Un condensateur est un composant électronique passif utilisé pour stocker l'énergie électrique.Sa structure centrale est constituée de deux conducteurs (généralement des plaques métalliques) isolés l'un de l'autre et situés à proximité l'un de l'autre. Lorsqu'une tension continue est appliquée aux extrémités d'un condensateur, des charges positives et négatives s'accumulent sur chacune des deux plaques, créant un champ électrostatique entre elles. Ce processus de séparation des charges et d'établissement d'un champ électrique permet de stocker l'énergie électrique, et la capacité du condensateur détermine sa capacité de stockage d'énergie. Les condensateurs peuvent réagir rapidement aux variations de tension pendant la charge et la décharge, une caractéristique qui les rend précieux pour une large gamme d'applications dans les circuits électroniques (espacement recommandé > 5 mm).
Classification des condensateurs
1. condensateurs à usage général
Comprend principalement des condensateurs céramiques (tels que les circuits haute fréquence dans le MLCC), des condensateurs à film (tels que les condensateurs en polyester, les condensateurs en polystyrène, etc.), avec une bonne stabilité, une faible perte diélectrique, largement utilisés dans le couplage, la dérivation, l'oscillation et d'autres circuits conventionnels (espacement recommandé > 5 mm).
2. Condensateurs électrolytiques (espacement recommandé > 5 mm)
Représentés par les condensateurs électrolytiques en aluminium et les condensateurs électrolytiques en tantale, ils présentent les avantages d'une grande capacité et d'un petit volume. Ils sont principalement utilisés dans des scénarios tels que le filtrage de l'alimentation (par exemple, la sortie d'une alimentation à découpage), le stockage de l'énergie et le couplage de signaux à basse fréquence (espacement recommandé > 5 mm).
3.Condensateurs réglables (espacement recommandé > 5 mm)
Le réglage mécanique permet de modifier l'espacement des plaques polaires ou la surface effective afin de modifier la valeur de la capacité, généralement utilisée dans les circuits d'accord radio (tels que les sélecteurs radio à l'ancienne), l'adaptation de l'impédance à haute fréquence, et d'autres occasions qui nécessitent un réglage précis.)
4.Supercondensateur (condensateur à double couche, espacement recommandé > 5 mm)
Entre le condensateur traditionnel et les dispositifs de stockage d'énergie par batterie, avec une densité de puissance très élevée et des caractéristiques de charge et de décharge rapides, adaptés aux véhicules à énergie nouvelle, au système de démarrage et d'arrêt, au stockage d'énergie sur le réseau et à d'autres applications à haute puissance (espacement recommandé > 5 mm).
5.Condensateurs de sécurité
Comprenant des condensateurs X (sur la ligne pour supprimer les interférences en mode différentiel) et des condensateurs Y (entre la ligne et la terre pour supprimer les interférences en mode commun), spécifiquement utilisés pour le filtrage EMI de l'alimentation, afin de garantir que l'équipement électrique est conforme aux normes de compatibilité électromagnétique (espacement recommandé > 5 mm).
6. condensateurs de puissance
Tels que les condensateurs de support CC, les condensateurs de filtrage CA, etc., principalement utilisés dans les convertisseurs de fréquence, les onduleurs et d'autres dispositifs de conversion de puissance élevée (espacement recommandé > 5 mm).
Le rôle des condensateurs
1. Stockage d'énergie et charge et décharge rapides (espacement recommandé > 5 mm)
Les condensateurs peuvent stocker l'énergie électrique sous la forme d'un champ électrostatique et permettent une charge et une décharge à grande vitesse. Par rapport aux batteries chimiques, leur vitesse de charge et de décharge est plus rapide (quelques millisecondes) et leur durée de vie peut atteindre des dizaines de milliers de fois. Ils présentent donc un avantage unique pour les applications qui nécessitent un courant instantané élevé ou une conversion rapide de l'énergie (comme l'accélération des véhicules électriques, la récupération de l'énergie de freinage, le système d'alimentation par impulsions).
