टैंटलम और इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर का अधिकतम परिचालन दबाव


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मुझे एक उपकरण डिजाइन करने की आवश्यकता है जिसे उच्च दबाव वाले वातावरण (नाइट्रोजन गैस) में संचालित करना है। परिचालन दबाव 1bar (वायुमंडलीय) से 20..30bar गेज दबाव तक भिन्न हो सकता है। नियमित काम का दबाव 10bar के आसपास होगा।

इसलिए, डिवाइस में LM2674-5 के साथ एक स्विचिंग वोल्टेज रेगुलेटर होता है जिसमें अपेक्षाकृत उच्च मूल्य के साथ इनपुट और आउटपुट कैपेसिटर की आवश्यकता होती है - कुछ 100uF जैसा।

यह बहुत स्पष्ट है कि तरल इलेक्ट्रोलाइट के साथ सामान्य इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर संभवतः ऐसे दबावों द्वारा कुचल दिए जाएंगे।

लेकिन क्या कैपेसिटर का उपयोग करना है? क्या टैंटलम कैपेसिटर अधिक दबाव प्रतिरोधी हैं?


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आम तौर पर, 'बहुत स्पष्ट' चीजें नहीं हैं। आप महसूस करते हैं कि तरल असंगत है? आपको जो कुछ भी चिंता करने की ज़रूरत है वह गैस या वैक्यूम voids है। यदि कोई घटक कुछ चरम पर्यावरणीय स्थिति के लिए निर्दिष्ट नहीं है, तो आपको इसका उपयोग नहीं करना चाहिए। डेटा शीट पढ़ें। आपको निर्माताओं से सीधे पूछना पड़ सकता है, उनके पास अक्सर प्रकाशित किए जाने की तुलना में अधिक डेटा होता है।
नील_ युके

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तरल भरे हुए कैपेसिटर निश्चित रूप से 100% पर नहीं भरे जा सकते हैं। तरल के थर्मल विस्तार की अनुमति देने के लिए हमेशा कुछ गैस होनी चाहिए। इसीलिए मुझे लगता है कि लिक्विड कैप का इस्तेमाल करना अच्छा आइडिया नहीं है।
जॉनफाउंड

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मैंने सफलतापूर्वक बिना किसी देखे हुए बुरे प्रभाव के साथ हफ्तों के लिए 100 मीटर -150 मीटर रेंज (इसलिए 10-15 बार) में चलने वाले अंडर-सी उपकरण में ठोस टैंटलम कैप का सफलतापूर्वक उपयोग किया है।
ब्राह्मण

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दबाव से सावधान रहें, और दबाव-परिवर्तन, एपॉक्सी पैकेज के अंदर सिलिकॉन को विकृत करना। यह विकृति (संभावना) FETs (MOSFETs) के थ्रेशोल्ड वोल्टेज में असंतुलन का कारण बनेगी और इस प्रकार आपके सटीक एनालॉग सर्किट में OFFSET वोल्टेज का आश्चर्य होगा। निर्माता से इस बारे में पूछें।
एनालॉग सिस्टमसिर्फ

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@Neil_UK बेशक तरल पदार्थ संपीड़ित हैं। तो ठोस हैं। ऊपर देखें कि 'बल्क मॉडुलस' का क्या मतलब है, और किसी भी ऐसी सामग्री को खोजने की कोशिश करें जिसमें एक भी नहीं है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि तरल पदार्थ एक ही दबाव के लिए ठोस पदार्थों की तुलना में 10-100 गुना अधिक के बीच संपीड़ित होते हैं, जो कि अधिक दबाव के तहत सार्थक यांत्रिक तनाव को पेश करने के लिए पर्याप्त है। पानी अपनी मात्रा का 0.14% 30 बार खो देता है, जबकि स्टील 1/74 वाँ मात्रा खो देता है। इसका मतलब यह है कि दबाव एक ठोस से भरे कंटेनर पर बहुत अधिक दबाव डालेगा जो ठोस है। फर्क पड़ता है क्या? निर्भर करता है। लेकिन इसे नजरअंदाज नहीं किया जाना चाहिए।
मेटाकॉलिन

जवाबों:


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यह महत्वपूर्ण कैविटीज़ के साथ कहा जाता है, लेकिन दबाव वाले वातावरण के लिए केवल इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर विकल्प एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट के साथ होते हैं, इसलिए ठोस टैंटलम, टैंटलम बहुलक, या एल्यूमीनियम बहुलक कैपेसिटर।

