Можете ли вы сделать неполярный электролитический конденсатор из двух обычных электролитических конденсаторов?

Был некоторый разговор по этому вопросу

• Какие есть причины для подключения конденсаторов последовательно?
• Какие есть причины для подключения конденсаторов последовательно?

который я не вижу как окончательно решенный:

• «Оказывается, что то, что может выглядеть как два обычных электролитика, на самом деле не является двумя обычными электролитами».
• «Нет, не делайте этого. Он также будет действовать как конденсатор, но как только вы пропустите несколько вольт, он вырвет изолятор».
• Вроде как "вы не можете сделать BJT из двух диодов"
• «это процесс, который не может сделать тинкер»

Так неполярный (NP) электролитический колпачок электрически идентичен двум электролитическим колпачкам в обратной серии или нет? Разве это не переживает те же напряжения? Что происходит с крышкой с обратным смещением, когда на комбинацию подается большое напряжение? Есть ли практические ограничения, кроме физического размера? Имеет ли значение какая полярность снаружи?

Я не вижу, в чем разница, но многие люди думают, что есть одна.

Резюме:

Как написано в одном из комментариев, происходит что-то вроде электрохимического диода:

Пленка проницаема для свободных электронов, но по существу непроницаема для ионов, при условии, что температура ячейки не высока. Когда металл, лежащий в основе пленки, находится под отрицательным потенциалом, в этом электроде имеются свободные электроны, и ток течет через пленку ячейки. При обратной полярности электролит подвергается отрицательному потенциалу, но, поскольку в электролите есть только ионы и свободные электроны, ток блокируется. - Электролитический конденсатор от Александра М. Георгиева

Обычно конденсатор не может смещаться в обратном направлении в течение длительного времени, иначе будут протекать большие токи и «разрушать центральный слой диэлектрического материала посредством электрохимического восстановления»:

Электролитик может выдерживать обратное смещение в течение короткого периода, но будет проводить значительный ток и не будет действовать как очень хороший конденсатор. - Википедия: Электролитический конденсатор

Однако, когда у вас есть два спина к спине, конденсатор с прямым смещением предотвращает протекание длительного постоянного тока.

Работает и для тантала :

Для положений схемы, когда отклонения в обратном напряжении неизбежны, два одинаковых конденсатора, соединенных последовательно «вплотную» ... создадут функцию неполярного конденсатора ... Это работает, потому что почти все напряжение цепи падает через конденсатор с прямым смещением , так что устройство с обратным смещением видит только незначительное напряжение.

Часто задаваемые вопросы по твердотельным конденсаторам (FAQ) :

Окисная диэлектрическая конструкция, которая используется в танталовых конденсаторах, обладает основным выпрямленным свойством, которое блокирует протекание тока в одном направлении и в то же время обеспечивает путь с низким сопротивлением в противоположном направлении.

Резюме:

• Да, «поляризованные» алюминиевые «мокрые электролитические» конденсаторы могут быть законно подключены «спина к спине» (то есть последовательно с противоположными полярностями) для образования неполярного конденсатора.

• C1 + C2 всегда равны по емкости и номинальному напряжению.
  Ceffective = = C1 / 2 = C2 / 2

• Veffective = рейтинг C1 и C2.

• См. «Механизм» в конце, чтобы узнать, как это (вероятно) работает.

При этом принято считать, что оба конденсатора имеют одинаковую емкость.
Результирующий конденсатор с половиной емкости каждого отдельного конденсатора.
например, если два x 10 мкФ конденсатора установлены последовательно, результирующая емкость будет 5 мкФ.

Я делаю вывод, что полученный конденсатор будет иметь такое же номинальное напряжение, что и отдельные конденсаторы. (Я могу ошибаться).

Я видел, как этот метод использовался во многих случаях на протяжении многих лет, и, что более важно, видел метод, описанный в примечаниях по применению от ряда производителей конденсаторов. Смотрите в конце для одной такой ссылки.

