadores electrolíticos de tantalio con electrolito de dióxido de manganeso, así como condensadores electrolíticos con electrolitos poliméricos. Para los condensadores electrolíticos de aluminio no sólidos, la corriente de fuga incluye todas las imperfecciones debilitadas del dieléctrico causadas por procesos químicos no deseados que tienen lugar durante el tiempo sin voltaje aplicado (tiempo de almacenamiento) entre ciclos operativos. Estos procesos químicos no deseados dependen del tipo de electrolito. Los electrolitos a base de agua son más agresivos para la capa de óxido de aluminio que los electrolitos a base de líquidos orgánicos. Esta es la razón por la que las diferentes series de condensadores electrolíticos especifican diferentes tiempos de almacenamiento sin reformar.

Aplicar un voltaje positivo a un electrodo "mojado" El condensador provoca un proceso de reformado (autocuración) que repara todas las capas dieléctricas debilitadas y la corriente de fuga permanece en un nivel bajo.

Aunque la corriente de fuga de los condensadores electrolíticos no sólidos es mayor que el flujo de corriente a través del dieléctrico en los condensadores cerámicos o de película, la autodescarga de los condensadores electrolíticos no sólidos modernos con electrolitos orgánicos tarda varias semanas.

Las principales causas de DCL para condensadores de tantalio sólido incluyen falla eléctrica del dieléctrico; caminos conductores debido a impurezas o mala anodización; y derivación del dieléctrico debido al exceso de dióxido de manganeso, a vías de humedad o a conductores catódicos (carbono, plata). Esta situación "normal" La corriente de fuga en los condensadores de electrolitos sólidos no se puede reducir mediante la "curación", porque en condiciones normales los electrolitos sólidos no pueden proporcionar oxígeno para los procesos de formación. Esta afirmación no debe confundirse con el proceso de autocuración durante la cristalización del campo; consulte a continuación Confiabilidad (índice de fallas).

La especificación de la corriente de fuga en las hojas de datos a menudo se da como multiplicación del valor de capacitancia nominal C_R por el valor de la tensión nominal U_R junto con una cifra adicional, medida después de un tiempo de medición de dos o cinco minutos, por ejemplo:

ILeak=0,01AV⋅ ⋅ F⋅ ⋅ UR⋅ ⋅ CR+3μ μ A{displaystyle I_{mathrm {Leak} }=0{,}01,mathrm {{A} over {Vcdot F} cdot U_{mathrm {R}cdot C_{mathrm {R}+3,mathrm {mu} A}

El valor de la corriente de fuga depende del voltaje aplicado, de la temperatura del capacitor y del tiempo de medición. La corriente de fuga en los condensadores electrolíticos de tantalio sólidos de MnO₂ generalmente cae mucho más rápido que en los condensadores electrolíticos no sólidos, pero permanece en el nivel alcanzado.

Absorción dieléctrica (remojo)

La absorción dieléctrica se produce cuando un condensador que ha permanecido cargado durante mucho tiempo se descarga sólo de forma incompleta cuando se descarga brevemente. Aunque un capacitor ideal alcanzaría cero voltios después de la descarga, los capacitores reales desarrollan un pequeño voltaje debido a la descarga dipolar retardada, un fenómeno que también se llama relajación dieléctrica, "remojo" o "acción de la batería".

Valores de absorción dieléctrica para algunos condensadores usados a menudo

Tipo de condensador	Absorción eléctrica
condensadores electrolíticos de Tantalum con electrolito sólido	2 a 3%, 10%
condensador electrolítico de aluminio con electrolito no sólido	10 a 15%

La absorción dieléctrica puede ser un problema en circuitos donde se utilizan corrientes muy pequeñas en la función de un circuito electrónico, como integradores de constante de tiempo prolongado o circuitos de muestreo y retención. En la mayoría de las aplicaciones de condensadores electrolíticos que soportan líneas de suministro de energía, la absorción dieléctrica no es un problema.

