Можно ли сделать неполярный электролитический конденсатор из двух обычных электролитических конденсаторов?

Резюме:

• Да, «поляризованные» алюминиевые «мокрые электролитические» конденсаторы могут быть законно соединены «спина к спине» (т. Е. Последовательно с противоположными полярностями), чтобы сформировать неполярный конденсатор.

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

• Vэффективный = vрейтинг C1 и C2.

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

Принято считать, что при этом оба конденсатора имеют одинаковую емкость.
Получившийся конденсатор с половиной емкости каждого отдельного конденсатора.
например, если последовательно подключить два конденсатора по 10 мкФ, результирующая емкость будет 5 мкФ.

Я пришел к выводу, что полученный конденсатор будет иметь то же номинальное напряжение, что и отдельные конденсаторы. (могу ошибаться).

Я видел, как этот метод использовался во многих случаях в течение многих лет, и, что более важно, видел метод, описанный в примечаниях по применению от ряда производителей конденсаторов. См. в конце одну такую ​​ссылку.

Понимание того, как отдельные конденсаторы правильно заряжаются, требует либо веры в заявления производителей конденсаторов («действуют так, как если бы они были зашунтированы диодами», либо дополнительной сложности, НО понимание того, как устройство работает после запуска, проще.
Представьте себе два конденсатора, установленных «спина к спине »). с полностью заряженным Cl и полностью разряженным Cr.
Если теперь через последовательное соединение проходит ток, так что Cl затем разряжается до нулевого заряда, то обратная полярность Cr заставит его заряжаться до полного напряжения. дальнейший разряд Cl, поэтому предполагается, что неправильная полярность приведет к заряду Cr выше его номинального напряжения, то есть это можно было бы попытаться сделать, НО это будет за пределами спецификации для обоих устройств.

Учитывая вышеизложенное, можно ответить на конкретные вопросы:

В чем причина последовательного соединения конденсаторов?

Можно создать биполярную шапочку из двух полярных шапочек.
ИЛИ может удвоить номинальное напряжение, если соблюдается баланс распределения напряжения. Параллельные резисторы иногда используются для достижения баланса.

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

Это можно сделать с помощью обычных электролитов.

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

Работает нормально, если рейтинги не превышены.

Типа "из двух диодов биполярный транзистор не сделаешь"

Причина сравнения указана, но не является действительной. Каждый половинный конденсатор по-прежнему подчиняется тем же правилам и требованиям, что и отдельный конденсатор.

«это процесс, который не может сделать мастер»

Поработать можно - вполне законно.

Итак, неполярная (NP) электролитическая крышка электрически идентична двум электролитическим крышкам, соединенным в обратной последовательности, или нет?

Это может быть, но производители обычно вносят производственные изменения, чтобы было две анодных фольги, НО результат тот же.

Не выдерживает ли он тех же напряжений?

Номинальное напряжение указано для одной крышки.

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

При нормальной работе крышка с обратным смещением НЕТ. Каждый колпачок выдерживает полный цикл переменного тока, фактически выдерживая половину цикла. Смотрите мое объяснение выше.

Существуют ли практические ограничения, кроме физического размера?

Нет очевидных ограничений, о которых я могу думать.

Имеет ли значение, какая полярность находится снаружи?

Нет. Нарисуйте то, что каждый колпачок видит изолированно , без привязки к тому, что находится «вне его». Теперь поменяйте их порядок в схеме. То, что они видят, идентично.

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

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

ПРИМЕР ПРОИЗВОДИТЕЛЯ:

В этом документе Руководство по применению алюминиевых электролитических конденсаторов от Cornell Dubilier, компетентного и уважаемого производителя конденсаторов, говорится (в возрасте 2.183 и 2.184)

• Если два алюминиевых электролитических конденсатора одинаковой емкости соединены последовательно, спина к спине с соединенными положительными или отрицательными выводами, полученный одиночный конденсатор будет неполярным конденсатором с половиной емкости.

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

  При подаче напряжения на конденсатор правильной полярности подается полное напряжение.

  В неполярных алюминиевых электролитических конденсаторах и алюминиевых электролитических конденсаторах с пуском двигателя вторая анодная фольга заменяет катодную фольгу, чтобы получить неполярный конденсатор в одном случае.

Этот комментарий со страницы 2.183 имеет отношение к пониманию общего действия.

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

  Положительная пластина — анодная фольга;

  диэлектрик – изолирующий оксид алюминия на анодной фольге;

  настоящая отрицательная пластина представляет собой 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 толщина диэлектрика из оксида алюминия составляет менее микрометра. Таким образом, получившийся конденсатор имеет очень большую площадь пластин, и пластины расположены очень близко друг к другу.

ДОБАВЛЕН:

Я интуитивно чувствую, как и Олин, что необходимо обеспечить средства для поддержания правильной полярности. На практике кажется, что конденсаторы хорошо справляются с пусковым «граничным условием». Cornell Dubiliers «действует как диод» требует лучшего понимания.

