Ripple current - prąd RMS kondensatorów elektrolitycznych

Zastanawiam się jak to jest z tym znamionowym prądem kondensatorów elektrolitycznych. Budując swoje pierwsze przetwornice na IR2153 w topologi półmostka spotkałem się z problemem, że dzielnik kondensatorowy przenosi duży prąd. Dlatego też powinno się stosować odpowiedniej wielkości kondensatory. Prąd w płynący przez kondensatory jest 2 razy większy niż prąd płynący w linii zasilającej.

W katalogu dla kondensatora 470 µF i 200 V widnieje wartość 1155 mA.
Link

Bo oznaczało by to, że przy napięciu sieciowym mamy na linii zasilającej około 320V więc możemy pobrać moc z sieci co najwyżej 200 W. A podobne kondensatory są przecież w zasilaczach komputerowych, mimo mocy wyższej niż 200 W!

Czy to oznacza że nie można przekroczyć tego parametru, bo odstrzelę dany kondensator, a może są jakieś współczynniki poprawkowe, ze względu na temperaturę itp?

W ATX-ach te kondensatory nie pracują w dzielniku pojemnościowym, tylko filtrze zasilania. Mają tam o wiele "lżej". Sama przetwornica jest zazwyczaj w topologii flyback/push-pull/forward, mostki to ewenement.

Ten parametr zależy od temperatury roboczej. W nocie powinna być opisana metoda przeliczania. Przekroczenie dopuszczalnego prądu nie "odstrzeli"kondensatora ale skróci jego żywotność. Jak bardzo, to zależy od tego jak bardzo je "katujesz".

Ale musisz również zwrócić uwagę na inne czynniki, w układach impulsowych bardzo ważne. Chodzi o impedancję kondensatora (ESR i ESL). Pokazany przez Ciebie kondensator to "zwykły" elektrolit, który nie nadaje się do pracy impulsowej. Duża impedancja nie tylko sprawia że nie może on przeładowywać się ze stosowną szybkością ale także generuje straty które mogą nieźle rozgrzać kondensator. Potrzebujesz kondensatorów przeznaczonych do pracy impulsowej, tzw. Low ESR, czy też po polsku niskoimpedancyjnych.
Przy wyższych częstotliwościach i napięciach pracy polegam wstępnie filtrować zasilanie elektrolitem, a dzielnik półmostka bazować na kondensatorach foliowych MKP, rozwiązanie sprawdzone w mniejszych SSTC.

W innych katalogach znalazłem współczynniki poprawkowe. Natomiast dla tego kondensatora prąd powtarzalny został podany dla 105°C. Dlatego myślę, że on ma jeszcze zapas i można mu dać prąd 2-3 razy większy.
Z obliczeń wychodzi, że ESR wynosi 0,34 Ω.

A co kondensatorów foliowych, to przy wysokich częstotliwościach zgadzam się. Tylko, że mają trochę mało pojemności co przy dużych mocach może być problemem. Również obawiam się o prąd jaki może przez nie przepływać. Bo tak jak ten kondensator Link wg noty katalogowej wytrzymuje zaledwie 600mA. Choć też myślę, że można z nich wycisnąć 2-3 razy tyle.
Ich ESR z obliczeń wychodzi 0,72Ω - coś dużo.


Natomiast wyczytałem, że elektrolity działają poprawnie do częstotliwości 100 kHz. A co do kondensatorów low ESR to są dostępne ale jedynie na niskie napięcia .

Wydaje mi się również że w tych zasilaczach są stosowane półmostki Link

tadeusz12345 napisał:

A co kondensatorów foliowych, to przy wysokich częstotliwościach zgadzam się. Tylko, że mają trochę mało pojemności co przy dużych mocach może być problemem. Również obawiam się o prąd jaki może przez nie przepływać. Bo tak jak ten kondensator Link wg noty katalogowej wytrzymuje zaledwie 600mA. Choć też myślę, że można z nich wycisnąć 2-3 razy tyle.

Znów podałeś kondensatory niezdatne do pracy impulsowej. MKS używa się tylko przy słanych sygnałach jak sprzęganie audio itd. Nie tylko są za "wolne" (mały voltage slope, spore ESR), ale także przez dużą stratność dielektryka i niedostosowaną konstrukcję nie wytrzymają większego prądu.

Tu trzeba MKP i to nie byle jakich, ale serie takie jak MKP10, pojedynczy kondensator tego typu spokojnie wytrzymuje kilka Arms, zaś ESR wynosi pojedyncze mΩ (miliomy), nadto łącząc je równolegle znacznie polepszamy ich parametry.
Pojemność nie musi być wielka, przy odpowiednim napięciu i sporej częstotliwości starcza kilka µF. Policz sobie impedancję, ona tu będzie ograniczać prąd.

Nie mniej, możesz użyć elektrolitów low-ESR, ale muszą być dobrze dobrane. Spisują się one w tej roli nawet w zastosowaniach tak ekstremalnych jak DRSSTC gdzie częstotliwość może przekraczać 100kHz, moc średnia wynosi kilka(naście) kW a prąd w piku sięga setek A, a nawet zakresu kA. Tyle, że tam daje się "troszkę duże" elektrolity przeznaczone do pracy impulsowej w warunkach ekstremalnych, o takie na przykład:



Oczywiście Ty nie musisz dla kilkuset W dawać takich "czołgów", ale przy mocy kilku kW już raczej potrzeba by było elektrolitów tego kalibru, podczas gdy starczyłaby bateria kilku MKP10 równolegle.

Ten skrajny przykład ma tylko przypomnieć, że o ile elektrolity nadają się do takich miejsc, to "zwykłe" kondensatory elektrolityczne są bezużyteczne w zastosowaniach impulsowych/w.cz. i musisz użyć ich specjalnych typów, przeznaczonych do takich zastosowań.

Również jako filtry zasilania na wejściu/wyjściu przetwornicy musisz użyć kondensatorów niskoimpedacyjnych, nie zwykłych.

BTW z czego obliczasz ESR? Ten parametr jest podawany w nocie albo nie, nie można go wyliczyć z pozostałych parametrów.

ESR obliczam z wzoru Link

ESR = tan δ x (2 x Pi x f x C)-1

gdzie:
tan δ - stratność kondensatora podawana w notach katalogowych dla określonej częstotliwości
Pi - liczba Pi
f - częstotliwość [Hz] - dla określonej częstotliwości
C - pojemność kondensatora [F]

Masz rację zwykłe foliowe nie dają rady, muszą być MKP10

Taki kondensator Link jest w stanie przenieść prąd prawie 8 A, a jego temperatura wzrośnie o 10°C !
A jego stratność wynosi tylko 22 mΩ

Oznacza to że dla średnich mocy (koło 1 kW) i małych częstotliwości można stosować elektrolity, ale trzeba je dawać równolegle z polipropylenowymi (MKP10), które przejmą większość prądu.

Leci dla Ciebie duży + za fachową pomoc

Sugeruję raczej zamiast łączenia równoległego w dzielniku osobno filtrować zasilanie elektrolitem i tak odfiltrowane DC dawać na dzielnik z samych MKP. Warto też wpiąć dodatkowy kondensator foliowy między szyny zasilania tak blisko mostka jak się da - jako filtr i snubber pochłaniający wszelkie piki napięcia oraz zapewniający lepszą odpowiedź zasilania na gwałtowne impulsy poboru prądu.

Szczerze nie znałem tego wzoru na ESR - człowiek uczy się całe życie.