وتوجد المواد العازلة لهذه المكثفات على شكل طبقة رقيقة مزودة بأقطاب معدنية وملفوفة في ملف أسطواني، وقد يكون كلا القطبين الكهربائيين للمكثفات الفيلمية من الزنك أو الألومنيوم المعدني.
 |
| المكثفات الفيلمية Film Capacitors |
ما هي المكثفات الفيلمية؟
يطلق على المكثفات الفيلمية مكثفات الفيلم البلاستيكي أو المكثفات العازلة للفيلم أو مكثفات الفيلم البوليمر والتي تسمى بشكل عام أغطية الفيلم وكذلك مكثفات فيلم الطاقة.
تعريف المكثفات الفيلمية
هي مكثفات كهربائية ذات فيلم بلاستيكي عازل كعازل يتم دمجه أحيانًا مع الورق كحامل للأقطاب الكهربائية.
تاريخها
تم استخدام المكثفات الورقية في دوائر الفصل قبل إدخال المكثفات الفيلمية.
ثم تم وضع طبقات من الورق المشرب بشرائط معدنية ولفها في أشكال أسطوانية لصنع مكثفات ورقية.
ونظرًا لأن هذه المكثفات تستخدم الورق كمادة عازلة للكهرباء فإنها كانت حساسة للمشاكل الطبيعية وكبيرة جدًا ونتيجة لذلك بدأ العلماء في البحث عن علاج من شأنه أن يخفف من هذه المشاكل.
عندما بدأت صناعة البلاستيك تتوسع اكتشف العلماء كيف أن استخدام أغشية بلاستيكية معينة كعوازل كهربائية يوفر استقرارًا طويل المدى للمعلمات الكهربائية، مما ساعد في تقليل الحجم عن طريق استبدال طبقات متعددة من الورق ببضع أوراق فقط من البلاستيك.
ومع تقدم التكنولوجيا تقلص حجم هذه المكثفات مع توفر بوليمرات أرق ذات موثوقية عالية.
البينة والخصائص للمكثفات الفيلمية
البناء
- تتكون المكثفات السينمائية من طبقة عازلة رقيقة تكون معدنية من جانب واحد أو لا تكون معدنية على الإطلاق.
- الفيلم رقيق جدًا بسمك أقل من ميكرومتر واحد.
- يتم تقطيع الفيلم إلى شرائط بعد أن يتم سحبه إلى السماكة المناسبة.
- يتم تحديد عرض الشريط حسب سعة المكثف الذي يتم تصنيعه.
- يتم لف شريطين من الفيلم معًا لتشكيل لفة، ثم يتم ضغطهما بعد ذلك إلى شكل بيضاوي ليناسب علبة مستطيلة.
- نظرًا لأن المكونات المستطيلة تشغل مساحة أقل على لوحة الدائرة المطبوعة، فهذا أمر بالغ الأهمية.
- يتم توصيل كل من القطبين بأحد الأفلام لإنشاء أقطاب كهربائية.
- باستخدام ميزة الإصلاح الذاتي للمكثفات الفيلمية، يتم توفير الجهد الكهربي لحرق أي عيوب.
- يتم بعد ذلك إغلاق الجزء الداخلي من الصندوق بإحكام بزيت السيليكون لحماية لفة الفيلم من الرطوبة وغمسها في البلاستيك.
الخصائص
- هذا المكثف غير مستقطب مما يجعله مقبولاً لإشارة التيار المتردد وتطبيقات الطاقة.
- الميزة الرئيسية للمكثف الفيلمي هي الاتصال المباشر بين بنيته الداخلية وأقطابه الكهربائية على طرفي الملف حيث يؤدي هذا الاتصال المباشر مع الأقطاب الكهربائية إلى جعل جميع مسارات التيار قصيرة.
- يمكن إنتاج المكثفات الفيلمية بقيم سعوية دقيقة للغاية، وتحتفظ بهذه القيمة لفترة أطول من أنواع المكثفات الأخرى.
- تتمتع المكثفات الفيلمية بعمر افتراضي طويل ويمكن الاعتماد عليها للغاية، مع متوسط معدل فشل منخفض جدًا.
- لديهم انخفاض ESR (مقاومة السلسلة المكافئة)، وانخفاض الحث الذاتي (ESL)، وعوامل تبديد منخفضة نتيجة لذلك.
- يمكنهم تحمل الفولتية التي تصل إلى كيلو فولت وتقديم رشقات نارية قوية للغاية من التيار.
- هناك فئة محددة من مكثفات الأفلام المعروفة باسم مكثفات أفلام الطاقة والتي يمكنها تحمل طاقة تفاعلية تزيد عن 200 فولت أمبير.
- يمكن استخدام أطراف خاصة من النوع اللولبي يمكنها التعامل مع التيارات العالية في هذه المكثفات.
- تتراوح سعات مكثفات الأفلام النموذجية من أقل من 1 نانو فاراد إلى أكثر من 30 ميكرو فاراد.
- ومتوفرة بمستويات جهد تتراوح من 50 فولت إلى أكثر من 2 كيلو فولت.
التغليف والتعبئة للمكثفات الفيلمية
- نوع التغليف والتعبئة (البيضاوي والدائري) : في هذا النوع يتم إغلاق أطراف المكثف بمادة الإيبوكسي ويتم تغليف المكثف بشريط بلاستيكي محكم.
- علبة إيبوكسي (مستطيلة ودائرية): في هذا النوع يتم تغليف المكثفات بغلاف بلاستيكي مقولب ومملوء بمادة الإيبوكسي.
- معدن محكم الغلق (مستطيل ومستدير): يتم تغليف هذه الأنواع من المكثفات في أنبوب معدني أو علبة، ومختومة بمادة الإيبوكسي.
