อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐาน - ตัวเก็บประจุแบบโพลาไรซ์
ตัวเก็บประจุแบบโพลาไรซ์เป็นตัวเก็บประจุที่มีขั้วบวกและขั้วลบที่เฉพาะเจาะจง ในขณะที่ใช้ตัวเก็บประจุเหล่านี้ในวงจรควรดูแลให้มีการเชื่อมต่ออยู่เสมอperfect polarities. ภาพต่อไปนี้แสดงการจำแนกประเภทของตัวเก็บประจุแบบโพลาไรซ์
มาเริ่มการสนทนากับ Electrolytic Capacitors
Electrolytic Capacitors
Electrolytic Capacitors เป็นตัวเก็บประจุที่ระบุด้วยชื่อที่ใช้อิเล็กโทรไลต์บางตัว เป็นตัวเก็บประจุแบบโพลาไรซ์ซึ่งมีขั้วบวก (+) และแคโทด (-) ที่มีขั้วเฉพาะ
โลหะที่ insulating oxide layer แบบฟอร์มโดยการอโนไดซ์เรียกว่าเป็น Anode. ของแข็งหรือไม่แข็งelectrolyte ซึ่งครอบคลุมพื้นผิวของชั้นออกไซด์ทำหน้าที่เป็นก cathode. Electrolytic Capacitors มีค่าสูงกว่ามากCapacitance-Voltage (CV) value มากกว่าที่อื่นเนื่องจากพื้นผิวแอโนดที่ใหญ่กว่าและชั้นอิเล็กทริกออกไซด์บาง ๆ
ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติค
ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคเป็นประเภทที่พบบ่อยที่สุดในบรรดาตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า ในคนเหล่านี้บริสุทธิ์Aluminum foil ด้วยพื้นผิวที่แกะสลักทำหน้าที่เป็น Anode. ชั้นโลหะบาง ๆ ซึ่งมีความหนาไม่กี่ไมโครเมตรทำหน้าที่เป็นกdiffusion barrierซึ่งวางอยู่ระหว่างโลหะสองชนิดเพื่อแยกกันทางไฟฟ้า ดังนั้นสิ่งกีดขวางการแพร่จึงทำหน้าที่เป็นdielectric. electrolyte ทำหน้าที่เป็น cathode ซึ่งครอบคลุมพื้นผิวหยาบของชั้นออกไซด์
รูปต่อไปนี้แสดงภาพของตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคขนาดต่างๆที่มีจำหน่าย
ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคมีสามประเภทขึ้นอยู่กับอิเล็กโทรไลต์ พวกเขาคือ -
- ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคเปียก (ไม่ใช่ของแข็ง)
- แมงกานีสไดออกไซด์ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติค (ของแข็ง)
- ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคโพลิเมอร์ (ของแข็ง)
ข้อได้เปรียบหลักของตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคเหล่านี้คือมี low impedanceค่าแม้ที่ความถี่ไฟหลักและมีราคาถูกกว่า ส่วนใหญ่จะใช้ในPower supply circuits, SMPS (แหล่งจ่ายไฟสลับโหมด) และ DC-DC Converters.
ตัวเก็บประจุแทนทาลัมอิเล็กโทรลีติค
นี่คือตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าอีกประเภทหนึ่งที่มี anode ถูกสร้างขึ้นจาก tantalum ซึ่งฉนวนบางมาก oxide layerถูกสร้างขึ้น เลเยอร์นี้ทำหน้าที่เป็นไฟล์dielectric และ electrolyte ทำหน้าที่เป็นแคโทดซึ่งครอบคลุมพื้นผิวของชั้นออกไซด์
รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าตัวเก็บประจุแทนทาลัมมีลักษณะอย่างไร
แทนทาลัมให้ชั้นอิเล็กทริกที่อนุญาตสูง แทนทาลัมมีความจุสูงต่อปริมาตรและน้ำหนักต่ำกว่า แต่สิ่งเหล่านี้มีราคาแพงกว่าตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคเนื่องจากแทนทาลัมไม่พร้อมใช้งานบ่อยครั้ง
Niobium Electrolytic Capacitors
ตัวเก็บประจุไนโอเบียมอิเล็กโทรลีติคเป็นตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์ชนิดอื่นซึ่งโลหะไนโอเบียมที่ผ่านการพาสซีฟหรือไนโอเบียมมอนอกไซด์ถือเป็นขั้วบวกและชั้นไนโอเบียมเพนออกไซด์ที่เป็นฉนวนจะถูกเพิ่มเข้าไปในขั้วบวกเพื่อให้ทำหน้าที่เป็นอิเล็กทริก อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งวางอยู่บนพื้นผิวของชั้นออกไซด์ซึ่งทำหน้าที่เป็นแคโทด รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าตัวเก็บประจุไนโอเบียมมีลักษณะอย่างไร
ตัวเก็บประจุไนโอเบียมมักมีจำหน่ายในรูปแบบตัวเก็บประจุแบบชิป SMD (Surface Mount Devices) สิ่งเหล่านี้ติดตั้งได้ง่ายใน PCB ตัวเก็บประจุเหล่านี้ควรใช้งานในขั้วที่สมบูรณ์แบบ แรงดันย้อนกลับหรือกระแสกระเพื่อมชนิดใด ๆ ที่สูงกว่าที่กำหนดจะเกิดขึ้นในที่สุดdestroy the dielectric และตัวเก็บประจุด้วย
ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์
ตัวเก็บประจุไฟฟ้าเคมีความจุสูงที่มีค่าความจุสูงกว่าตัวเก็บประจุอื่น ๆ เรียกว่าเป็น Super Capacitors. สิ่งเหล่านี้สามารถแบ่งได้เป็นกลุ่มที่อยู่ระหว่างตัวเก็บประจุไฟฟ้าและแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ สิ่งเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าUltra Capacitors.
