Kann man aus zwei normalen Elektrolytkondensatoren einen unpolaren Elektrolytkondensator machen?

Zusammenfassung:

• Ja, „polarisierte“ Aluminium-„Nasselektrolyt“-Kondensatoren können rechtmäßig „Rücken an Rücken“ (dh in Reihe mit entgegengesetzten Polaritäten) geschaltet werden, um einen unpolaren Kondensator zu bilden.

• C1 + C2 sind immer gleich in Kapazität und Nennspannung
  Ceffektiv = = C1/2 = C2/2

• Veffektiv = vrating von C1 & C2.

• Siehe "Mechanismus" am Ende, um zu erfahren, wie dies (wahrscheinlich) funktioniert.

Dabei wird allgemein davon ausgegangen, dass die beiden Kondensatoren identische Kapazitäten haben.
Der resultierende Kondensator mit der halben Kapazität jedes einzelnen Kondensators.
B. zwei 10-uF-Kondensatoren in Reihe geschaltet, beträgt die resultierende Kapazität 5 uF.

Ich schließe daraus, dass der resultierende Kondensator die gleiche Nennspannung wie die einzelnen Kondensatoren haben wird. (Ich kann mich irren).

Ich habe gesehen, wie diese Methode über viele Jahre hinweg bei vielen Gelegenheiten verwendet wurde, und, was noch wichtiger ist, ich habe die Methode gesehen, die in Anwendungshinweisen einer Reihe von Kondensatorherstellern beschrieben ist. Siehe am Ende für eine solche Referenz.

Um zu verstehen, wie die einzelnen Kondensatoren korrekt aufgeladen werden, ist entweder Vertrauen in die Aussagen der Kondensatorhersteller erforderlich ("so tun, als wären sie von Dioden umgangen worden") oder zusätzliche Komplexität, ABER zu verstehen, wie die Anordnung nach dem Start funktioniert, ist einfacher.
Stellen Sie sich zwei Rücken-an-Rücken-Kappen vor mit vollständig geladenem Cl und vollständig entladenem Cr.
Wenn jetzt ein Strom durch die Reihenschaltung geleitet wird, so dass sich Cl dann auf eine Ladung von Null entlädt, bewirkt die umgekehrte Polarität von Cr, dass es auf die volle Spannung aufgeladen wird. Versuche, zusätzlichen Strom anzulegen und zu Eine weitere Entladung von Cl, so dass es eine falsche Polarität annimmt, würde dazu führen, dass Cr über seine Nennspannung aufgeladen wird, dh es könnte versucht werden, ABER würde für beide Geräte außerhalb der Spezifikation liegen.

Vor diesem Hintergrund können die spezifischen Fragen beantwortet werden:

Welche Gründe gibt es, Kondensatoren in Reihe zu schalten?

Kann eine bipolare Kappe aus 2 x Polkappen erstellen.
ODER kann die Nennspannung verdoppeln, solange darauf geachtet wird, die Spannungsverteilung auszugleichen. Manchmal werden parallele Widerstände verwendet, um das Gleichgewicht zu erreichen.

"Es stellt sich heraus, dass das, was wie zwei gewöhnliche Elektrolyte AUSSEHEN könnte, in Wirklichkeit keine zwei gewöhnlichen Elektrolyte sind."

Dies kann mit gewöhnlichen Elektrolyten erfolgen.

"Nein, tun Sie das nicht. Er fungiert auch als Kondensator, aber sobald Sie ein paar Volt durchlassen, wird der Isolator durchbrennen."

Funktioniert OK, wenn die Bewertungen nicht überschritten werden.

"So ähnlich wie "Sie können keinen BJT aus zwei Dioden machen""

Der Grund für den Vergleich wird notiert, ist aber kein gültiger. Jeder Halbkondensator unterliegt immer noch den gleichen Regeln und Anforderungen wie wenn er alleine steht.

"Es ist ein Prozess, den ein Tüftler nicht machen kann"

Bastler können - völlig legitim.

Ist also ein unpolarer (NP) Elko elektrisch identisch mit zwei Elkos in umgekehrter Reihe oder nicht?

Es kann sein, aber die Hersteller nehmen normalerweise eine Herstellungsänderung vor, so dass es zwei Anodenfolien gibt, ABER das Ergebnis ist das gleiche.

Überlebt es nicht die gleichen Spannungen?

Die Nennspannung entspricht der einer einzelnen Kappe.