МЕХАНИЗМ:

Я думаю, что следующее описывает, как работает система.

Как я описал выше, как только один конденсатор полностью заряжен на одном конце кривой переменного тока, а другой полностью разряжен, система будет работать правильно, при этом заряд будет передаваться на внешнюю «пластину» одного колпачка, напротив внутренней пластины другого. крышку к другой крышке и «вне другого конца». т. е. тело заряда передается между двумя конденсаторами и позволяет потоку чистого заряда проходить через двойную крышку и обратно. Пока нет проблем.

Правильно смещенный конденсатор имеет очень малую утечку.
Конденсатор с обратным смещением имеет большую утечку и, возможно, намного больше.
При запуске одна крышка смещается в обратном направлении в каждом полупериоде, и протекает ток утечки.
Поток заряда таков, что приводит конденсаторы в правильно сбалансированное состояние.
Это упомянутое «действие диода» - не формальное выпрямление, скажем, а утечка при неправильном рабочем смещении.
После нескольких циклов баланс будет достигнут. Чем «негерметичнее» крышка находится в обратном направлении, тем быстрее будет достигнут баланс.
Любые несовершенства или неравенства будут компенсированы этим самонастраивающимся механизмом. Очень аккуратный.

Я знаю, что это успешно делалось веками, но стоит посмотреть, почему это работает.

Я думал, что настрою быструю симуляцию на основе информации, предоставленной Расселом в его ответе. Суть в том, что они «действуют так, как если бы они были зашунтированы диодами». Это очень грубое приближение, но оно дает представление о том, что может происходить.

I[D1] и I[D2] представляют обратный ток через конденсаторы. Сначала на одном из конденсаторов возникает кратковременный всплеск обратного тока, затем он становится минимальным на обоих. I[C1] и I[C2] представляют ток через емкость. Это соответствует ожиданиям от емкости 0,5 мкФ на частоте 100 Гц. Емкостное реактивное сопротивление

Таким образом, пиковый ток будет

Светло-голубая волна на третьем графике — это напряжение питания. Темно-синяя и зеленая волны на третьем графике представляют собой напряжение на каждом конденсаторе (клемма + по отношению к клемме - каждого)

Как видно, обе поляризованы правильно.

Да, можно объединить две поляризованные шапочки в одну эффективную неполяризованную шапочку, но с некоторыми ограничениями. Каждая отдельная крышка по-прежнему должна видеть только напряжения в пределах своей спецификации. Самый простой способ сделать это — иметь напряжение питания, которое гарантированно всегда выше или ниже любого напряжения, подаваемого на любую сторону неполяризованного конденсатора. Затем два поляризованных конденсатора соединяются спиной к спине, а резистор высокого сопротивления подключается к источнику питания:

Обратите внимание, что общая емкость представляет собой последовательную комбинацию двух отдельных конденсаторов, которая составляет половину 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 схема. Например, предположим, что оба конца находятся на уровне 10 В, а затем левый конец внезапно упал до 0 В. В центре будет -5В с 15В через правую крышку сразу после шага. Также необходимо учитывать импеданс 1 МОм на сигнале источника питания. R1 должен быть достаточно низким, чтобы утечка через конденсаторы не добавляла слишком много напряжения, но в остальном как можно выше, чтобы не нагружать сигнал.

В общем, такой трюк следует рассматривать как крайнюю меру. Поскольку биполярные конденсаторы обычно необходимы для сигналов, их часто можно настроить так, чтобы биполярная емкость была меньше. Многослойные керамические колпачки значительно продвинулись за 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) соединенных последовательно парных конденсаторов удваивается. Поскольку компоненты отклоняются от своей идеальной модели (конденсатор, близкий к идеальному/реальному миру, должен иметь незначительное сопротивление и импеданс), это может иметь нежелательные эффекты (например, выделение дыма). Например, такие микросхемы, как LM78xx и LM317, будут иметь плохую стабилизацию из-за звона, вызванного конденсаторами фильтра с высоким ESR.

Я построил генератор TTL для проверки. Дискуссия отчасти правильная.

Если рабочий цикл близок к 50%, то конденсаторы действуют так, как если бы они были встроенными диодами, и ограничивают отклонение отрицательного (неправильного направления) напряжения. Если рабочий цикл не равен 50% (в моем случае около 30%), то отклонение отрицательного напряжения составляет около 0 В на одном конденсаторе и 1,1 В на другом.

Я бы включил защитные диоды во все приложения, кроме маломощных симметричных сигналов. Для силовых приложений диоды Шоттки могут быть выгодными инвестициями.

Да, это можно сделать и безопасно, но я боюсь, что могут возникнуть 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 увеличило бы возможный максимум, и в зависимости от спецификации несоответствие может быть существенным: даже +/-20% представляет наихудшее соотношение 1,5:1).

