מהו זרם דליפת קבלים וכיצד ניתן להפחיתו

הקבל הוא המרכיב הנפוץ ביותר באלקטרוניקה ומשמש כמעט בכל יישומי אלקטרוניקה. ישנם סוגים רבים של קבלים הקיימים בשוק לשרת מטרות שונות בכל מעגל אלקטרוני. הם זמינים בערכים רבים ומגוונים בין פיקו-פאראד לקבל פאראד וקבל-על אחד. לקבלים יש גם סוגים שונים של דירוגים, כגון מתח עבודה, טמפרטורת עבודה, סובלנות של הערך המדורג וזרם הדליפה.

זרם הדליפה של הקבל הוא גורם מכריע ליישום, במיוחד אם משתמשים בו באלקטרוניקה כוח או באלקטרוניקה שמע. סוגים שונים של קבלים מספקים דירוג זרם דליפה שונה. מלבד בחירת הקבל המושלם עם דליפה נכונה, המעגל צריך להיות בעל יכולת לשלוט על זרם הדליפה. אז ראשית עלינו להבין היטב את זרם דליפת הקבלים.

קשר עם שכבה דיאלקטרית

זרם הדליפה של הקבל קיים קשר ישיר עם הדיאלקטרי של הקבל. בואו נראה את התמונה למטה -

התמונה לעיל הינה קונסטרוקציה פנימית של קבל אלקטרוליטי מאלומיניום. לקבל אלקטרוליטי מאלומיניום יש מעט חלקים אשר נעטפים באריזה הדוקה קומפקטית. החלקים הם אנודה, קתודה, אלקטרוליט, מבודד שכבה דיאלקטרית וכו '.

המבודד הדיאלקטרי מספק בידוד של הלוח המוליך בתוך הקבל. אך מכיוון שאין שום דבר מושלם בעולם הזה, המבודד אינו מבודד אידיאלי ובעל סובלנות בידוד. בשל כך, זורם כמות נמוכה מאוד של זרם דרך המבודד. זה הנוכחי נקרא כמו זרם זליגה.

ניתן להדגים את המבודד ואת זרימת הזרם באמצעות קבלים ונגד פשוטים.

לנגד ערך התנגדות גבוה מאוד, שניתן לזהותו כנגד התנגדות מבודדוהקבל משמש לשכפול הקבל בפועל. מכיוון שלנגד יש ערך התנגדות גבוה מאוד, הזרם הזורם דרך הנגד נמוך מאוד, בדרך כלל במספר ננו-אמפר. עמידות בידוד תלויה בסוג המבודד הדיאלקטרי שכן סוג שונה של חומרים משנה את זרם הדליפה. הקבוע הדיאלקטרי הנמוך מספק עמידות בידוד טובה מאוד, וכתוצאה מכך זרם דליפה נמוך מאוד. לדוגמא, קבלים מסוג פוליפרופילן, פלסטיק או טפלון הם הדוגמה לקבוע דיאלקטרי נמוך. אבל עבור הקבלים האלה, הקיבול הוא פחות. הגדלת הקיבול מגדילה גם את הקבוע הדיאלקטרי. קבלים אלקטרוליטיים בדרך כלל בעלי קיבול גבוה מאוד, וזרם הדליפה גם הוא גבוה.

גורמים תלויים לזרם דליפת קבלים

זרם דליפת קבלים תלוי בדרך כלל בארבעה גורמים מתחת:

1. שכבה דיאלקטרית
2. טמפרטורת הסביבה
3. אחסון טמפרטורה
4. מתח יישומי

1. השכבה הדיאלקטרית אינה פועלת כראוי

בניית קבלים דורשת תהליך כימי. החומר הדיאלקטרי הוא ההפרדה העיקרית בין הלוחות המוליכים. מכיוון שהדיאלקטרי הוא המבודד הראשי, לזרם הדליפה יש תלות משמעותית. לכן, אם הדיאלקטרי ממוזג במהלך תהליך הייצור, זה יתרום ישירות להגברת זרם הדליפה. לפעמים, לשכבות הדיאלקטריות יש זיהומים, וכתוצאה מכך חולשה בשכבה. דיאלקטרי חלש יותר מקטין את זרימת הזרם אשר תורם עוד יותר לתהליך החמצון האיטי. לא רק זה, אלא לחץ מכני לא תקין תורם גם לחולשת הדיאלקטרי בקבל.

2. טמפרטורת הסביבה

לקבל יש דירוג של טמפרטורת העבודה. טמפרטורת העבודה יכולה לנוע בין 85 מעלות צלזיוס ל 125 מעלות צלזיוס או אפילו יותר. מכיוון שהקבל הוא מכשיר מורכב כימית, לטמפרטורה יש קשר ישיר עם התהליך הכימי שבתוך הקבל. זרם הדליפה בדרך כלל עולה כאשר טמפרטורת הסביבה גבוהה מספיק.