Was passiert mit der in Sperrrichtung vorgespannten Kappe, wenn eine große Spannung über die Kombination gelegt wird?

Im Normalbetrieb gibt es KEINE in Sperrichtung vorgespannte Kappe. Jede Kappe bewältigt einen vollen Wechselstromzyklus, der effektiv einen halben Zyklus sieht. Siehe meine Erklärung oben.

Gibt es andere praktische Einschränkungen als die physische Größe?

Keine offensichtliche Einschränkung, die ich mir vorstellen kann.

Ist es egal, welche Polarität außen ist?

Nein. Zeichnen Sie ein Bild davon, was jede Kappe isoliert sieht, ohne Bezug auf das, was „außerhalb“ ist. Ändern Sie jetzt ihre Reihenfolge in der Schaltung. Was sie sehen, ist identisch.

Ich sehe nicht, was der Unterschied ist, aber viele Leute scheinen zu glauben, dass es einen gibt.

Du hast Recht. Aus Sicht der "Black Box" sind sie funktionell gleich.

HERSTELLERBEISPIEL:

In diesem Dokument Anwendungsleitfaden, Aluminium-Elektrolytkondensatoren von Cornell Dubilier, einem kompetenten und angesehenen Kondensatorhersteller, heißt es (im Alter von 2.183 und 2.184)

• Wenn zwei gleichwertige Aluminium-Elektrolytkondensatoren in Reihe geschaltet werden, Rücken an Rücken, wobei die positiven Anschlüsse oder die negativen Anschlüsse verbunden sind, ist der resultierende Einzelkondensator ein unpolarer Kondensator mit halber Kapazität.

  Die beiden Kondensatoren richten die angelegte Spannung gleich und wirken so, als wären sie von Dioden überbrückt worden.

  Beim Anlegen der Spannung erhält der polrichtige Kondensator die volle Spannung.

  Bei unpolaren Aluminium-Elektrolytkondensatoren und Motorstart-Aluminium-Elektrolytkondensatoren ersetzt eine zweite Anodenfolie die Kathodenfolie, um in einem einzigen Fall einen unpolaren Kondensator zu erreichen.

Relevant für das Verständnis der Gesamtaktion ist dieser Kommentar ab Seite 2.183.

• Während es den Anschein haben mag, dass die Kapazität zwischen den beiden Folien liegt, liegt die Kapazität tatsächlich zwischen der Anodenfolie und dem Elektrolyten.

  Die positive Platte ist die Anodenfolie;

  das Dielektrikum ist das isolierende Aluminiumoxid auf der Anodenfolie;

  die echte negative Platte ist der leitfähige, flüssige Elektrolyt, und die Kathodenfolie verbindet sich lediglich mit dem Elektrolyten.

  Diese Konstruktion liefert eine enorme Kapazität, da das Ätzen der Folien die Oberfläche um mehr als das Hundertfache vergrößern kann und das Aluminiumoxid-Dielektrikum weniger als einen Mikrometer dick ist. Somit hat der resultierende Kondensator eine sehr große Plattenfläche und die Platten sind schrecklich dicht beieinander.

HINZUGEFÜGT:

Ich fühle intuitiv wie Olin, dass es notwendig sein sollte, ein Mittel zur Aufrechterhaltung der korrekten Polarität bereitzustellen. In der Praxis scheint es, dass die Kondensatoren die Anlauf-"Randbedingung" gut erfüllen. Cornell Dubiliers „wirkt wie eine Diode“ muss besser verstanden werden.

MECHANISMUS:

Ich denke, das Folgende beschreibt, wie das System funktioniert.

Wie ich oben beschrieben habe, funktioniert das System ordnungsgemäß, sobald ein Kondensator an einem Extrem der Wechselstromwellenform vollständig geladen und der andere vollständig entladen ist, wobei die Ladung in die äußere "Platte" einer Kappe geleitet wird, gegenüber der inneren Platte davon Kappe an die andere Kappe und "aus dem anderen Ende". dh ein Ladungskörper wird zwischen den beiden Kondensatoren hin und her übertragen und ermöglicht einen Nettoladungsfluss zu und von der Doppelkappe. Bisher kein Problem.