उदाहरण के लिए, कॉर्नेल डब्लोर, विशेष रूप से बताता है कि इसके सभी एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर में 1.5 वायुमंडल से 10,000 फीट ( परिचालन - पृष्ठ 9 ) की एक परिचालन सीमा है

एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर पूरी तरह से voids से मुक्त नहीं होते हैं और उनके सामान्य संचालन और प्रारंभिक एनोडाइजिंग यह सुनिश्चित करते हैं कि फैक्ट्री से सीधे अंदर पहले से ही थोड़ी मात्रा में हाइड्रोजन गैस है। मामूली दबावों पर, किसी भी संदूषकों को अपनी मुहरों के पिछले संधारित्र में मजबूर किया जाएगा, संभावित रूप से एक छोटा या परिवर्तन करने की क्षमता के कारण, और उच्च दबावों पर, वे बस अंदर की ओर कुचल जाएंगे और शॉर्ट-सर्किट विफलता मोड की गारंटी देंगे।

सीधे शब्दों में कहें, सामान्य एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक्स पूरी तरह से मेज से दूर हैं।

अब, यह वह जगह है जहां यह मुश्किल हो जाता है: जब दबाव सहिष्णु इलेक्ट्रॉनिक्स को डिजाइन करते हैं, तो अधिकांश भाग के लिए, आप अपने दम पर तरह होते हैं। मेरे कहने का मतलब यह है कि आप ज्यादातर घटकों के 'अधिकतम परिचालन दबाव' जैसे सवालों के जवाब खोजने नहीं जा रहे हैं, भले ही आप कंपनी को ईमेल करें। ऐसा इसलिए है क्योंकि इस तरह का आला अविश्वसनीय रूप से छोटा है और यह ऐसे असामान्य पर्यावरणीय परिस्थितियों में उत्पादों का परीक्षण करने या उन्हें योग्य बनाने के लिए समय और प्रयास के लायक नहीं है।

कुछ (बहुत कम) कंपनियां हैं जो कैपेसिटर जैसे उच्च दबाव-रेटेड घटकों का एक सीमित चयन करती हैं, कुछ 10,000 साई के रूप में उच्च हैं । ये कैपेसिटर बहुत महंगे होंगे - मुझे इसकी कीमत भी नहीं मिल रही है, आपको एक बोली का अनुरोध करना होगा। यदि आपके पास पर्याप्त मात्रा है, तो मैं अभी भी उनसे $ 500- $ 1000 प्रति कैपेसिटर से अधिक की लागत की उम्मीद करूंगा। वे भी विशाल हैं, 50,000 टन टैंटलम कैपेसिटर, सच्चे 10,000 साई राक्षस। तो वास्तव में पूर्व-योग्य भागों को खोजना जो व्यावहारिक हैं, मैं भी सोचता हूं, आपके लिए यथार्थवादी विकल्प नहीं है।

इसका मतलब यह है कि यह आपके ऊपर है कि आप स्वयं घटकों को अर्हता प्राप्त करें। आपको एक शिक्षित निर्णय का उपयोग करना होगा और एक सीओटीएस संधारित्र का चयन करना होगा, लेकिन कोई भी आपको यह सुनिश्चित करने के लिए नहीं बता सकता है कि यह काम करेगा या आपके वातावरण में इस तरह के गुणों या दीर्घायु को कैसे प्रभावित किया जाएगा। आपको खुद इस सबका परीक्षण करना होगा।

इस तरह से अधिकांश दबाव-सहिष्णु इलेक्ट्रॉनिक्स को डिजाइन करना पड़ता है। आप अपने स्वयं के परीक्षण के माध्यम से व्यक्तिगत रूप से भागों को अर्हता प्राप्त करते हैं, और फिर आप पूरी विधानसभा को परीक्षण के तहत एक साथ उत्तीर्ण करते हैं, और फिर आप या तो बहुत समय और पैसा खर्च करते हैं ताकि आपके सेट अप की विश्वसनीयता या दीर्घायु का थोड़ा सा भी विचार प्राप्त हो सके, आप सबसे अच्छा करने के लिए आशा करते हैं (और यदि आप चाहते हैं कि क्षेत्र में उपकरणों का क्या होता है - आग से परीक्षण करें) से सीखें।

इसलिए आपको इस बात से भी अवगत होना चाहिए कि दांव पर क्या है, और यदि आपका बोर्ड फेल होता है तो क्या परिणाम होंगे, और सुनिश्चित करें कि भत्ते इसलिए बनाए जाते हैं, उदाहरण के लिए, किसी की सुरक्षा को जोखिम में नहीं डाला जाएगा।