Pero especialmente para los condensadores electrolíticos con voltaje nominal alto, el voltaje en los terminales generado por la absorción dieléctrica puede representar un riesgo de seguridad para el personal o los circuitos. Para evitar descargas eléctricas, la mayoría de los condensadores muy grandes se envían con cables de cortocircuito que deben retirarse antes de utilizarlos.

Características operativas

Fiabilidad (índice de fallos)

La confiabilidad de un componente es una propiedad que indica cuán confiablemente este componente realiza su función en un intervalo de tiempo. Está sujeto a un proceso estocástico y puede describirse cualitativa y cuantitativamente; no es directamente mensurable. La confiabilidad de los capacitores electrolíticos se determina empíricamente identificando la tasa de fallas en la producción que acompañan las pruebas de resistencia; consulte Ingeniería de confiabilidad.

La confiabilidad normalmente se muestra como una curva de bañera y se divide en tres áreas: fallas tempranas o fallas por mortalidad infantil, fallas aleatorias constantes y fallas por desgaste. Las fallas totalizadas en una tasa de fallas son fallas de cortocircuito, circuito abierto y degradación (exceso de parámetros eléctricos).

La predicción de confiabilidad se expresa generalmente en una tasa de falla λ, abreviada FIT (Failures In Ttiempo). Esta es la cantidad de fallas que se pueden esperar en mil millones (10⁹) horas de funcionamiento de componentes (por ejemplo, 1000 componentes por 1 millón de horas o 1 millón de componentes por 1000 horas, lo que equivale a 1 ppm). /1000 horas) en condiciones de trabajo fijas durante el período de fallas aleatorias constantes. Este modelo de tasa de fracaso asume implícitamente la idea de "fallo aleatorio". Los componentes individuales fallan en momentos aleatorios pero a un ritmo predecible.

Se necesitarían miles de millones de unidades-hora de condensadores probados para establecer tasas de falla en el rango de nivel muy bajo que se requiere hoy en día para garantizar la producción de grandes cantidades de componentes sin fallas. Esto requiere alrededor de un millón de unidades durante un largo período de tiempo, lo que significa mucho personal y una financiación considerable. Las tasas de fallas probadas a menudo se complementan con cifras resultantes de la retroalimentación sobre el terreno de los principales clientes (tasa de fallas en el campo), lo que en la mayoría de los casos resulta en una tasa de fallas más baja que la probada.

El valor recíproco de FIT es el tiempo medio entre fallas (MTBF).

Las condiciones de funcionamiento estándar para las pruebas FIT son 40 °C y 0,5 U_R. Para otras condiciones de voltaje aplicado, carga de corriente, temperatura, valor de capacitancia, resistencia del circuito (para capacitores de tantalio), influencias mecánicas y humedad, la cifra FIT se puede convertir con factores de aceleración estandarizados para aplicaciones industriales o militares. Cuanto mayor sea la temperatura y la tensión aplicada, mayor será la tasa de fallos, por ejemplo.

La fuente más citada para la conversión de tasas de fallas es MIL-HDBK-217F, la "biblia" de los cálculos de tasas de fallas para componentes electrónicos. SQC Online, la calculadora estadística en línea para muestreo de aceptación y control de calidad, proporciona una herramienta en línea para realizar exámenes breves con el fin de calcular valores de tasa de falla determinados para condiciones de aplicación determinadas.

Algunos fabricantes pueden tener sus propias tablas de cálculo FIT para condensadores de tantalio. o para condensadores de aluminio

Para los condensadores de tantalio, la tasa de fallo suele especificarse a 85 °C y la tensión nominal U_R como condiciones de referencia y se expresa como porcentaje de componentes defectuosos por cada mil horas (n %/1000 h). Es decir, “n” número de componentes fallidos cada 10⁵ horas, o en FIT, el valor diez mil veces mayor cada 10⁹ horas.