ตัวเก็บประจุเหล่านี้มีข้อดีหลายประการเช่น -
- มีค่าความจุสูง
- สามารถจัดเก็บและจัดส่งประจุได้เร็วกว่ามาก
- พวกเขาสามารถจัดการกับรอบการชาร์จและการคายประจุได้มากขึ้น
ตัวเก็บประจุเหล่านี้มีแอพพลิเคชั่นมากมายเช่น -
- ใช้ในรถยนต์รถประจำทางรถไฟลิฟท์และเครน
- ใช้ในการเบรกแบบปฏิรูป
- ใช้สำหรับการสำรองข้อมูลหน่วยความจำ
ประเภทของ super capacitors ได้แก่ Double-layered, Pseudo และ Hybrid
ตัวเก็บประจุสองชั้น
ตัวเก็บประจุสองชั้นคือตัวเก็บประจุแบบไฟฟ้าสถิต การสะสมประจุจะกระทำในตัวเก็บประจุเหล่านี้ตามหลักการของ Double-Layer
สารที่เป็นของแข็งทั้งหมดมีประจุลบที่ชั้นผิวเมื่อทิ้งลงในของเหลว
เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์ความเป็นฉนวนของของเหลวสูง
ไอออนบวกทั้งหมดเข้ามาใกล้พื้นผิวของวัสดุที่เป็นของแข็งเพื่อสร้างผิว
การสะสมของไอออนบวกใกล้กับวัสดุที่เป็นของแข็งจะคลายตัวลงตามระยะทาง
ประจุที่สร้างขึ้นที่พื้นผิวนี้เนื่องจากการสะสมของแอนไอออนและไอออนบวกนำไปสู่ค่าความจุบางส่วน
ปรากฏการณ์สองชั้นนี้เรียกอีกอย่างว่า Helmholtz double layer รูปด้านล่างอธิบายขั้นตอนของปรากฏการณ์สองชั้นเมื่อตัวเก็บประจุถูกชาร์จและเมื่อมันถูกปล่อยออกมา
ตัวเก็บประจุเหล่านี้เรียกง่ายๆว่า Electric Double Layered Capacitors (EDLC) พวกเขาใช้อิเล็กโทรดคาร์บอนเพื่อให้เกิดการแยกประจุระหว่างพื้นผิวของอิเล็กโทรดที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและอิเล็กโทรไลต์ คาร์บอนทำหน้าที่เป็นอิเล็กทริกและอีกสองตัวเป็นแอโนดและแคโทด การแยกประจุมีขนาดเล็กกว่าตัวเก็บประจุแบบเดิมมาก
ตัวเก็บประจุหลอก
ตัวเก็บประจุเหล่านี้เป็นไปตาม electrochemicalกระบวนการสำหรับการสะสมของประจุ นี้เรียกอีกอย่างว่าfaradaic process. ที่อิเล็กโทรดเมื่อสารเคมีบางชนิดลดหรือออกซิไดซ์กระแสไฟฟ้าบางส่วนจะถูกสร้างขึ้น ในระหว่างกระบวนการดังกล่าวตัวเก็บประจุเหล่านี้จะเก็บประจุไฟฟ้าโดยการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ นี่คือหลักการทำงานของตัวเก็บประจุ Pseudo
พวกเขาจะชาร์จเร็วขึ้นมากและเก็บประจุได้มากพอ ๆ กับแบตเตอรี่ ดำเนินการในอัตราที่เร็วกว่า ใช้ควบคู่กับแบตเตอรี่เพื่อเพิ่มอายุการใช้งาน สิ่งเหล่านี้ใช้ในแอปพลิเคชันกริดเพื่อจัดการกับความผันผวนของพลังงาน
ตัวเก็บประจุแบบไฮบริด
Hybrid Capacitor เป็นการรวมกันของ EDLC และ Pseudo Capacitor ในตัวเก็บประจุแบบไฮบริดจะใช้ถ่านกัมมันต์เป็นแคโทดและวัสดุคาร์บอนที่เจือไว้ล่วงหน้าจะทำหน้าที่เป็นขั้วบวก ตัวเก็บประจุ Li ion เป็นตัวอย่างทั่วไปของประเภทนี้ รูปต่อไปนี้แสดงประเภทต่างๆของ Hybrid Capacitors
มีความทนทานสูงในช่วงอุณหภูมิที่หลากหลายตั้งแต่ -55 ° C ถึง 200 ° C ตัวเก็บประจุแบบไฮบริดยังใช้ในการใช้งานในอากาศ แม้ว่าราคาจะสูง แต่ตัวเก็บประจุเหล่านี้มีความน่าเชื่อถือสูงและมีขนาดกะทัดรัด สิ่งเหล่านี้มีความทนทานและสามารถทนต่อแรงกระแทกแรงสั่นสะเทือนและแรงกดดันจากสิ่งแวดล้อมได้ ตัวเก็บประจุแบบไฮบริดมีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าและมีกำลังจำเพาะสูงกว่าตัวเก็บประจุไฟฟ้าใด ๆ