Dies wird mit erheblichen Einschränkungen gesagt, aber die einzigen Elektrolytkondensatoroptionen für eine druckbeaufschlagte Umgebung sind solche mit einem festen Elektrolyten, also festen Tantal-, Tantalpolymer- oder Aluminiumpolymerkondensatoren.
So gibt beispielsweise Cornell Dublier ausdrücklich an, dass alle Aluminium-Elektrolytkondensatoren einen Betriebsbereich von 1,5 Atmosphären bis 10.000 Fuß haben ( Quelle - Seite 9 ).
Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind nicht vollkommen frei von Hohlräumen und ihr normaler Betrieb und ihre anfängliche Eloxierung stellen sicher, dass bereits eine geringe Menge Wasserstoffgas direkt ab Werk enthalten ist. Bei geringem Druck werden alle Verunreinigungen an den Dichtungen vorbei in den Kondensator gedrückt, wodurch möglicherweise ein Kurzschluss oder eine Änderung der Kapazität verursacht wird. Bei höheren Drücken werden sie einfach nach innen gedrückt und gewährleisten einen Kurzschlussfehler.
Einfach ausgedrückt, normale Aluminiumelektrolyseprodukte sind völlig vom Tisch.
Jetzt wird es schwierig: Wenn Sie drucktolerante Elektronik entwickeln, sind Sie meistens auf sich allein gestellt. Damit meine ich, dass Sie keine Antworten auf Fragen wie den maximalen Betriebsdruck der meisten Komponenten finden werden, selbst wenn Sie dem Unternehmen eine E-Mail senden. Dies liegt daran, dass eine solche Nische unglaublich klein ist und es sich einfach nicht lohnt, Produkte unter solch ungewöhnlichen Umgebungsbedingungen zu testen oder zu qualifizieren.
Es gibt einige wenige (sehr wenige) Unternehmen, die eine begrenzte Auswahl an Bauteilen mit hohem Druck wie Kondensatoren herstellen, von denen einige bis zu 10.000 psi hoch sind . Diese Kondensatoren werden sehr teuer sein - ich konnte nicht einmal einen Preis finden, Sie müssen ein Angebot anfordern. Wenn Sie genug Volumen haben, würde ich immer noch davon ausgehen, dass sie weit über 500 - 1000 US-Dollar pro Kondensator kosten. Sie sind auch riesig, 50.000µF Tantalkondensatoren , echte 10.000 psi Monster. Daher ist es meiner Meinung nach auch keine realistische Option für Sie, vorqualifizierte Teile zu finden, die praktisch sind.
Dies bedeutet, dass Sie die Komponenten selbst qualifizieren müssen. Sie müssen eine fundierte Entscheidung treffen und einen COTS-Kondensator auswählen, aber niemand kann Ihnen mit Sicherheit sagen, ob er funktioniert oder wie sich seine Eigenschaften oder Langlebigkeit in einer Umgebung wie Ihrer auswirken werden. Sie müssen das alles selbst testen.
So muss die drucktoleranteste Elektronik konstruiert werden. Sie qualifizieren die Teile einzeln durch Ihre eigenen Tests, und anschließend qualifizieren Sie die gesamte Baugruppe gemeinsam durch Tests. Anschließend investieren Sie entweder viel Zeit und Geld, um sich selbst ein Bild von der Zuverlässigkeit oder Langlebigkeit Ihres Aufbaus zu machen. Sie hoffen nur auf das Beste (und lernen, was mit den Geräten im Feld passiert - wenn Sie so wollen, versuchen Sie es mit Feuer).
Sie sollten daher auch genau wissen, was auf dem Spiel steht und welche Konsequenzen ein Ausfall Ihres Boards haben würde, und sicherstellen, dass Wertberichtigungen vorgenommen werden, damit beispielsweise die Sicherheit von Personen nicht gefährdet wird.
Allerdings sind Festtantalkondensatoren für die elektrolytische Kapazität in großen Mengen die beste Wahl, um den Druck bei minimalen Leistungsänderungen zu tolerieren .