Los condensadores de tantalio son ahora componentes muy fiables. La mejora continua en las tecnologías de condensadores y polvo de tantalio ha dado como resultado una reducción significativa en la cantidad de impurezas que anteriormente causaban la mayoría de fallas de cristalización en campo. Los condensadores de tantalio producidos industrialmente disponibles comercialmente ahora han alcanzado como productos estándar el alto estándar MIL "C" nivel, que es 0,01 %/1000 h a 85 °C y U_R o 1 fallo cada 10⁷ horas a 85 °C y U_R >. Convertido a FIT con los factores de aceleración provenientes de MIL HDKB 217F a 40 °C y 0,5, U_R es la tasa de falla. Para un condensador de chip de tantalio de 100 µF/25 V utilizado con una resistencia en serie de 0,1 Ω, la tasa de falla es 0,02 FIT.

Los condensadores electrolíticos de aluminio no utilizan una especificación en "% por 1000 h a 85 °C y U_R". Utilizan la especificación FIT con 40 °C y 0,5 U_R como condiciones de referencia. Los condensadores electrolíticos de aluminio son componentes muy fiables. Las cifras publicadas muestran tasas FIT para tipos de bajo voltaje (6,3…160 V) en el rango de 1 a 20 FIT y para tipos de alto voltaje (>160…550 V) tasas FIT en el rango de 20 a 200 FIT. Las tasas de falla en el campo para las tapas electrónicas de aluminio están en el rango de 0,5 a 20 FIT.

Las cifras publicadas muestran que tanto los tipos de condensadores de tantalio como los de aluminio son componentes confiables, comparables con otros componentes electrónicos y que logran un funcionamiento seguro durante décadas en condiciones normales. Pero existe una gran diferencia en el caso de fallas por desgaste. Los condensadores electrolíticos con electrolito no sólido tienen un período limitado de fallas aleatorias constantes hasta el momento en que comienzan las fallas por desgaste. El período de tasa de falla aleatoria constante corresponde a la vida útil o vida útil de los capacitores electrolíticos de aluminio "húmedos".

Vida útil

La vida útil, vida útil, vida de carga o vida útil de los capacitores electrolíticos es una característica especial de los capacitores electrolíticos de aluminio no sólidos, cuyo electrolito líquido puede evaporarse con el tiempo. Bajar el nivel de electrolito afecta los parámetros eléctricos de los condensadores. La capacitancia disminuye y la impedancia y la ESR aumentan al disminuir la cantidad de electrolito. Este secado muy lento del electrolito depende de la temperatura, la carga de corriente de rizado aplicada y el voltaje aplicado. Cuanto más bajos sean estos parámetros en comparación con sus valores máximos, mayor será la “vida” del condensador. El punto de “fin de vida” se define por la aparición de fallas por desgaste o fallas por degradación cuando la capacitancia, la impedancia, la ESR o la corriente de fuga exceden sus límites de cambio especificados.

La vida útil es una especificación de un conjunto de condensadores probados y ofrece una expectativa del comportamiento de tipos similares. Esta definición de vida útil corresponde al tiempo de la tasa de falla aleatoria constante en la curva de la bañera.

Pero incluso después de exceder los límites especificados y de que los condensadores hayan llegado a su “fin de vida”, el circuito electrónico no está en peligro inmediato; sólo se reduce la funcionalidad de los condensadores. Con los altos niveles de pureza actuales en la fabricación de condensadores electrolíticos, no es de esperar que se produzcan cortocircuitos después del final de su vida útil con una evaporación progresiva combinada con una degradación de los parámetros.