Понимание того, как отдельные конденсаторы становятся правильно заряженными, требует либо веры в заявления изготовителей конденсаторов («действуйте так, как если бы они были обойдены диодами», либо дополнительной сложности, НО понять, как работает схема после ее запуска, проще.
Представьте себе две заглушки друг к другу). с полностью заряженным Cl и полностью разряженным Cr.
Если через последовательное устройство пропускается ток, так что Cl затем разряжается до нулевого заряда, то обратная полярность Cr заставит его заряжаться до полного напряжения. Попытки подать дополнительный ток и дальнейший разряд Cl, так что предполагается, что неправильная полярность приведет к тому, что Cr будет заряжаться выше его номинального напряжения, т. е. может быть предпринята попытка, НО будет вне спецификации для обоих устройств.

Учитывая вышеизложенное, можно ответить на конкретные вопросы:

Какие есть причины для подключения конденсаторов последовательно?

Можно создать биполярный колпачок из 2-х полярных колпачков.
ИЛИ может удвоить номинальное напряжение до тех пор, пока соблюдаются меры по выравниванию распределения напряжения. Иногда для достижения баланса используются резисторы Paralleld.

«Оказывается, что то, что может выглядеть как два обычных электролитика, на самом деле не является двумя обычными электролитами».

Это можно сделать с помощью обычных электролитиков.

«Нет, не делайте этого. Он также будет действовать как конденсатор, но как только вы пропустите несколько вольт, он вырвет изолятор».

Работает нормально, если рейтинги не превышены.

Вроде как "вы не можете сделать BJT из двух диодов"

Причина сравнения отмечена, но не является действительной. Каждая половина конденсатора по-прежнему подчиняется тем же правилам и требованиям, что и в одиночестве.

«это процесс, который не может сделать тинкер»

Может Tinkerer - вполне законно.

Так неполярный (NP) электролитический колпачок электрически идентичен двум электролитическим колпачкам в обратной серии или нет?

Конечно, но производители обычно вносят изменения в производство, так что есть две анодные пленки, НО результат одинаков.

Разве это не переживает те же напряжения?

Номинальное напряжение соответствует номиналу одной крышки.

Что происходит с крышкой с обратным смещением, когда на комбинацию подается большое напряжение?

При нормальной работе НЕТ обратного смещения крышки. Каждая крышка обрабатывает полный цикл переменного тока, эффективно видя половину цикла. Смотрите мое объяснение выше.

Есть ли практические ограничения, кроме физического размера?

Нет очевидного ограничения, о котором я могу думать.

Имеет ли значение какая полярность снаружи?

Нет. Нарисуйте то, что каждая шапка видит изолированно, без ссылки на то, что «снаружи». Теперь измените их порядок в цепи. То, что они видят, идентично.

Я не вижу, в чем разница, но многие люди думают, что есть одна.

Ты прав. Функционально с точки зрения «черного ящика» они одинаковы.

ПРИМЕР ПРОИЗВОДИТЕЛЯ:

В этом документе « Руководство по применению, алюминиевые электролитические конденсаторы» от Cornell Dubilier, компетентного и уважаемого производителя конденсаторов, говорится в нем (в возрасте 2.183 и 2.184).

• Если два алюминиевых электролитических конденсатора одинакового значения соединены последовательно, вплотную с подключенными положительными или отрицательными клеммами, то получающийся в результате одиночный конденсатор является неполярным конденсатором с половиной емкости.

  Два конденсатора выпрямляют приложенное напряжение и действуют так, как если бы они были обойдены диодами.

  При подаче напряжения конденсатор правильной полярности получает полное напряжение.

  В неполярных алюминиевых электролитических конденсаторах и алюминиевых электролитических конденсаторах с пусковым электродвигателем вторая анодная фольга заменяет катодную фольгу для достижения неполярного конденсатора в одном корпусе.

Для понимания общего действия важен этот комментарий на странице 2.183.

• Хотя может показаться, что емкость находится между двумя фольгами, фактически емкость находится между анодной фольгой и электролитом.

