Современные электролитические конденсаторы EPCOS для промышленных источников питания и автомобильной электроники

В этом году исполняется 85 лет со дня основания в Токио предпринимателем Кензо Сайто (см. рис.1) компании Tokyo Denki Kagaku Kogyo KK (впоследствии TDK) для коммерциализации производства первых в мире трансформаторов с ферритовым сердечником.

Производство, созданное в 1930 году исследователями Токийского технологического института Иогоро Като и Такеши Такей, началось с изобретения магнитных керамических материалов. Впоследствии такие материалы получили название ферритов и нашли широкое применение в самых различных отраслях электротехники и радио­электроники. Ферриты и индуктивные изделия на их основе по­прежнему занимают значительную долю в ассортименте продукции компании TDK.

В результате многочисленных трансформаций, приобретений и слияний TDK к настоящему времени превратилась в разветвлённую транснациональную группу компаний (TDK Global), бо¢льшая часть продукции которых производится и продаётся за пределами Японии. Наиболее крупными компаниями, входящими в группу, являются TDK Electronics (ранее TDK­EPC) и TDK­Lambda.

Корпорация TDK­EPC была создана в 2009 году после приобретения в 2008 году компанией TDK контрольного пакета акций производителя электронных компонентов EPCOS AG (Германия). В 2016 году корпорация приобрела компанию German Micronas Semiconductor Holding AG (Германия), в результате чего расширила бизнес магнитных датчиков. В 2017 году была приобретена компания InvenSense, Inc. (США), что позволило расширить бизнес специальных датчиков. В октябре 2018 года материнская компания TDK переименовала компанию EPCOS AG и все её дочерние структуры и предприятия в TDK Electronics. Продажей продуктов под марками TDK и EPCOS в Европе в настоящее время занимается компания TDK­Europe.

На более чем 20 разрабатывающих и производственных площадках TDK Electronics в различных регионах занято порядка 23 тыс. сотрудников, компания располагает разветвлённой сетью торговых представительств. Продукцию компания реализует через уполномоченных дистрибуторов в разных странах мира.

В каталоге TDK Electronics (TDK­Europe) 2020 года представлены следующие категории продуктов:

В категорию «другие» компания внесла такие продукты, как шумопоглощающие и магнитные листы (для безэховых камер и экранированных помещений), прозрачные проводящие плёнки, флеш­накопители, микромодули, солнечные батареи, блоки питания. Компания также разрабатывает и производит микросхемы специального назначения (ASIC). В каталоге TDK­Lambda Russia 2020 года продукты компании представлены в следующих категориях: AC/DC­преобразователи, DC/DC­преобразователи, программируемые источники питания, фильтры и дополнительные продукты.

В 2019 году TDK Electronics представила ряд новинок в категории «Алюминиевые электролитические конденсаторы» для источников питания, автомобильной электроники и устройств, применяемых в тяжёлых условиях эксплуатации. Особенности некоторых серий таких конденсаторов рассматриваются в настоящей статье.

Алюминиевые электролитические конденсаторы широко применяются практически во всех источниках и системах питания радиоэлектронной аппаратуры. Алюминиевые электролитические конденсаторы TDK и EPCOS давно заслужили признание потребителей и производителей радиоэлектронной аппаратуры как высоконадёжные долговечные изделия. TDK Electronics для уже перечисленных приложений выпускает конденсаторы в различных корпусах и конструктивных исполнениях под торговой маркой EPCOS.

Алюминиевые электролитические конденсаторы с винтовыми терминалами выпускаются на номинальные напряжения 16–100 В (ёмкости 10 000–680 000 мкФ), 200–600 В (680–33 000 мкФ). Полезный срок службы конденсаторов составляет 5000–12 000 ч и более, рабочая температура до +105°С. Конденсаторы этого типа широко применяются в источниках питания промышленного назначения и радиоэлектронной аппаратуре специального назначения.