La vida útil de los condensadores electrolíticos de aluminio no sólidos se especifica en términos de “horas por temperatura”, como "2000 h/105 °C". Con esta especificación, la vida útil en condiciones operativas se puede estimar mediante fórmulas especiales o gráficos especificados en las hojas de datos de fabricantes serios. Usan diferentes formas de especificación, algunos dan fórmulas especiales, otros especifican el cálculo de la vida útil de sus e-caps con gráficos que consideran la influencia del voltaje aplicado. El principio básico para calcular el tiempo en condiciones operativas es la llamada "regla de los 10 grados".

Esta regla también se conoce como regla de Arrhenius. Caracteriza el cambio de velocidad de reacción térmica. Por cada 10 °C menos de temperatura, la evaporación se reduce a la mitad. Esto significa que por cada 10 °C de reducción de temperatura, la vida útil de los condensadores se duplica. Si la especificación de vida útil de un condensador electrolítico es, por ejemplo, 2000 h/105 °C, la vida útil del condensador a 45 °C se puede "calcular" en 128.000 horas (es decir, aproximadamente 15 años) utilizando los 10 -regla-de-grados.

Sin embargo, los condensadores electrolíticos de polímero sólido y los condensadores electrolíticos de aluminio, tantalio y niobio también tienen una especificación de vida útil. El electrolito polimérico presenta un pequeño deterioro de la conductividad causado por la degradación térmica del polímero conductor. La conductividad eléctrica disminuye en función del tiempo, de acuerdo con una estructura de tipo metálico granular, en la que el envejecimiento se debe a la contracción de los granos de polímero conductor. La vida útil de los condensadores electrolíticos de polímero se especifica en términos similares a los de los condensadores electrolíticos no sólidos, pero su cálculo de vida útil sigue otras reglas, lo que lleva a vidas operativas mucho más largas.

Los condensadores electrolíticos de tantalio con electrolito sólido de dióxido de manganeso no presentan fallos por desgaste, por lo que no tienen una especificación de vida útil en el sentido de los condensadores electrolíticos de aluminio no sólidos. Además, los condensadores de tantalio con electrolito no sólido, los "tántalos húmedos", no tienen una especificación de vida útil porque están sellados herméticamente.

Modos de fallo, mecanismo de autorreparación y reglas de aplicación

Los diferentes tipos de condensadores electrolíticos exhiben diferentes comportamientos eléctricos a largo plazo, modos de falla intrínsecos y mecanismos de autorreparación. Se especifican reglas de aplicación para tipos con un modo de falla intrínseco para garantizar capacitores con alta confiabilidad y larga vida útil.

Comportamiento eléctrico a largo plazo, modos de falla, mecanismo de auto-sanación y reglas de aplicación de los diferentes tipos de condensadores electrolíticos

Tipo de condensadores electrolíticos	A largo plazo Comportamiento eléctrico	Modos de fracaso	Auto-sanación mecanismo	Aplicación reglas
Condenadores electrolíticos de aluminio, electrolito no sólido	Secando con el tiempo, disminución de la capacitancia, ESR increases	no único determinable	Nuevo óxido generado (formando) aplicando un voltaje	Vida cálculo
Condenadores electrolíticos de aluminio, electrolito de polímero sólido	Deterioro de la conductividad, ESR increases	no único determinable	Aislamiento de fallas en la dieléctrica por oxidación o evaporación del electrolito de polímero	Vida cálculo
condensadores electrolíticos de Tantalum, sólido MnO2 electrolito	Stable	Cristalización de campo	Thermally inducida aislante de fallas en la dielectricidad por oxidación del MnO electrolito2 aislante MnO2O3 si la disponibilidad actual es limitada	Voltaje desgarrando 50% Resistencia serie 3 Ω/V
condensadores electrolíticos de Tantalum, electrolito de polímero sólido	Deterioro de la conductividad, ESR increases	Cristalización de campo	Aislamiento de fallas en la dieléctrica por oxidación o evaporación del electrolito de polímero	Voltaje desgarrando 20 %
condensadores electrolíticos de niobio, sólido MnO2 electrolito	Stable	no único determinable	Aislamiento inducido de las fallas en la dieléctrica por oxidación de Nb2O5 aislante NbO2	Ungido de niobio: voltaje derrumbando 50% Ánodo de óxido de niobio: tensión de descomposición 20 %
condensadores electrolíticos de niobio, electrolito de polímero sólido	Deterioro de la conductividad, ESR increases	no único determinable	Aislamiento de fallas en la dieléctrica por oxidación o evaporación del electrolito de polímero	Ungido de niobio: voltaje derrumbando 50% Ánodo de óxido de niobio: tensión de descomposición 20 %
Condenadores electrolíticos de aluminio híbrido, polímero sólido + electrolito no sólido	Deterioro de la conductividad, secando con el tiempo, disminución de la capacitancia, ESR increases	no único determinable	Nuevo óxido generado (formando) aplicando un voltaje	Vida cálculo