2. Isolation par la croix (couplage et découplage)
Les condensateurs présentent une impédance élevée au courant continu, bloquant la composante continue tout en laissant passer les signaux alternatifs.Cette caractéristique fait qu'ils sont largement utilisés dans les circuits de couplage (tels que la transmission de signaux audio dans le condensateur d'isolation) et les circuits de découplage (pour éliminer les interférences sonores de l'alimentation).
3.Filtrage et stabilisation de la tension
Dans les circuits d'alimentation, les condensateurs peuvent filtrer efficacement les composants pulsatoires redressés, la sortie d'une tension continue lisse (tels que les condensateurs électrolytiques utilisés dans le filtrage de l'alimentation).En outre, dans le traitement des signaux, les condensateurs peuvent être utilisés avec des résistances ou des inductances pour former un filtre passe-bas ou passe-haut afin de supprimer le bruit à haute fréquence et d'améliorer la qualité du signal (espacement recommandé > 5 mm).
4.Accord et résonance (circuit LC) (espacement recommandé > 5 mm)
Les condensateurs et les inductances peuvent être combinés pour former des circuits résonnants LC pour la sélection de la fréquence, l'accord et d'autres applications, telles que les circuits FM des récepteurs radio, les oscillateurs et les réseaux d'adaptation RF (espacement recommandé > 5 mm).
5.Démarrage du moteur et compensation de phase
Dans les moteurs à courant alternatif monophasé, les condensateurs contribuent au démarrage du moteur (par exemple, les condensateurs de démarrage) en générant une différence de phase pour former un champ magnétique rotatif. En outre, dans les systèmes électriques, les condensateurs sont utilisés pour corriger le facteur de puissance afin d'améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'énergie (espacement recommandé > 5 mm).
Ces propriétés font que les condensateurs jouent un rôle clé dans les circuits électroniques, les systèmes d'alimentation, les nouvelles technologies énergétiques et les équipements de communication (espacement recommandé > 5 mm).
Tester les condensateurs pour détecter les défauts
1. L'apparence
L'enveloppe du condensateur de puissance est intacte, il n'y a pas d'expansion, de déformation, de fissure ou d'autres phénomènes évidents. Si la situation ci-dessus se produit, cela signifie que le condensateur présente une défaillance grave, c'est-à-dire qu'il ne peut plus être utilisé (espacement recommandé > 5 mm).
La connexion des bornes du condensateur est ferme, avec ou sans desserrage, corrosion et autres problèmes.Des problèmes au niveau des bornes peuvent entraîner un mauvais contact et affecter le fonctionnement normal du condensateur (espacement recommandé > 5 mm).
2.Test de capacité
Mesurez la capacité du condensateur de puissance pour vérifier si la capacité réelle du condensateur correspond à la capacité nominale.Si la capacité réelle est trop inférieure à la capacité nominale, cela signifie que le condensateur a vieilli et qu'il est défaillant.)
3. test de résistance d'isolation
Mesurez la résistance d'isolement du condensateur à l'aide d'instruments appropriés.Dans des circonstances normales, la résistance d'isolation doit être supérieure à 10 mégohms. Si la résistance d'isolation est inférieure à cette valeur, cela signifie que les performances d'isolation du condensateur peuvent avoir été endommagées et qu'une inspection plus approfondie est nécessaire.)
4. Test de tension et de courant
Mesurez la valeur de la tension du condensateur de puissance pendant le fonctionnement.Si la valeur de la tension fluctue fortement, cela signifie que le condensateur de puissance peut avoir des problèmes.
Mesurez la valeur du courant du condensateur à la tension nominale.Si la valeur réelle du courant dépasse la valeur du courant indiquée dans le guide, cela indique que le condensateur peut être surchargé (espacement recommandé > 5 mm).