В 2019 году компания представила новые серии В43707 и В43727 конденсаторов с винтовыми терминалами в компактных корпусах, предназначенных для устройств ветровой и солнечной энергетики, промышленных источников питания и источников бесперебойного питания. Основными особенностями конденсаторов являются:

Конденсаторы данных серий выпускаются на номинальные напряжения 400–450 В (пиковое превышение 1,1 U_ном), ёмкость конденсаторов от 1800 до 18 000 мкФ, диапазон рабочих температур от –40 до +85°С, срок службы не менее 12 000 ч. Среди других характеристик стоит отметить следующие: эквивалентная последовательная индуктивность менее 13 нГн, вибростойкость по стандарту IEC 60068­2­6 (5g, 0,35 мм, 10–55 Гц), допустимый ток пульсаций 35–74 А. Габариты и вес конденсаторов зависят от их ёмкости, минимальные – длина 86 мм, диаметр 51 мм, максимальные – 220 мм и 77 мм соответственно. Винтовые терминалы для крепления имеют резьбу М5 и М6. Внешний вид конденсатора В43707 10 000 мкФ × 400 В показан на рисунке 2.

Весьма интересны высоковольтные конденсаторы серий В43700, В43720 с длительным сроком службы, предназначенные для тех же областей применения, что и рассмотренные ранее конденсаторы серий В43707, В43727. Номинальные напряжения конденсаторов 550 В и 600 В, диапазон ёмкостей от 680 до 10 000 мкФ, основные характеристики примерно такие же, как у рассмотренных выше, габариты от 51,6×80,7 мм (680 мкФ × 600 В) до 90×220 мм (10 000 мкФ × 550 В).

В группу алюминиевых электролитических конденсаторов с четырьмя­пятью защёлкивающимися клеммами входят шесть серий приборов на номинальные напряжения 350, 385, 400, 450 и 500 В, диапазон ёмкостей конденсаторов составляет от 220 до 3300 мкФ. В качестве примера рассмотрим особенности конденсаторов этой группы серий В43516 (см. рис. 3) и В43526.

В области применения данных конденсаторов, помимо перечисленных выше, входит и медицинская аппаратура. Терминалы конденсаторов выполнены в виде четырёх металлических защёлок длиной 6,3 мм, подлежащих пайке в отверстиях печатных плат, два терминала соединены с плюсом и минусом конденсаторов. Рабочий диапазон температур конденсаторов от –40 до +85°С, срок службы при максимальной температуре и номинальном напряжении составляет не менее 3000 ч, вибростойкость – как у описанных ранее серий приборов.

Группа конденсаторов с двумя защёлкивающимися выводами представлена почти двумя десятками серий приборов с диапазонами рабочих температур от –40 до +105°С, рабочими напряжениями 10–100 В, 200–600 В и ёмкостями от 47 до 68 000 мкФ. Рекомендуемые области применения конденсаторов серии В43548: сервопривод, преобразователи частоты, инверторы солнечных батарей, источники бесперебойного питания, медицинская аппаратура, профессиональные источники питания. Конденсаторы серии выпускаются на напряжения 400–500 В, диапазон ёмкостей 68–820 мкФ.

Конденсаторы серий В43415, В43416 для импульсных приложений могут найти применение в медицинской аппаратуре и профессиональных фотовспышках. Приборы серии В43415 с выводами для пайки выпускаются с ёмкостями от 1000 до 6600 мкФ, серии В43416 с защёлкивающимися выводами – от 200 до 1500 мкФ. Все конденсаторы выпускаются на напряжения 300–500 В и обеспечивают не менее 100 000 циклов разряда.

В группу алюминиевых конденсаторов увеличенных размеров (Large Size Capacitors) входят приборы серий В41605, В43268, В43649 c диапазонами рабочих температур –55…+125, –40…+105 и –25…+105°C соответственно. Конденсаторы этой группы выпускаются на напряжения 25–63 В, 400–500 В и 450 В, ёмкости от 68 до 27 000 мкФ. Особенности конденсаторов рассмотрим на примере приборов серии В41605 (см. рис. 4).