कहा कि, थोक इलेक्ट्रोलाइटिक समाई के लिए, ठोस टैंटलम कैपेसिटर प्रदर्शन में न्यूनतम बदलाव के साथ दबाव को सहन करने के लिए आपका सबसे अच्छा दांव होगा

एक अन्य विकल्प यह सुनिश्चित करना है कि आपको वास्तव में इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की आवश्यकता है। 10V और 100µF के लिए रेटेड सिरेमिक कैपेसिटर आसानी से उपलब्ध हैं और बहुत महंगे नहीं हैं । यह मुराटा संधारित्र एक विकल्प है, उदाहरण के लिए। बस डीसी पूर्वाग्रह ग्राफ से सावधान रहें - उच्च क्षमता वाले सिरेमिक कैपेसिटर में से अधिकांश में डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग किया जाता है जो फेरोइलेक्ट्रिक प्रभाव का प्रदर्शन करते हैं। एक चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों के समान, फेरोइलेक्ट्रिक सामग्री अनुरूप हैं लेकिन विद्युत क्षेत्रों के लिए (और एक विद्युत क्षेत्र के रूप में संग्रहीत ऊर्जा अंततः संधारित्र क्या भंडारण कर रही है)। इसका मतलब है डीसी कैपस के तहत सिरेमिक कैपेसिटर की प्रभावी कैपेसिटेंस ड्रॉप। तो आपको उनकी समाई को अलग करने और समानांतर में एक से अधिक का उपयोग करने की आवश्यकता होगी।

दबाव-सहिष्णु इलेक्ट्रॉनिक्स में सोने का मानक हमेशा पॉलीप्रोपाइलीन धातु-फिल्म संधारित्र रहा है , लेकिन जाहिर है कि ये बहुत कम मूल्य के होते हैं और बस किसी भी थोक-समाई के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं। मैंने सोचा कि मैं उन्हें यहाँ पूर्णता के लिए नोट करूँगा।

बंद करने में, कुछ हद तक विदेशी उच्च दबाव से अलग, समुद्र के कैपेसिटर जो आपके आवेदन के लिए व्यावहारिक नहीं हैं, आपके प्रश्न का संक्षिप्त उत्तर यह है कि टैंटलम कैपेसिटर और साथ ही अधिकांश कैपेसिटर में अधिकतम परिचालन दबाव रेटिंग नहीं हैरेटिंग का उद्देश्य यहां पर जोर दिया गया है - इसका मतलब यह नहीं है कि वे किसी भी दबाव में काम कर सकते हैं। उनके पास निश्चित रूप से एक अधिकतम दबाव है जिससे उन्हें संचालित करने की उम्मीद की जा सकती है, लेकिन केवल खुद की रेटिंग ही मौजूद नहीं होगी।

हालाँकि यह सब आपको निराश नहीं करता है। गहरे समुद्र के दबाव सहिष्णु इलेक्ट्रॉनिक्स जैसी चीजों द्वारा अनुभव किए गए दबाव 30 बार की तुलना में बहुत अधिक हैं, और गुणवत्ता वाले टैंटलम कैपेसिटर यहां पहली पसंद हैं, और सभी उद्देश्य से बनाए गए गहरे समुद्र में पीएसआई कैपेसिटर इसी तरह से टैंटलम कैपिटलाइज़र्स हैं।

बस यह समझें कि अगर कैपेसिटर फेल होते हैं या नहीं, तो निर्माता को गलती नहीं है, और आपको अभी भी उन्हें खुद को योग्य बनाना होगा। इसका मतलब केवल असफलता के लिए जाँच करना नहीं है, बल्कि यह सुनिश्चित करना है कि आपके विभिन्न गुण जो आपके सर्किट के लिए महत्वपूर्ण हैं स्वीकार्य स्तर के भीतर रहें।

कुछ ठोस टैंटलम कैपेसिटर प्राप्त करें और उनका परीक्षण स्वयं करें। आप शायद इसे पहले प्रयास में प्राप्त करेंगे, लेकिन कुछ अलग ब्रांडों या निर्माण प्रकारों की कोशिश करने के लिए तैयार रहें।

अंतिम नोट: अन्य घटक उच्च दबाव के वातावरण में अप्रत्याशित व्यवहार प्रदर्शित कर सकते हैं। सुनिश्चित करें कि आपके पास ऐसी कोई भी चीज़ नहीं है जिसमें 'मेटल कैन' निर्माण हो। अनदेखी करने के लिए एक आसान क्वार्ट्ज क्रिस्टल है - छेद या एसएमडी के माध्यम से, उनके पास कैन के अंदर खाली जगह होती है और क्रिस्टल पर यांत्रिक तनाव आवृत्ति के माध्यम से बंद हो जाएगा, अगर यह बस नष्ट नहीं होता है।