Rendimiento después del almacenamiento

Todos los condensadores electrolíticos están "envejecidos" durante la fabricación aplicando la tensión nominal a alta temperatura durante un tiempo suficiente para reparar todas las grietas y debilidades que puedan haber ocurrido durante la producción. Sin embargo, puede ocurrir un problema particular con los modelos de aluminio no sólido después del almacenamiento o períodos sin energía. Los procesos químicos (corrosión) pueden debilitar la capa de óxido, lo que puede provocar una mayor corriente de fuga. La mayoría de los sistemas electrolíticos modernos son químicamente inertes y no presentan problemas de corrosión, incluso después de tiempos de almacenamiento de dos años o más. Los condensadores electrolíticos no sólidos que utilizan disolventes orgánicos como GBL como electrolito no tienen problemas de alta corriente de fuga después de un almacenamiento prolongado. Se pueden conservar hasta 10 años sin problemas

Los tiempos de almacenamiento se pueden probar mediante pruebas de vida útil aceleradas, que requieren almacenamiento sin voltaje aplicado a la temperatura de categoría superior durante un período determinado, generalmente 1000 horas. Esta prueba de vida útil es un buen indicador de la estabilidad química y de la capa de óxido, porque todas las reacciones químicas se aceleran con temperaturas más altas. Casi todas las series comerciales de condensadores electrolíticos no sólidos superan la prueba de vida útil de 1000 horas. Sin embargo, muchas series se especifican sólo para dos años de almacenamiento. Esto también garantiza la soldabilidad de los terminales.

Para equipos de radio antiguos o condensadores electrolíticos fabricados en la década de 1970 o antes, el "preacondicionamiento" puede ser apropiado. Esto se realiza aplicando el voltaje nominal al capacitor a través de una resistencia en serie de aproximadamente 1 kΩ durante una hora, lo que permite que la capa de óxido se repare a sí misma mediante la autocuración. Los condensadores que no cumplen con los requisitos de corriente de fuga después del preacondicionamiento pueden haber experimentado daños mecánicos.

Los condensadores electrolíticos con electrolitos sólidos no tienen requisitos de preacondicionamiento.

Información adicional

Símbolos de condensadores

Símbolos de condensadores electrolíticos

• 

  Condenador electrolítico

• 

  Condenador electrolítico

• 

  Condenador electrolítico

• 

  condensador electrolítico bipolar

Conexión paralela

Si un capacitor individual dentro de un banco de capacitores en paralelo desarrolla un cortocircuito, toda la energía del banco de capacitores se descarga a través de ese cortocircuito. Por lo tanto, los condensadores grandes, particularmente los de alto voltaje, deben protegerse individualmente contra descargas repentinas.

Conexión en serie

En aplicaciones donde se necesitan altos voltajes de resistencia, los condensadores electrolíticos se pueden conectar en serie. Debido a la variación individual en la resistencia del aislamiento y, por lo tanto, a la corriente de fuga cuando se aplica voltaje, el voltaje no se distribuye uniformemente entre cada capacitor en serie. Esto puede provocar que se supere la tensión nominal de un condensador individual. Se debe proporcionar un circuito equilibrador pasivo o activo para ecualizar el voltaje en cada capacitor individual.