Конденсаторы серии В41605 предназначены для применения в высоконадёжном оборудовании автомобильных систем управления двигателями, а также в приложениях с большими токами пульсаций и высокими частотами. Конденсаторы характеризуются большим сроком службы (более 5000 ч при T = +125°С, более 20 000 ч при T = +85°C, более 500 000 ч при T = +40°C), большим допустимым током пульсаций на высоких частотах, высокой вибростойкостью (до 40g) и удовлетворяют требованиям автомобильного стандарта AEC­Q200. Конденсаторы выпускаются на напряжения 25–63 В и ёмкости от 2000 до 27 000 мкФ, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) на разных частотах и допустимый переменный ток на частоте конденсаторов определяются их ёмкостью, температурой корпуса и рабочим напряжением. Например, для конденсатора 27 000 мкФ × 25 В (габариты 35×50 мм) ESR = 11 мОм при T = +20°C, допустимый переменный ток на частоте 10 кГц не менее 10 А при T = +125°С.

Несколько серий конденсаторов выпускаются с аксиальным и звёздообразным расположением выводов (серии В41692, В41792, В41689, В41789, В41690, В41790, В41693, В41793, В43693, В43793). Все приборы группы отличаются широким диапазоном рабочих температур –40/55…+140/150°С. Рабочие напряжения составляют от 25 до 250 В, ёмкости – от 47 до 10 000 мкФ. Особенности конденсаторов этой группы рассмотрим на примере приборов серий В41692 (см. рис. 5), В41792 и В41689, В41789 (см. рис. 6).

Конденсаторы с аксиальными выводами серии В41692 и звёздообразным расположением выводов для пайки в отверстия печатных плат серии В41792 предназначены для применения в автомобильной электронике. Приборы отличаются высокими термо­ (–55…+140°С) и вибростойкостью (до 60g при фиксации к плате клеем или бандажом), большим сроком службы (более 2000 ч при T = +140°С), большим допустимым током пульсаций. Конденсаторы выпускаются на напряжения 25, 40, 63 и 75 В, ёмкости составляют от 360 до 10 000 мкФ, длина и диаметр корпусов – 25–49 мм и 12–21 мм соответственно. Эквивалентная последовательная индуктивность (ESL) зависит от типоразмеров корпусов и варьируется в пределах от 6 нГн (30×14 мм) до 50 нГн (49×21 мм). ESR определяется типоразмером, рабочим напряжением и ёмкостью. Например, конденсатор 360 мкФ × 63 В имеет ESR = 189 мОм (на частоте 100 Гц при T  = +20°С), а конденсатор 10 000 мкФ ×
× 25 В – 23 мОм.

Приведём отличающиеся характеристики аналогичных по конструкции и назначению конденсаторов серий В41689, В41789: рабочие напряжения 25, 40 и 63 В, ёмкости от 360 до 4500 мкФ, диапазон рабочих температур –55…+150°C, ESR от 23 мОм (4500 мкФ × 25 В) до 173 мОм (360 мкФ × 63 В), отличаются и типоразмеры корпусов.

Компания выпускает более 10 серий несимметричных электролитических конденсаторов (неизолированные корпуса) с диапазоном рабочих температур –55/40…+105/150°С, номинальными напряжениями 10–100 В, 160–450 В и ёмкостями от 2,2 до 12 000 мкФ. Рассмотрим особенности приборов этой группы на примере серии В41897 (см. рис. 7).

Конденсаторы данной серии предназначены для применения в автомобильной электронике и источниках питания для тяжёлых условий эксплуатации. Изделия характеризуются ультракомпактной конструкцией, широким диапазоном рабочих температур (до +150°С) и большим сроком службы (3000 ч при T = +135°C). Рабочие напряжения приборов – 25, 40, 63 и 75 В, ёмкости – от 270 до 12 000 мкФ. Конденсаторы отличаются высокой вибростойкостью (20g в диапазоне 10 Гц – 2 кГц, максимальная амплитуда качания по длине 1,5 мм), большим допустимым током пульсаций (1,6–6,4 А на частоте 100 кГц при T = +125°C) и малым значением ESR (21–73 мОм на частоте 100 кГц при T = +20°C). 

Литература

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!