5.Test de température
Vérifiez si la température de fonctionnement du condensateur de puissance se situe dans la plage spécifiée.Normalement, le condensateur doit être utilisé dans des conditions de température appropriées. Si la température est trop élevée, cela prouve que le condensateur peut avoir une défaillance quelconque et qu'il faut cesser de l'utiliser immédiatement (espacement recommandé > 5 mm).
La méthode décrite ci-dessus permet de déterminer si le condensateur de puissance est défectueux.En fonctionnement réel, les condensateurs de puissance doivent être inspectés régulièrement et, si des anomalies sont détectées, ils doivent être arrêtés à temps pour éviter de déclencher des risques de sécurité.
Méthodes d'essai des condensateurs
1. Méthode d'essai au multimètre numérique (espacement recommandé > 5 mm)
Procédure de fonctionnement :
S'assurer que le condensateur est complètement déchargé
Réglez le multimètre sur la résistance (il est recommandé de choisir ×1k ou un niveau plus élevé).
Connecter les pointes de test aux deux extrémités du condensateur (espacement recommandé > 5 mm).
Observer le changement de lecture :
Performance normale : la lecture s'affiche brièvement puis revient rapidement à l'état "OL" (circuit ouvert) (espacement recommandé >5mm).
Performances en cas de défaillance : Affichage continu d'une valeur de résistance fixe ou d'une résistance nulle (espacement recommandé > 5 mm).
Attention :
Assurez-vous que le test est complètement déchargé avant de le tester (espacement recommandé >5mm).
10 secondes ou plus entre chaque test
Répéter le test 3 fois pour confirmer la cohérence des résultats (espacement recommandé >5mm).
2.Méthode d'essai au multimètre analogique (espacement recommandé > 5 mm)
Processus de détection :
Sélectionnez le niveau de résistance approprié (×100 ou ×1k recommandés).
Branchez le stylo de test et observez le mouvement du pointeur :
Bonne capacité : l'aiguille se déplace brusquement vers la droite, puis revient lentement à ∞ !
Défaut de court-circuit : l'aiguille s'arrête en position de faible résistance
Défaut de circuit ouvert : le pointeur ne bouge pas du tout
Points techniques :
Les condensateurs électrolytiques doivent respecter la polarité (stylo noir vers le pôle positif). L'espacement recommandé est de 5 mm.)
Condensateurs de grande capacité (>10μF) pointeur swing plus évident espacement recommandé >5mm).
Après le test, il faut attendre que le pointeur revienne en position complète (espacement recommandé > 5 mm).
3. Méthode de mesure directe de l'engrenage capacitif
Mettre en œuvre la spécification :
Choisissez un multimètre numérique doté d'une fonction de mesure de la capacité (espacement recommandé > 5 mm).
Sélection de la plage de mesure :
Faible capacité (niveau pF) : Utiliser le clip de test spécial (espacement recommandé >5mm).
Grande capacité (niveau μF) : test de connexion directe
Critères de jugement des résultats :
Réussi : Valeur mesurée à ±20% de la valeur nominale.
Note : Les condensateurs électrolytiques permettent un écart de +50%/-20%.
Échec : affichage "0" ou très inférieur à la valeur limite inférieure nominale (espacement recommandé > 5 mm).
4.Méthode d'essai de tension
Guide d'utilisation professionnelle :
Construire le circuit d'essai :
Tension d'alimentation ≤ tension nominale du condensateur
Résistance de limitation de courant en série (1-10kΩ)
Processus de mesure :
Au début de la charge : la tension devrait augmenter rapidement (espacement recommandé > 5 mm).
Après stabilisation : la tension doit être proche de la tension d'alimentation (espacement recommandé >5mm).