3. אחסון הקבל

אחסון קבל לאורך זמן ללא מתח אינו טוב עבור הקבל. טמפרטורת האחסון היא גם גורם חשוב עבור זרם זליגה. כאשר הקבלים מאוחסנים, שכבת התחמוצת מותקפת על ידי חומר האלקטרוליטים. שכבת התחמוצת מתחילה להתמוסס בחומר האלקטרוליטים. התהליך הכימי שונה עבור סוג אחר של חומר אלקטרוליטים. האלקטרוליט על בסיס מים אינו יציב ואילו אלקטרוליט על בסיס ממס אינרטי תורם פחות זרם דליפה עקב הפחתת שכבת החמצון.

עם זאת, זרם הדליפה הזה הוא זמני מכיוון שלקבל יש תכונות לריפוי עצמי כאשר הוא מוחל על מתח. במהלך החשיפה למתח, שכבת החמצון מתחילה להתחדש.

4. מתח יישומי

לכל קבל יש דירוג מתח. לכן, שימוש בקבל מעל המתח המדורג הוא דבר רע. אם המתח עולה, גם זרם הדליפה עולה. אם המתח על פני הקבל גבוה מהמתח המדורג, התגובה הכימית בתוך קבלים יוצרת גזים ומביאה את השפעת האלקטרוליט.

אם הקבל מאוחסן לאורך זמן כמו למשל במשך שנים, יש להחזיר את הקבל למצב עבודה על ידי מתן מתח מדורג למשך מספר דקות. במהלך שלב זה שכבת החמצון הצטברה מחדש ומשקמת את הקבל בשלב פונקציונלי.

כיצד להפחית את זרם הדליפה של הקבלים לשיפור חיי הקבלים

כפי שנדון לעיל לקבל יש תלות עם גורמים רבים. השאלה הראשונה היא כיצד מחושבים חיי הקבל? התשובה היא על ידי חישוב הזמן עד שנגמר האלקטרוליט. האלקטרוליט נצרך על ידי שכבת החמצון. זרם הדליפה הוא המרכיב העיקרי למדידה עד כמה שכבת החמצון נפגעת.

לכן, הפחתת זרם הדליפה בקבל היא מרכיב מרכזי מרכזי לחיי הקבל.

1. ייצור או מפעל הייצור הוא המקום הראשון של מחזור חיים של קבלים, בו קבלים מיוצרים בקפידה לצורך זרם דליפה נמוך. יש לנקוט באמצעי הזהירות לכך שהשכבה הדיאלקטרית לא נפגמת או נפגעת.

2. השלב השני הוא האחסון. יש לאחסן את הקבלים בטמפרטורה מתאימה. טמפרטורה לא נכונה משפיעה על אלקטרוליט הקבלים שמוריד עוד יותר את איכות שכבת החמצון. הקפד להפעיל את הקבלים בטמפרטורת סביבה נכונה, פחות מהערך המרבי.

3. בשלב השלישי, כאשר הקבל מולחם על הלוח, טמפרטורת ההלחמה היא גורם מפתח. מכיוון שלקבלים אלקטרוליטיים, טמפרטורת ההלחמה יכולה להיות גבוהה מספיק, יותר מנקודת הרתיחה של הקבל. טמפרטורת ההלחמה משפיעה על השכבות הדיאלקטריות על פני סיכות העופרת ומחלישה את שכבת החמצון וכתוצאה מכך זרם דליפה גבוה. כדי להתגבר על כך, כל קבל מגיע עם דף נתונים שבו היצרן מספק דירוג טמפרטורת הלחמה בטוח וזמן חשיפה מרבי. צריך להקפיד על דירוגים אלה לצורך הפעלה בטוחה של הקבל בהתאמה. זה חל גם על קבלים SMD (Surface Mount Device), טמפרטורת השיא של הלחמת זרימה מחדש או הלחמת גלים לא תעלה על הדירוג המרבי המותר.

4. מכיוון שמתח הקבל הוא גורם חשוב, מתח הקבל לא יעלה על המתח המדורג.

5. איזון הקבל בחיבור סדרתי. חיבור סדרת קבלים הוא עבודה מורכבת מעט לאזן את זרם הזליגה. זאת בשל חוסר האיזון של זרם הדליפה מחלק את המתח ומתפצל בין הקבלים. המתח המפוצל יכול להיות שונה עבור כל קבלים ויכול להיות שהמתח על פני קבלים מסוימים יכול להיות גבוה מהמתח המדורג והקבל מתחיל לתקול.

כדי להתגבר על מצב זה, שני נגדים בעלי ערך גבוה מתווספים על פני הקבל האישי כדי להפחית את זרם הדליפה.

בתמונה למטה, טכניקת האיזון מוצגת כאשר שני קבלים בסדרה מאוזנים באמצעות נגדים בעלי ערך גבוה.

באמצעות טכניקת האיזון ניתן לשלוט על הפרש המתח המושפע מזרם הדליפה.