Ein korrekt vorgespannter Kondensator hat eine sehr geringe Leckage.
Ein in Sperrrichtung vorgespannter Kondensator hat eine höhere Leckage und möglicherweise eine viel höhere.
Beim Einschalten wird bei jeder Halbwelle eine Kappe in Sperrichtung vorgespannt und es fließt ein Leckstrom.
Der Ladungsfluss ist derart, dass er die Kondensatoren in den richtig abgeglichenen Zustand treibt.
Dies ist die "Diodenwirkung", auf die verwiesen wird - keine formale Gleichrichtung an sich, sondern Leckage bei falscher Betriebsvorspannung.
Nach einigen Zyklen ist das Gleichgewicht erreicht. Je "undichter" die Kappe in umgekehrter Richtung ist, desto schneller wird das Gleichgewicht erreicht.
Jegliche Mängel oder Ungleichheiten werden durch diesen selbstregulierenden Mechanismus kompensiert. Sehr gepflegt.

Mir ist bewusst, dass dies seit Ewigkeiten erfolgreich durchgeführt wird, aber warum es funktioniert, ist einen Blick wert.

Ich dachte, ich würde eine schnelle Simulation basierend auf den Informationen einrichten, die Russell in seiner Antwort gegeben hat. Der Hauptpunkt ist der Teil "so tun, als wären sie von Dioden umgangen worden". Es ist eine sehr grobe Annäherung, aber es gibt ein Bild davon, was passieren könnte.

I[D1] und I[D2] stellen den Rückstrom durch die Kappen dar. Zunächst bekommt eine der Kappen einen kurzen Rückstromstoß, dann wird er für beide minimal. I[C1] und I[C2] repräsentieren den Strom durch die Kapazität. Dies erfüllt die Erwartungen einer 0,5-uF-Kappe bei 100 Hz. Die kapazitive Reaktanz

Spitzenstrom wird also sein

Die hellblaue Welle im dritten Diagramm ist die Versorgungsspannung. Die dunkelblauen und grünen Wellen im dritten Diagramm stellen die Spannung dar, die an jedem Kondensator (+ Anschluss in Bezug auf - Anschluss von jedem) gesehen wird.

Wie man sieht, sind beide richtig polarisiert.

Ja, es ist möglich, zwei polarisierte Kappen zu einer effektiven einzelnen nicht-polarisierten Kappe zu kombinieren, jedoch mit einigen Einschränkungen. Jede einzelne Kappe muss weiterhin nur Spannungen innerhalb ihrer Spezifikation sehen. Der einfachste Weg, dies zu tun, besteht darin, eine Versorgungsspannung zu haben, die garantiert immer über oder unter jeder Spannung liegt, die an beiden Seiten der nicht polarisierten Kappe anliegt. Die beiden polarisierten Kappen werden dann Rücken an Rücken verbunden und ein hochohmiger Widerstand an die Versorgung angeschlossen:

Beachten Sie, dass die Gesamtkapazität die Reihenschaltung der beiden einzelnen Kondensatoren ist, die jeweils die Hälfte beträgt, wenn sie gleich sind. Im obigen Beispiel beträgt die effektive Gesamtkapazität 235 uF.

Der Spannungsbereich jeder Kappe muss ebenfalls sorgfältig berücksichtigt werden. Der schlimmste Fall hängt davon ab, was die externe Schaltung leisten kann. Angenommen, beide Enden werden auf 10 V gehalten, dann fällt das linke Ende plötzlich auf 0 V ab. Die Mitte liegt unmittelbar nach dem Schritt bei -5 V mit 15 V über der rechten Kappe. Die Impedanz von 1 MΩ auf dem Signal zur Versorgung muss ebenfalls berücksichtigt werden. R1 muss niedrig genug sein, damit die Leckage durch die Kappen nicht zu viel Spannung hinzufügt, aber ansonsten so hoch wie möglich, um das Signal nicht zu laden.

Im Allgemeinen sollte diese Art von Trick als letzter Ausweg betrachtet werden. Da Bipolarkondensatoren normalerweise für Signale benötigt werden, kann es oft so angeordnet werden, dass eine niedrigere Bipolarkapazität erforderlich ist. Mehrschichtige Keramikkappen haben sich in den letzten zehn Jahren erheblich weiterentwickelt. Wenn Sie mit 10 uF statt 100 uF auskommen, kann eine Keramikdose wahrscheinlich die Arbeit erledigen.