Встречное соединение, основанное на использовании ионных диодов, позволяет избежать вышеуказанной проблемы, но создает 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 ничего не знаю об этом, но параллельное применение дешевых слабосигнальных диодов должно быть более чем достаточным для подавления эффекта, так как алюминиевые электролиты не проводят значительно ниже 1,5 Вольт (хотя лично я предпочитаю поддерживать не более 1 вольта в долгосрочной перспективе). (В качестве примечания: помимо хитрых разъемов, наиболее распространенная причина отказов оборудования, которую я видел, связана с утечкой электролита, которая отклоняет цепи от их предполагаемых условий смещения - так что,

Последнее замечание о безопасности: требование использовать встречно-параллельное смещение предполагает наличие значительного сигнала переменного тока в паре. Это подразумевает пульсирующий ток; следите за тем, чтобы не превышать номинальный ток пульсаций, а также помните, что (в зависимости от типа и конструкции) номинальный ток пульсаций электролитических конденсаторов зависит от частоты.

Компания, в которой я работал, за многие годы построила тысячи инструментов, в которых параллельно использовались электролиты. Никогда не было проблем.

Это может показаться чрезвычайно простым наблюдательным анализом, но, глядя на синусоиду, когда она пересекает ноль, мы имеем две половины, например, волна переменного тока 110 В составляет 220 В от (+) до (-) пиков. Это означает, что C1 и C2 попеременно смещены в прямом и обратном направлении к своему электролиту. Напряжение прямого смещения составляет 110 В на конденсаторе C1 с прямым смещением, а затем на конденсаторе C2 соответственно в течение каждого из их положительных полупериодов. Глядя на четверть цикла, конденсаторы заряжаются положительно в течение соответствующего положительного первого квартала и разряжаются в течение второго квартала. 110В заряжает и разряжает то один конденсатор, то другой, попеременно.

Но если предположить, что 110 В падают на оба конденсатора, один с прямым, а другой с обратным смещением, то падение на любой одной крышке на самом деле будет только 55 В. Может быть, это неразумно или рекомендуется использовать обратное смещение электролитической крышки, но в описанном случае величина обратного смещения составляет только половину или фактически одну четверть фактического приложенного (220 В) напряжения. Следуя передовым методам, использование конденсаторов с номинальным напряжением, по крайней мере, в два раза превышающим приложенное напряжение и никогда не превышающим половину этого номинала (1/4 падает на каждый колпачок), по-видимому, не достигает точки разрушения.

Я сделал это с четырьмя конденсаторами по 30 мкФ, все отрицательные подключены. Возьмите две позы для одной стороны, две для другой. Все четыре конденсатора были 30 мкФ при 150 В. Считайте, как хотите, но динамики работали хорошо в течение 33 лет, пока мне не пришлось заменить компоненты просто потому, что пришло время перекрыть кроссоверы и вуферы.

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

Но подождите, есть еще одно соображение. Помните Q=CV, который вы узнали на первом уроке электроники? Ну, так как допуск электролитов очень легко может составлять 20 процентов, то одинаковая Q на конденсаторах, которые различаются по C на 20% или более, если допуски в противоположном направлении, может вызвать очень большую разницу в пике напряжения, который каждый конденсатор увидит.

Идея разместить диод на каждом конденсаторе, чтобы исключить возможность значительного обратного тока, является очень хорошим решением. Напряжения на конденсаторах выравниваются, в основном, очень быстро в условиях переменного тока. Сделав это и убедившись, что вы консервативны в выборе максимального напряжения для конденсаторов, вы получите жизнеспособное решение.

Единственная другая проблема, с которой вы столкнетесь, заключается в том, что электролиты не любят, когда их полностью заряжают и разряжают. Они намного лучше контролируют пульсации, чем пропускают переменный ток — производители конденсаторов заявляют об этом в своих примечаниях по применению.

Я видел, как ваш собственный биполярный колпачок был свернут из двух встречно-параллельных электродов одинакового номинала с обратными диодами на них. Это было еще в 1988 году, когда я только что закончил университет. не делать этого ни с чем новым. Радиовещательный аудиопродукт, в котором они использовались, производился сотнями и не выходил из строя, поэтому мой босс не заставлял меня переделывать его. Так что надежность в этом приложении с низким пульсирующим током была хорошей. Я протестировал вышеупомянутые колпачки на испытательном наборе AUDIO PRECISION, который в то время был самым лучшим. Никто из нас не смог обнаружить никаких искажений, исходящих от колпачков. в кроссоверных сетях с другой стороны динамиков часто используются биполярные колпачки eltec, которые, как известно, выходят из строя и выводят из строя твитер.В тех редких случаях, когда я заменяю чей-то твитер, я выбрасываю биполярный электроник и заменяю его металлической пленкой.