इसके अलावा, गीले टैंटलम कैपेसिटर से सावधान रहें । आपको इनसे बचना चाहिए। एक आम गलत धारणा है कि तरल पदार्थ संपीड़ित नहीं होते हैं। यह बस सच नहीं है - वे गैस की तुलना में संपीड़ित करने के लिए बहुत कठिन हैं लेकिन यह अभी भी संकुचित है, जैसा कि ठोस हैं। वह थोक मापांक है - किसी पदार्थ की संपीडनशीलता। महत्वपूर्ण रूप से, तरल पदार्थ बनाम ठोस के लिए संपीड़ितता में अंतर 10-100 या परिमाण के 1 से 2 के बीच है। इसका मतलब है कि तरल ठोस की तुलना में बहुत अधिक संपीड़ित करेगा, जो संभावित रूप से महत्वपूर्ण यांत्रिक तनाव के लिए अनुमति देगा।

पानी के लिए, यह प्रति वातावरण लगभग 46.4ppm द्वारा संपीड़ित करेगा। यदि पानी की मात्रा 30 बार के दबाव के संपर्क में आती है तो इसकी कुल मात्रा का लगभग 0.14% नष्ट हो जाएगा। यह टिन के कैन जैसा कुछ भी नहीं बना सकता है, लेकिन बहुत भंगुर सामग्री (जैसे टैंटलम पेंटॉक्साइड) के घटकों के लिए, यह पर्याप्त फ्लेक्स / तनाव को चिंताजनक होने की अनुमति दे सकता है। ठोस इलेक्ट्रोलाइट आप क्या चाहते हैं।


खैर, दिलचस्प जवाब। आपके प्रयास के लिए धन्यवाद। इसने सीधे सवाल का जवाब नहीं दिया, लेकिन मुझे इसकी उम्मीद नहीं थी। :) बस एक अतिरिक्त सवाल। मैं मान रहा हूं कि सभी टैंटलम smd चिप कैपेसिटर (प्रिज़्मेटिक फॉर्म फैक्टर) ठोस इलेक्ट्रोलाइट प्रकार हैं। क्या यह सही है, या मुझे हर व्यक्तिगत मॉडल / निर्माता के लिए डेटशीट की जांच करनी चाहिए?
जोंफाउंड

आपकी धारणा है कि एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट एक गीले से बेहतर है एक सादा गलत है। यहां तक ​​कि आपके द्वारा इंगित किए गए महंगे कैपेसिटर भी गीले इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग कर रहे हैं। कृपया चश्मा देखें: evanscap.com/pdf/TDD_REV_I.pdf पैराग्राफ 2.1।
डोरियन

@ डोरियन: बेशक यह संभव है कि विशाल दबाव को झेलने के लिए गीले संधारित्र को डिजाइन किया जाए। लेकिन मैंने एक सस्ते, बड़े पैमाने पर उत्पादन तत्वों के बारे में पूछा है। विशेष, बहुत महंगे घटकों का उपयोग करना काफी मूर्खतापूर्ण है, जबकि धारावाहिक, सस्ते घटकों के साथ एक ही उपकरण ठीक से काम करना संभव है। है ना?
जॉनफाउंड

मैं आपके उत्तर में बाकी सब चीजों से पूरी तरह सहमत हूं। लेकिन तरल इलेक्ट्रोलाइट की तुलना में गैस बुलबुले के कारण एक ठोस संधारित्र के विफल होने की अधिक संभावना है। तरल सभी संधारित्र मामले की सतह पर स्थानीय तनाव को दूर करेगा जबकि ठोस नहीं।
डोरियन

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आपकी समस्या का समाधान एक बेहतर डिज़ाइन का चयन करके किया जा सकता है जो >> 1MHz का संचालन करता है और इस प्रकार आपके कठोर वातावरण के लिए किसी एक को चुनने में सक्षम फिल्म कैप का उपयोग करता है।

यहां कैप्स पर क्रायोजेनिक परीक्षण के लिए नासा से एक संदर्भ है

उदाहरण के लिए, जबकि पॉलीप्रोपाइलीन, पॉली कार्बोनेट , और अभ्रक कैपेसिटर ने तरल नाइट्रोजन में परीक्षण करने पर उत्कृष्ट स्थिरता दिखाई, ठोस टैंटलम संधारित्र ने उस तापमान पर इसके ढांकता हुआ नुकसान में वृद्धि का प्रदर्शन किया। EDL के अधिकांश कैपेसिटर में उम्र बढ़ने के साथ कोई बदलाव नहीं हुआ लेकिन ऐसा लगता है कि यह अत्यधिक तापमान पर काम नहीं कर रहा है।