Marca de polaridad

• Marcas de polaridad para condensadores electrolíticos de aluminio
• 

  capacitores electrolíticos con no consolidado El electrolito tiene una polaridad marcando en la cátodo (menos) lado, con una ventaja más corta

• 

  capacitores electrolíticos con sólido electrolito tiene una polaridad marcando en el ánodo (más) lado, excepto para los condensadores de polímero cilíndrico liderados (single-ended) y SMD

Marcado de polaridad para condensadores electrolíticos de polímero

condensadores de polímero rectangular, tanto como aluminio, tener una polaridad marcando en el unnodo (más) lado	condensadores de polímero cilíndrico tener una polaridad marcando en la cátodomenos) lado

Marcas impresas

Los condensadores electrolíticos, como la mayoría de los demás componentes electrónicos, están marcados, si el espacio lo permite, con

• nombre o marca del fabricante;
• designación de tipo del fabricante;
• polaridad de las terminaciones (para condensadores polarizados)
• capacitancia nominal;
• tolerancia en la capacitancia nominal
• voltaje nominal y naturaleza del suministro (AC o DC)
• categoría climática o temperatura nominal;
• año y mes (o semana) de fabricación;
• marcas de certificación de estándares de seguridad (para capacitores de supresión de EMI/RFI)

Los condensadores más pequeños utilizan una notación abreviada. El formato más comúnmente utilizado es: XYZ J/K/M “V”, donde XYZ representa la capacitancia (calculada como XY × 10^Z pF), las letras K o M indican la tolerancia (±10 % y ±20% respectivamente) y “V” representa el voltaje de trabajo.

Ejemplos:

• 105K 330V implica una capacitancia de 10 × 10⁵ pF = 1 μF (K = ±10%) con un voltaje nominal de 330 V.
• 476M 100V implica una capacitancia de 47 × 10⁶ pF = 47 μF (M = ±20%) con una tensión nominal de 100 V.

La capacitancia, la tolerancia y la fecha de fabricación se pueden indicar con un código corto especificado en IEC/EN 60062. Ejemplos de marcado corto de la capacitancia nominal (microfaradios): µ47 = 0,47 µF, 4µ7 = 4,7 µF, 47 µ = 47 µF

La fecha de fabricación suele imprimirse según las normas internacionales.

• Versión 1: codificación con código de numeral año/semana, "1208" es "2012, semana número 8".
• Versión 2: codificación con código de año/mes. Los códigos del año son: "R" = 2003, "S"= 2004, "T" = 2005, "U" = 2006, "V" = 2007, "W" = 2008, "X" = 2009, "A" = 2010, "B" = 2011, "C" = 2012, "D" = 2013, "E" = 2014 etc. Los códigos del mes son: "1" a "9" = Jan. a Sept., "O" = Octubre, "N" = Noviembre, "D" = Diciembre. "X5" es entonces "2009, Mayo"

Para condensadores muy pequeños no es posible marcar. En este caso, sólo la trazabilidad de los fabricantes puede garantizar la identificación de un tipo.

Estandarización

La estandarización de todos los componentes eléctricos, electrónicos y tecnologías relacionadas sigue las reglas dadas por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), una organización de estándares internacionales no gubernamental y sin fines de lucro.