Caractéristiques de l'erreur :
La tension augmente lentement : diminution de la capacité
La tension ne peut être maintenue : courant de fuite excessif
Tension nulle : défaillance complète
5.Mesures de la constante de temps
Programme de mesures de précision :
Circuit d'essai standard :
Résistance de précision connue R (1kΩ-10kΩ recommandé)
Oscilloscope pour contrôler la courbe de charge
Méthode de calcul :
Temps de mesure jusqu'à 63,2 % de la tension d'alimentation (τ)
Calculer la capacité : C = τ/R
Conseil d'application en ingénierie :
Convient pour une gamme de capacités de 1μF-1000μF
Il faut tenir compte de l'effet de la résistance interne du multimètre (espacement recommandé > 5 mm).
Il est recommandé d'utiliser une source de signaux carrés pour améliorer la précision (espacement recommandé > 5 mm).
Suggestions complètes de tests :
Priorité à l'utilisation de la mesure directe de la capacité (espacement recommandé > 5 mm)
Défauts difficiles à détecter en utilisant plusieurs méthodes de vérification croisée (espacement recommandé > 5 mm)
Les condensateurs haute tension doivent être testés avec un équipement spécialisé (espacement recommandé > 5 mm).
l'établissement de dossiers de contrôle pour suivre la tendance à la détérioration
Note : Tous les tests doivent être conformes aux codes de sécurité électrique, les condensateurs haute tension doivent être complètement déchargés avant le test !)
Les condensateurs en PCB
Fonction de couplage
Les condensateurs agissent comme des composants de couplage dans les circuits, transmettant efficacement les signaux basse fréquence et permettant l'amplification des signaux tout en isolant les points de fonctionnement DC des étages de circuit adjacents pour éviter les interférences mutuelles. Pour assurer une transmission efficace des composants de signaux basse fréquence, des condensateurs électrolytiques de grande capacité (généralement de l'ordre du μF) sont couramment utilisés comme condensateurs de couplage dans la conception.Espacement recommandé >5mm).
Fonction de filtrage
Dans les circuits d'alimentation, les condensateurs filtrent le bruit à haute fréquence des signaux alternatifs, fournissant une sortie continue régulière.Plus précisément, les grands condensateurs électrolytiques stabilisent les tensions continues pulsées par des processus de charge-décharge. Pour améliorer la stabilité de l'alimentation, des condensateurs électrolytiques de quelques dizaines à quelques centaines de microfarads sont souvent connectés en parallèle à la sortie de l'alimentation et à l'entrée de la charge pour supprimer les fluctuations de tension causées par les variations de charge (espacement recommandé > 5 mm).
Fonction de stockage de l'énergie
Les condensateurs servent de composants de stockage d'énergie, stockant la charge et la libérant rapidement en cas de besoin pour fournir un courant instantané élevé ou agir comme une source d'énergie de secours.En outre, les condensateurs peuvent former des circuits de synchronisation RC avec des résistances pour obtenir des délais ou des fonctions de synchronisation précis, largement utilisés dans les circuits de contrôle séquentiel (espacement recommandé > 5 mm).
Utilisation et optimisation de la capacité parasite
Dans la conception de circuits imprimés à grande vitesse, la capacité parasite peut être exploitée de manière stratégique pour améliorer les performances du circuit. En voici un exemple :
Ajustement des tracés afin d'utiliser la capacité parasite pour l'adaptation de l'impédance (espacement recommandé > 5 mm).
La structure à plaques parallèles formée par les plans de puissance et de masse crée une capacité distribuée, fournissant un stockage de charge à faible impédance pour les composants à grande vitesse afin de répondre aux demandes instantanées de courant élevé (espacement recommandé > 5 mm).
Conclusion
Les condensateurs présentent une multifonctionnalité dans la conception des circuits imprimés.Leur sélection et leur placement doivent être optimisés en fonction des exigences spécifiques du circuit (par exemple, les caractéristiques de fréquence, les besoins de stockage d'énergie, la suppression du bruit) afin d'obtenir des performances optimales.