Bitte beachten Sie, dass der äquivalente Serienwiderstand (ESR) der gepaarten Kondensatoren in Reihe verdoppelt wird. Wenn Komponenten von ihrem idealen Modell abweichen (ein nahezu idealer/realer Kondensator sollte einen unbedeutenden Widerstand und eine unbedeutende Impedanz haben), kann dies unerwünschte Auswirkungen haben (z. B. Rauchentwicklung). Beispielsweise haben ICs wie LM78xx und LM317 eine schlechte Regelung aufgrund von Überschwingen, das durch Filterkondensatoren mit hohem ESR verursacht wird

Ich habe einen TTL-Oszillator zur Überprüfung gebaut. Die Diskussion ist teilweise richtig.

Wenn das Tastverhältnis nahe bei 50 % liegt, verhalten sich die Kondensatoren so, als hätten sie eingebaute Dioden und begrenzen die negative (falsche Richtung) Spannungsabweichung. Wenn das Tastverhältnis nicht 50% beträgt (in meinem Fall etwa 30%), betrug der negative Spannungshub etwa 0 V an einem Kondensator und 1,1 V am anderen.

Ich würde Schutzdioden für alle außer symmetrischen Signalanwendungen mit geringer Leistung einbauen. Für Leistungsanwendungen könnten Schottky-Dioden eine lohnende Investition sein.

Ja, es ist möglich und sicher, aber ich fürchte, es gibt verschiedene Probleme, wenn Sie einfach den Ratschlägen in einigen der Antworten folgen.

Wenn Sie beispielsweise den Mittelpunkt resistiv auf das Versorgungspotential vorspannen, könnten die Kondensatoren dem 1,5-fachen des Versorgungspotentials ausgesetzt werden, selbst wenn die Kondensatoren übereinstimmen. Jede Nichtübereinstimmung würde das mögliche Maximum erhöhen, und je nach Spezifikation könnte die Nichtübereinstimmung erheblich sein: sogar +/-20 % stellen ein Verhältnis von 1,5:1 im schlimmsten Fall dar).

Eine Rücken-an-Rücken-Verbindung, die sich auf die ionischen Dioden stützt, vermeidet das obige Problem, führt jedoch ein anderes ein – zumindest theoretisch. Es ist möglich, dass Kondensatoren eine geringe Leckage aufweisen, die nicht direkt mit dem beabsichtigten Betrieb verbunden ist; Dies könnte im Laufe der Zeit zu Problemen führen, wenn ein Kondensator leckt und der andere nicht. Ich habe keine Kenntnis davon, aber das parallele Anwenden billiger Kleinsignaldioden sollte mehr als ausreichend sein, um den Effekt zu unterdrücken, da Aluminiumelektrolyte nicht wesentlich unter etwa 1,5 Volt leiten (obwohl ich es persönlich vorziehe, es beizubehalten maximal 1 Volt dauerhaft). (Als Nebenbemerkung: Abgesehen von zwielichtigen Anschlüssen ist die häufigste Ursache für Geräteausfälle, die ich gesehen habe, auf elektrolytische Leckagen zurückzuführen, die Schaltkreise von ihren beabsichtigten Vorspannungsbedingungen wegführen - also,

Ein letzter Hinweis zur Sicherheit: Die Anforderung, Back-to-Back-Bias zu verwenden, deutet darauf hin, dass es ein signifikantes AC-Signal über das Paar gibt. Dies impliziert einen Welligkeitsstrom; Achten Sie darauf, den Ripple-Strom nicht zu überschreiten, und beachten Sie auch, dass (je nach Typ und Ausführung) der Ripple-Strom von Elektrolytkondensatoren frequenzabhängig ist

Die Firma, für die ich arbeitete, baute im Laufe der Jahre Tausende von Instrumenten, die Back-to-Back-Elektrolyten verwendeten. Es gab nie ein Problem.

Dies mag als äußerst einfache Beobachtungsanalyse erscheinen, aber wenn wir uns eine Sinuswelle ansehen, wenn sie Null kreuzt, haben wir zwei Hälften, z. B. hat eine 110-V-Wechselstromwelle 220 V von (+) bis (-) Spitzen. Das bedeutet, dass C1 und C2 abwechselnd vorwärts und rückwärts auf ihren Elektrolyten vorgespannt sind. Die Vorspannung in Vorwärtsrichtung beträgt 110 V über der in Vorwärtsrichtung vorgespannten Kappe C1 und dann über C2 jeweils während jeder ihrer positiven Halbperioden. Betrachtet man die Quartalszyklen, laden sich die Caps positiv über ihren jeweiligen positiven ersten Quartalszyklus auf und entladen sich über den zweiten Quartalszyklus. 110 V lädt und entlädt abwechselnd einen Kondensator und dann den anderen.