La definición de las características y el procedimiento de los métodos de prueba para condensadores para uso en equipos electrónicos se establecen en la Especificación genérica:

• IEC/EN 60384-1 - Condenadores fijos para uso en equipo electrónico

Las pruebas y requisitos que deben cumplir los condensadores electrolíticos de aluminio y tantalio para su uso en equipos electrónicos para su aprobación como tipos estandarizados se establecen en las siguientes especificaciones seccionales:

• IEC/EN 60384-3Montaje de superficie fija condensadores electrolíticos con electrolito sólido de dióxido de manganeso
• IEC/EN 60384-4condensadores electrolíticos de aluminio con sólido (MnO₂) y electrolito no sólido
• IEC/EN 60384-15Condenadores de tantalio fijos con electrolito no sólido y sólido
• IEC/EN 60384-18Condenadores de montaje electrolíticos de aluminio fijo con sólido (MnO₂) y electrolito no sólido
• IEC/EN 60384-24—Condenadores electrolíticos con electrolito sólido de polímero conductivo
• IEC/EN 60384-25—condensadores electrolíticos de aluminio fijo de montaje superficial con electrolito sólido de polímero conductivo
• IEC/EN 60384-26—condensadores electrolíticos de aluminio fijo con electrolito sólido de polímero conductivo

Mercado

El mercado de condensadores electrolíticos en 2008 representó aproximadamente el 30% del valor total del mercado.

• Condenadores electrolíticos de aluminio: 3.900 millones de dólares (22%);
• Condenadores electrolíticos de Tantalum: 2.200 millones de dólares (12%);

En número de piezas, estos condensadores cubren aproximadamente el 10% del mercado total de condensadores, o alrededor de 100 a 120 mil millones de piezas.

Fabricantes y productos

Fabricantes y su programa de productos electrolíticos condensadores

Fabricantes	Aluminio condensadores electrolíticos				Tantalum condensadores electrolíticos			Niobio electrolítica condensadores
	SMD Radial	Poder SI, ST	Polymer SMD Radial	Polymer híbrido	SMD MnO2	SMD Polymer	Wet electrolito	SMD MnO2 Polymer
AVX	-	-	-	-	X	X	X	X
CapXon	X	X	X	X	-	-	-	-
CDE Cornell Dubilier	X	X	X	X	X	X	-	-
Capacitor Industries	-	X	-	-	-	-	-	-
Chinsan, (Elite)	X	X	X	-	-	-	-	-
Daewoo, (Partsnic) Archivado 2018-06-12 en la máquina Wayback	X	X	-	-	-	-	-	-
Elna Archivado 2015-03-14 en la máquina Wayback	X	X	X	-	-	-	-	-
Grupo Exxelia	-	X	-	-	X	X	-	-
Frolyt	X	X	-	-	-	-	-	-
Hitachi	-	X	-	-	-	-	-	-
Hitano	X	X	X	-	X	-	-	-
Itelcond	-	X	-	-	-	-	-	-
Jackcon	X	X	-	-	-	-	-	-
Jianghai	X	X	X	X	-	-	-	-
Kaimei Electronic Corp, (Jamicon)	X	X	-	-	-	-	-	-
KEMET Archived 2013-12-12 en la máquina Wayback	X	X	X	-	X	X	X	-
Lelon	X	X	X	-	-	-	-	-
MAN YUE, (Samxon)	X	X	-	-	-	-	-	-
NEC Tokin	-	-	-	-	X	-	X	-
Nippon Chemi-Con	X	X	X	X	-	-	-	-
NIC	X	X	X	X	X	-	X	-
Nichicon Archived 2018-06-12 en la máquina Wayback	X	X	X	-	-	-	-	-
Panasonic, Matsushita	X	X	X	X	-	-	X	-
Richey	X	X	-	-	-	-	-	-
ROHM	-	-	-	-	X	-	X	-
Rubycon	X	X	X	-	-	-	-	-
Samwha	X	X	X	-	-	-	-	-
SUN Industria electrónica	X	-	-	X	-	-	-	-
TDK EPCOS	X	X	-	-	-	-	-	-
Teapo (Luxon) Archivado 2016-03-04 en la máquina Wayback	X	X	X	-	-	-	-	-
Vishay	X	X	X	-	X	X	X	X
Yageo	X	X	X	-	-	-	-	-

Fecha de la tabla: marzo de 2015