  Положительная пластина - анодная фольга;

  диэлектрик представляет собой изолирующий оксид алюминия на анодной фольге;

  истинная отрицательная пластинка - проводящий жидкий электролит, а катодная фольга просто соединяется с электролитом.

  Эта конструкция обеспечивает колоссальную емкость, поскольку травление фольги может увеличить площадь поверхности более чем в 100 раз, а диэлектрик из оксида алюминия имеет толщину менее микрометра. Таким образом, полученный конденсатор имеет очень большую площадь пластины, и пластины очень близко друг к другу.

ДОБАВЛЕНО:

Как и Олин, я интуитивно чувствую, что необходимо обеспечить средства поддержания правильной полярности. На практике кажется, что конденсаторы хорошо справляются с учетом «граничных условий» запуска. Cornell Dubiliers «ведет себя как диод» нуждается в лучшем понимании.

МЕХАНИЗМ:

Я думаю, что ниже описано, как работает система.

Как я описал выше, как только один конденсатор будет полностью заряжен в одной из крайностей формы волны переменного тока, а другой полностью разряжен, тогда система будет работать правильно, с зарядом, передаваемым во внешнюю "пластину" одного колпачка, напротив внутренней пластины этого крышка к другой крышке и «из другого конца». т. е. совокупность зарядов переносится между двумя конденсаторами и между ними и обеспечивает поток чистого заряда в двойную крышку и из нее. Пока проблем нет.

Правильно смещенный конденсатор имеет очень низкую утечку.
Конденсатор с обратным смещением имеет большую утечку и, возможно, намного выше.
При запуске один колпачок смещается в обратном направлении в каждом полупериоде и протекает ток утечки.
Поток заряда таков, что приводит конденсаторы к правильно сбалансированному состоянию.
Это и есть «действие диода» - не формальное выпрямление, а утечка при неправильном смещении.
После ряда циклов баланс будет достигнут. Чем «утечка» крышки в обратном направлении, тем быстрее будет достигнут баланс.
Любые недостатки или неравенства будут компенсированы этим саморегулирующимся механизмом. Очень аккуратный.

Я знаю, что это было успешно сделано целую вечность, но почему это работает, стоит посмотреть.

Я думал, что настрою быструю симуляцию на основе информации, предоставленной Расселом в его ответе. Основным моментом является то, чтобы они действовали так, как если бы они были обойдены диодами. Это очень грубое приближение, но оно дает представление о том, что может происходить.

I [D1] и I [D2] представляют обратный ток через колпачки. Первоначально один из колпачков получает кратковременный всплеск обратного тока, затем он становится минимальным для обоих. I [C1] и I [C2] представляют ток через емкость. Это соответствует ожиданиям 0,5 мкФ при 100 Гц. Емкостное сопротивление

Таким образом, пиковый ток будет

Голубая волна на третьем графике - это напряжение питания. Синие и зеленые волны на третьем графике представляют напряжение, видимое на каждом конденсаторе (+ клемма относительно - клеммы каждого)

Как видно, оба поляризованы правильно.

Да, возможно объединить два поляризованных колпачка в один эффективный неполяризованный колпачок, но с некоторыми ограничениями. Каждой отдельной крышке все еще нужно видеть напряжение в пределах своих технических характеристик. Самый простой способ сделать это - иметь напряжение питания, которое гарантированно всегда выше или ниже любого напряжения, приложенного к любой стороне неполяризованного колпачка. Затем две поляризованные заглушки подключаются друг к другу, а резистор высокого значения подключается к источнику питания:

Обратите внимание, что общая емкость представляет собой последовательную комбинацию двух отдельных конденсаторов, которая равна половине каждого, если они равны. В приведенном выше примере общая эффективная емкость составляет 235 мкФ.