أنواع المكثفات الفيلمية
تنقسم المكثفات السينمائية عمومًا إلى نوعين بناءً على بنائها هما:
- Film/Foil Capacitors
- Metalized Film Capacitors
Film/Foil Capacitors
يتم استخدام مادة البولي بروبيلين (PP) / البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) / البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) كعوازل كهربائية.
ويتم وضع المادة العازلة بين طبقتين من أقطاب رقائق الألومنيوم، لا تتلامس الطبقات المعدنية مع بعضها البعض لأن هذه الطبقات المتداخلة منظمة للغاية، تتوفر المكثفات الحثية أو غير الحثية.
يتم لف مكثف رقائقي ذو غشاء حثي بحيث تكون رقائق الألومنيوم في منتصف الغشاءين، يتم ربط رقائق الألومنيوم ببعضها البعض بواسطة سلك رئيسي يربط الملف بأكمله معًا.
في مكثف رقائق الألومنيوم غير الحثية، يتم وضع رقائق الألومنيوم بحيث تتعرض كل رقاقة جزئيًا للأفلام.
مميزات Film/Foil Capacitors
- مقاومة عزل عالية.
- استقرار القدرات جيد.
- حتى في الترددات العالية تكون الكفاءة عالية.
Metalized Film Capacitors
يتم استخدام البولي بروبيلين (PP)، والبولي إيثيلين تيريفثاليت (PET)، والبولي تترافلوروإيثيلين (PTFE)، وكبريتيد البولي فينيلين (PPS) كمواد عازلة للكهرباء.
يتمثل الاختلاف الأساسي بين Film/Foil Capacitors وMetalized Film Capacitors في أن الأقطاب الكهربائية المعدنية ل Metalized Film Capacitors يتم دمجها في كلا جانبي العازل البلاستيكي بدلاً من وضعها في طبقات، مما يوفر ثباتًا أعلى وأبعادًا أصغر من مكثفات Film/Foil Capacitors على الرغم من تكلفته العالية ويتطلب خطوة إضافية في عملية التصنيع للحصول على قيمة السعة اللازمة يمكن أن يصل سمك الصفيحة البلاستيكية إلى 0.6 ميكرومتر.
مميزات Metalized Film Capacitors
- خاصية الإصلاح الذاتي التي تسمح للمكثف بالإصلاح الذاتي بدلاً من حدوث ماس كهربائي في حالة تلامس الأقطاب الكهربائية مع بعضها البعض، ونتيجة لذلك تتحسن موثوقية المكثف.
- الحجم والشكل كلاهما مضغوطان.
تطبيقات المكثفات الفيلمية
- يتم استخدام المكثفات الفيلمية منخفضة الطاقة كمكثفات فصل، ومرشحات، ومحولات A/D.
- تعد مكثفات الأمان وكوابح ضوء الفلورسنت حيث تتطلب مصابيح الفلورسنت كوابح إضاءة لبدء التشغيل والعمل بشكل صحيح.
- يتم استخدامها في قمع التداخل الكهرومغناطيسي.
- تعمل أجهزة الحماية المعروفة باسم مكثفات snubber على تخفيف أو "تجاهل" ارتفاعات الجهد الكهربي الارتجاعي، يتم استخدام المكثفات الفيلمية بشكل شائع في هذه الدوائر نظرًا لانخفاض الحث الذاتي، وارتفاع ذروة التيار، وانخفاض ESR، وكلها أمور مهمة في التصميم المانع للتسرب. في هذا النوع من الدوائر، يتم استخدام مكثفات غشاء البولي بروبيلين بشكل شائع، تُستخدم أجهزة Snubbers في مجموعة متنوعة من الأجهزة الكهربائية، بما في ذلك محولات flyback DC-DC وأجهزة إلكترونيات الطاقة الأخرى.
- يمكن أيضًا استخدام المكثفات الفيلمية كمكثفات تجانس الجهد، والمرشحات، وعمليات الانتقال الصوتي في التطبيقات التقليدية.
- يمكن للمكثفات الفيلمية تخزين الطاقة ثم إطلاقها في نبضة عالية التيار عند الضرورة، حيث يتم تشغيل كل من الليزر النبضي وتفريغات البرق بواسطة نبضات كهربائية عالية التيار.
مميزات وعيوب المكثفات الفيلمية
المزايا
- تتميز بالجودة العالية وعوامل تبديد منخفضة جدًا وقيم الحث المنخفضة (ESL).
- عند مقارنتها بالمكثفات الخزفية، لا يوجد ميكروفونات.
- بها خصائص الإصلاح الذاتي في المكثفات الفيلمية المعدنية.
- يمكن تحقيق الفولتية عالية التصنيف التي تصل إلى كيلو فولت.
- عند مقارنتها بالمكثفات الإلكتروليتية فإن تيار التموج أعلى بكثير.
- عند مقارنتها بالمكثفات الإلكتروليتية ذات القيمة المماثلة، يكون هناك تقادم أقل بكثير.
- يمكن تحقيق نبضات التيار المفاجئ ذات المقادير العالية والعالية جدًا.
العيوب
- المكثفات ذات الحجم المادي أكبر من المكثفات الإلكتروليتية.
- تحتوي عبوات تكنولوجيا التثبيت السطحي (SMT) على عدد محدود من الأنواع.
- لا تمتلك أنواع Film/Foil Capacitors القدرة على الإصلاح الذاتي (ماس كهربائي لا رجعة فيه)
- في ظل ظروف التحميل الزائد قد تصبح قابلة للاشتعال.
المصادر
Film Capacitor
Film capacitor
What is Film Capacitor? Different Types & Working