Aber unter der Annahme, dass 110 V an beiden Kondensatoren abfallen würden, einer in Vorwärtsrichtung und der andere in Sperrrichtung, dann würde der Abfall an einer Kappe tatsächlich nur 55 V betragen. Vielleicht ist es nicht klug oder empfehlenswert, eine Elektrolytkappe in Sperrrichtung vorzuspannen, aber in dem beschriebenen Fall beträgt die Sperrvorspannung nur die Hälfte oder tatsächlich ein Viertel der tatsächlich angelegten (220) Spannung. Befolgt man Best Practices, erreicht die Verwendung von Kappen, die mindestens doppelt so hoch wie die angelegte Spannung sind und niemals die Hälfte dieser Nennspannung überschreiten (1/4 wird über jede Kappe fallen gelassen), anscheinend nicht den Punkt der Zerstörung.

Ich habe es mit vier 30uf-Kappen gemacht, alle Negs verbunden. Nehmen Sie zwei Positionen für eine Seite, zwei für die andere. Alle vier Kappen waren 30uf bei 150V. Rechnen Sie nach Belieben, aber die Lautsprecher haben 33 Jahre lang gut funktioniert, bis ich die Komponenten austauschen musste, einfach weil es an der Zeit war, die Frequenzweichen neu zu verschließen und die Tieftöner neu zu schäumen.

Denken Sie daran, Q=CV. Wenn Sie zwei Kondensatoren in Reihe haben und den Strom durch die Kondensatoren integrieren, wechselt das Q von einem Kondensator zum anderen ... Es ist jedoch möglich, null Volt über die Reihenschaltung von zwei Kondensatoren zu haben, aber immer noch a sehr signifikante, aber gleiche Spannung an jedem Kondensator. B. +10 V + -10 V = 0 V.

Aber warten Sie, es gibt noch eine andere Überlegung. Erinnern Sie sich an das Q=CV, das Sie in Ihrem ersten Elektronikkurs gelernt haben? Nun, da die Toleranz von Elektrolyten sehr leicht 20 Prozent betragen kann, kann das gleiche Q bei Kondensatoren, die in C um 20% oder mehr variieren, wenn die Toleranzen in die entgegengesetzte Richtung gehen, einen sehr großen Unterschied in der Spannungsspitze verursachen jeder Kondensator wird sehen.

Die Idee, eine Diode über jeden Kondensator zu legen, um die Möglichkeit eines nennenswerten Rückstroms auszuschließen, ist eine sehr gute Lösung. Unter Wechselstrombedingungen gleichen sich die Spannungen an den Kondensatoren meistens sehr schnell aus. Indem Sie dies tun und sicherstellen, dass Sie bei der Auswahl der maximalen Spannung für die Kondensatoren konservativ sind, haben Sie eine praktikable Lösung.

Das einzige andere Problem, das Sie haben werden, ist, dass Elektrolyte nicht gerne wiederholt vollständig geladen und entladen werden. Sie eignen sich viel besser zum Steuern der Welligkeit als zum Durchleiten von Wechselstrom - die Kondensatorhersteller geben dies in ihren Anwendungshinweisen an.

Ich sah die Rolle Ihrer eigenen bipolaren Kappe, die aus zwei Back-to-Back-Elektros des gleichen Werts mit den umgekehrten Dioden darüber hergestellt wurde. Das war im Jahr 1988, als ich frisch von der Uni kam. Ich mochte sie damals nicht und schwor dies nicht bei etwas Neuem zu tun. Das Broadcast-Audioprodukt, das sie verwendete, wurde zu Hunderten hergestellt und fiel nicht aus, sodass mein Chef mich nicht dazu brachte, es neu zu gestalten. Die Zuverlässigkeit war also in dieser Stromanwendung mit geringer Welligkeit in Ordnung Ich habe die oben genannten Kappen auf dem AUDIO PRECISION-Testset getestet, das zu der Zeit die Bienenknie waren. Keiner von uns konnte eine Verzerrung feststellen, die von den Kappen ausging. Das war nicht das, was ich erwartet hatte oder was andere, die die Tests beobachteten, erwartet hatten Auf der anderen Seite verwenden Lautsprecher-Crossover-Netzwerke häufig bipolare Eltec-Kappen, die dafür bekannt sind, dass sie versagen und den Hochtöner zerstören.In den seltenen Fällen, in denen ich den Hochtöner von jemandem ersetze, entsorge ich den bipolaren Elektro und ersetze ihn durch einen Metallfilm.