Eine andere Möglichkeit ist, sicherzustellen, dass Sie wirklich überhaupt Elektrolytkondensatoren benötigen. Keramikkondensatoren, die für 10 V und 100 uF ausgelegt sind, sind leicht verfügbar und nicht schrecklich teuer . Dieser Murata-Kondensator ist beispielsweise eine Option. Beachten Sie nur den DC-Bias-Graphen - die meisten Keramikkondensatoren mit hoher Kapazität verwenden Dielektrika, die den ferroelektrischen Effekt aufweisen. Ähnlich wie ferromagnetische Materialien bei Vorhandensein eines Magnetfelds sind ferroelektrische Materialien analog, jedoch für elektrische Felder (und als elektrisches Feld gespeicherte Energie ist letztendlich das, was der Kondensator letztendlich speichert). Dies bedeutet, dass die effektive Kapazität von Keramikkondensatoren unter Gleichstromvorspannung abfällt. Sie müssten also ihre Kapazität verringern und mehr als eine parallel verwenden.
Der Goldstandard in der drucktoleranten Elektronik war schon immer der Polypropylen-Metallfilmkondensator , aber offensichtlich sind diese viel zu niedrig und einfach nicht für Anwendungen mit großen Kapazitäten geeignet. Ich dachte, ich würde sie der Vollständigkeit halber hier notieren.
Abschließend, abgesehen von einigen ziemlich exotischen Hochdruck, Hochsee - Kondensatoren , die für Ihre Anwendung wahrscheinlich nicht praktikabel sind, ist die kurze Antwort auf Ihre Frage , die Tantal - Kondensatoren sowie die meisten Kondensatoren einfach nicht einen maximalen Betriebsdruck haben Bewertung . Die Bewertung wird hier absichtlich hervorgehoben - verwechseln Sie dies nicht damit, dass sie bei jedem Druck arbeiten können. Sie haben sicherlich einen maximalen Druck, mit dem sie arbeiten können, aber das Rating selbst wird einfach nicht existieren.
Lassen Sie sich davon jedoch nicht entmutigen. Die Drücke, die unter anderem in der Tiefsee mit drucktoleranter Elektronik auftreten, liegen weit über 30 bar, und hochwertige Tantalkondensatoren sind hier die erste Wahl, und alle speziell für Tiefsee gefertigten Kondensatoren mit 10.000 PSI sind ebenfalls Tantalkondensatoren.
Verstehen Sie nur, dass der Hersteller kein Fehler begangen hat, wenn die Kondensatoren ausfallen, und dass Sie sie trotzdem selbst qualifizieren müssen. Dies bedeutet nicht nur das Überprüfen auf Fehler, sondern auch, dass die verschiedenen Eigenschaften, die für Ihre Schaltung von Bedeutung sind, in einem akzeptablen Bereich bleiben.
Holen Sie sich einige feste Tantalkondensatoren und testen Sie sie selbst. Sie werden es wahrscheinlich beim ersten Versuch bekommen, aber seien Sie bereit, ein paar verschiedene Marken oder Bauarten auszuprobieren.
Schlussbemerkungen: Andere Komponenten können in Hochdruckumgebungen ein unerwartetes Verhalten aufweisen. Stellen Sie sicher, dass Sie nichts haben, das eine Metalldose hat. Quarzkristalle sind leicht zu übersehen - Durchgangsloch oder SMD, sie haben einen leeren Raum in der Dose und mechanische Beanspruchung des Kristalls wird durch die Frequenz weg, wenn sie nicht einfach zerstört werden.
Seien Sie auch vorsichtig bei nassen Tantalkondensatoren . Sie sollten diese vermeiden. Es gibt ein weit verbreitetes Missverständnis, dass Flüssigkeiten nicht komprimierbar sind. Das ist einfach nicht wahr - sie sind viel schwerer zu komprimieren als Gas, aber es ist immer noch komprimierbar, ebenso wie Feststoffe. Das ist der Kompressionsmodul - die Kompressibilität einer Substanz. Wichtig ist, dass der Unterschied in der Kompressibilität für Flüssigkeiten gegenüber Feststoffen zwischen 10 und 100 oder 1 bis 2 Größenordnungen liegt. Dies bedeutet, dass Flüssigkeit viel stärker komprimiert als Feststoffe, was eine möglicherweise erhebliche mechanische Belastung ermöglichen würde.
Für Wasser wird es um etwa 46,4 ppm pro Atmosphäre komprimiert. Ein bestimmtes Wasservolumen verliert also etwa 0,14% seines Gesamtvolumens, wenn es einem Druck von 30 bar ausgesetzt wird. Dies lässt nichts wie eine Blechdose implodieren, aber bei Bauteilen mit sehr spröden Materialien (wie Tantalpentoxid) kann dies dazu führen, dass genügend Biegsamkeit / Dehnung auftreten, um Probleme zu verursachen. Festelektrolyt ist was Sie wollen.