Диапазон напряжения каждой крышки также должен быть тщательно продуман. Худший случай зависит от того, что может сделать внешняя цепь. Например, предположим, что оба конца удерживаются при 10 В, затем левый конец внезапно опустился до 0 В. Центр будет при -5 В с 15 В через правую крышку сразу после шага. Полное сопротивление 1 МОм на сигнале к источнику питания также должно учитываться. R1 должен быть достаточно низким, чтобы утечка через колпачки не добавляла слишком много напряжения, но в противном случае была бы настолько высокой, насколько это возможно, чтобы не нагружать сигнал.

В общем, подобного рода уловки следует считать последним средством. Поскольку для сигналов обычно необходимы биполярные конденсаторы, их часто можно расположить так, чтобы они требовали более низкой биполярной емкости. Многослойные керамические колпачки значительно продвинулись в последнее десятилетие. Если вы можете обойтись 10 мкФ вместо 100 мкФ, керамическая банка, вероятно, справится с этой задачей.

Имейте в виду, что эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) парных конденсаторов последовательно удваивается. Так как в случае компонентов, отклоняющихся от своей идеальной модели (конденсатор, близкий к идеальному / реальному миру, должен иметь незначительное сопротивление и полное сопротивление), он может иметь нежелательные эффекты (например, выделение дыма). Например, ИС, такие как LM78xx и LM317, будут иметь плохое регулирование из-за звона, вызванного конденсаторами фильтра с высокой ESR

Я построил генератор TTL, чтобы проверить. Обсуждение отчасти верно.

Если коэффициент заполнения близок к 50%, то конденсаторы действуют так, как будто они имеют встроенные диоды и ограничивают отклонение отрицательного (неправильного направления) напряжения. Если коэффициент заполнения не 50% (в моем случае около 30%), то отклонение отрицательного напряжения составляло около 0 В на одном конденсаторе и 1,1 В на другом.

Я бы включил защитные диоды во все приложения, кроме симметричных сигналов малой мощности. Для силовых применений диоды Шоттки могут быть выгодным вложением.

Да, это может быть сделано и безопасно, но я боюсь, что есть различные проблемы, если вы просто будете следовать советам в некоторых ответах.

Например, если вы резистивно смещаете среднюю точку к потенциалу питания, конденсаторы могут подвергаться воздействию 1,5-кратного потенциала питания, даже если конденсаторы совпадают. Любое несоответствие увеличит возможный максимум, и в зависимости от спецификации несоответствие может быть существенным: даже +/- 20% представляет отношение наихудшего случая 1,5: 1).

Обратное соединение, опирающееся на ионные диоды, позволяет избежать вышеуказанной проблемы, но вводит другую, по крайней мере, в теории. Конденсаторы могут иметь утечку низкого уровня, которая не связана напрямую с предполагаемой работой; это может привести к возникновению проблем с течением времени, если один конденсатор протекает, а другой - нет. Я не знаю, как это происходит, но параллельное применение дешевых слабосигнальных диодов должно быть более чем достаточным для подавления эффекта, так как алюминиевые электролитики не работают значительно ниже примерно 1,5 В (хотя лично я предпочитаю поддерживать не более 1-вольта на длительный срок). (В качестве дополнительного примечания: кроме хитроумных разъемов, наиболее частая причина отказов оборудования, которую я видел, связана с тем, что цепи смазывания электролитической утечки отклоняются от их предполагаемых условий смещения - так,

Последнее замечание по безопасности: требование использовать взаимное смещение предполагает наличие значительного сигнала переменного тока в паре. Это подразумевает пульсацию тока; не превышайте номинальный ток пульсации, а также имейте в виду, что (в зависимости от типа и конструкции) номинальный ток пульсации электролитических конденсаторов зависит от частоты

Компания, в которой я работал, построила тысячи приборов за эти годы, которые использовали взаимную электролитику. Там никогда не было проблемы.