यहां संभावित कैप की मेरी सुझाई गई सूची है

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मुझे आश्चर्य है कि नासा ने इलेक्ट्रोलाइटिक कैप्स पर रिपोर्ट क्यों नहीं की। मेरा सुझाव है कि गीले डाइलेट्रिक्स के ढांकता हुआ निरंतर क्रायोजेनिक टेम्पों पर एनजी हैं। और सॉलिड टैंटलम अधिक हानिपूर्ण है जो गर्मी पैदा करता है
टोनी स्टीवर्ट सननीस्की गुय EE75

मुझे प्रश्न में कम तापमान नहीं दिखाई देता है।
डोरियन

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जैसा कि नील_यूके ने अपने ज्ञान और अनुभव के साथ अपनी टिप्पणी में बताया है, यह इतना बड़ा मुद्दा नहीं है जितना लगता है।

एक संधारित्र एक उच्च दबाव के अधीन कैसे विफल हो सकता है? आपको लगता है कि यह फूट जाएगा, लेकिन यह केवल सच नहीं है यदि संधारित्र पूरी तरह से ठोस है या तरल से भरा है, क्योंकि केवल गैसें अत्यधिक संकुचित हैं। तरल पदार्थ बहुत कम संकुचित होते हैं।

तरल भरे कैपेसिटर (जो बहुत अधिक है) में 4% अवशिष्ट गैस 20 बार में कुल मात्रा में 3.8% की भिन्नता देगा। बेशक थर्मल डिलाटेशन बढ़ जाता है, लेकिन आप देखते हैं कि वे परिमाण के समान क्रम में हैं।

यह एक ठोस के लिए सही नहीं है जहां बुलबुला पर्यावरण के दबाव में बुलबुला दबाव लाने के लिए सिकुड़ नहीं सकता है क्योंकि यह ठोस से घिरा हुआ है, सभी दबाव बुब्बल की दीवार की छोटी सतह पर केंद्रित है।

यहाँ छवि विवरण दर्ज करें

उत्तर आपके अवरोधों, बजट और विश्वसनीयता पर निर्भर करता है।

महंगे गहरे समुद्र के कैपेसिटर को भी लंबे जीवनकाल और कम विफलता दर की आवश्यकता होती है क्योंकि उन्हें बदलने की लागत बहुत बड़ी है।

यह आपका मामला नहीं हो सकता है और सामान्य कैपेसिटर का उपयोग करने और उन्हें स्वयं का परीक्षण करने के मेटाकॉलिन का समाधान अच्छा और सस्ता हो सकता है। बेशक, उपरोक्त कारण के लिए ठोस नहीं है और व्यापक तापमान रेंज वाले खोज कैपेसिटर सिर्फ इसलिए क्योंकि वे इलेक्ट्रोलाइट मात्रा भिन्नता के लिए बहुत अधिक सहिष्णुता रखते हैं।

इसके अलावा एक पुराना अध्ययन जो मुझे पता चला है कि केवल सामान्य ग्रेड के घटक जो वास्तव में उच्च दबाव के वातावरण (70 बार तक) में विफल रहे थे, वे अंदर हवा के साथ घटक थे और धातु के संलग्न डायोड जैसे कमजोर मामले थे।


क्या आप दोनों नासा की रिपोर्ट से जुड़े हैं जिन्हें मैंने पढ़ा है? तरल नाइट्रोजन, ठोस टैंटलम संधारित्र ने उस तापमान पर अपने ढांकता हुआ नुकसान में वृद्धि का प्रदर्शन किया
टोनी स्टीवर्ट सुन्नसिस्कीगु ईई 75

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@ SunnyskyguyEE75 कम तापमान के बारे में सवाल में कुछ भी नहीं है।
डोरियन

यदि गैस के बुलबुले की मात्रा कम हो जाती है, तो या तो तरल को इसकी मात्रा बढ़ानी चाहिए, या बाहरी मामले में इसकी मात्रा कम होनी चाहिए। क्योंकि Vg + Vliq = हमेशा Vcase।
जोंफाउंड

@ जोंफाउंड संधारित्र का मामला थर्मल फैलाव या सिकुड़ने के लिए लचीला है। Vcase स्थिर नहीं है।
डोरियन
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