Это может показаться чрезвычайно простым наблюдательным анализом, но, глядя на синусоидальную волну, когда она пересекает ноль, у нас есть две половины, например, волна переменного тока 110 В составляет 220 В от (+) до (-) пиков. Это означает, что C1 и C2 попеременно смещены вперед и обращены к своему электролиту. Напряжение прямого смещения составляет 110 В на передней смещенной крышке С1, а затем на С2 соответственно в течение каждого из их положительных полупериодов. Если посмотреть на квартальные циклы, то колпачки заряжаются положительно в течение их соответствующего положительного цикла первого квартала и разряжаются в течение цикла второго квартала. 110 В заряжает и разряжает один конденсатор, а затем другой, попеременно.

Но если допустить, что на оба конденсатора, один прямой и другой с обратным смещением, падает напряжение 110 В, то падение напряжения на любой одной крышке будет на самом деле только 55 В. Может быть, это неуместно, или рекомендуется обратное смещение электролитической крышки, но в описанном случае величина обратного смещения составляет только половину или фактически одну четверть фактического приложенного (220) напряжения. Следуя лучшим рекомендациям, использование колпачков, номинальное значение которых должно быть не менее чем в два раза больше приложенного напряжения, и никогда не превышающее половину этого значения (1/4 падает на каждую колпачок), по-видимому, не достигает точки разрушения.

Я сделал это с четырьмя крышками 30 мкФ, все штыри связаны. Возьмите два поста с одной стороны, два с другой. Все четыре кепки были 30 мкФ при 150 В. Делайте математику как хотите, но колонки работали хорошо в течение 33 лет, пока мне не пришлось менять компоненты просто потому, что пришло время заново перекрыть кроссоверы и заново вспенить сабвуферы.

Помните, Q = CV. Если у вас есть два конденсатора последовательно, и вы интегрируете ток через конденсаторы, Q будет чередоваться от одного конденсатора к другому ... Однако, возможно иметь нулевое напряжение на последовательной комбинации двух конденсаторов, но все же иметь очень значительное, но равное напряжение на каждом конденсаторе. например, + 10v + -10v = 0v.

Но подождите, есть еще одно соображение. Помните Q = CV, который вы изучили в своем первом уроке электроники? Ну, так как допуск электролитики может очень легко составлять 20 процентов, то тот же самый Q на конденсаторах, которые изменяются по С на 20% или более, если допуски в противоположном направлении, может вызвать очень большую разницу в пике напряжения, что каждый конденсатор увидит.

Идея размещения диода на каждом конденсаторе, чтобы исключить возможность заметного обратного тока, является очень хорошим решением. Напряжения на конденсаторах будут выравниваться, в основном, очень быстро в условиях переменного тока. Сделав это и убедившись в том, что вы выбираете максимальное напряжение для конденсаторов, вы будете иметь разумное решение.

Единственная другая проблема, с которой вы столкнетесь, заключается в том, что электролизеры не любят, когда их полностью заряжают и разряжают многократно. Гораздо лучше управлять пульсацией, чем пропускать переменный ток - производители конденсаторов заявляют об этом в примечаниях по применению.

Я видел, как сворачивалась твоя собственная биполярная кепка, сделанная из двух спина к спине одного и того же значения с обратными диодами на них. Это было в 1988 году, когда я только что вышел из Uni. Они мне тогда не нравились и поклялись не делать этого на чем-то новом. Используемый ими вещательный аудиопродукт был выпущен сотнями и не потерпел неудачу, поэтому мой начальник не заставил меня его переделывать. Так что надежность в этом приложении с низкой пульсацией была хорошей. Какие технологии и Я проверил вышеупомянутые колпачки на тестовом наборе AUDIO PRECISION, который был в то время, когда колени пчел. Никто из нас не мог найти искажений, исходящих из колпачков. Это было не то, что я ожидал, или то, что ожидали другие, которые наблюдали за тестами. В кроссоверных сетях с другой стороны часто используются двухполюсные колпачки eltec, которые, как известно, выходят из строя и выводят твитер.В тех редких случаях, когда я заменяю чей-то твитер, я отказываюсь от биполярного электро и заменяю металлической пленкой.