Czy kondensator podłączony bezpośrednio do akumulatora zużywa energię?

18

W tym przykładzie

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab

Po początkowym naładowaniu trzonka do 3 V prąd blokuje się, ale czy z czasem zużywa on energię z akumulatorów? Czy to bezpieczne?

batteries capacitor current Miguel Pynto
źródło
Myślałem, że zadajesz inne (powiązane) pytanie ... w tym obwodzie energia oddawana przez akumulator (teoretycznie) to CV, ale energia zgromadzona w kondensatorze to tylko połowa tego. Reszta energii oddala się w postaci ciepła w akumulatorze i promieniowania elektromagnetycznego. Nawet teoretycznie idealny kondensator marnuje także trochę energii.
Kartik

Odpowiedzi:

18

Prąd upływowy spowoduje wyczerpanie akumulatora, najprawdopodobniej nie aż tak znacząco w porównaniu z wewnętrznym samorozładowaniem akumulatora.

Aluminiowy elektrolit może przeciekać 100nA przez długi czas, co niewiele znaczy w porównaniu do samorozładowania nawet ogniwa guzikowego. Gwarantowane maksimum typowego e-capa tego rozmiaru wynosi 0,002CV lub 400nA (w zależności od tego, która wartość jest większa) po 3 minutach. Większość części znacznie go pokona. Niektóre części SMD nie są tak dobre.

Drugie pytanie dotyczyło tego, czy jest to bezpieczne. Ogólnie tak, jednak prawie zawsze są wyjątki w inżynierii. Jeśli akumulator 3 V ma dużą pojemność prądową (być może niezabezpieczone ogniwo Li 18650), a kondensator jest podobny do kondensatora tantalowego 6,3 V, istnieje duże ryzyko wystąpienia zdarzenia zapłonu po podłączeniu kondensatora do akumulatora (strzelanie z płomieni na zewnątrz, jasne światło i kilka szkodliwych oparów). Ryzyko można znacznie zmniejszyć, dodając pewną rezystancję szeregową kilkudziesięciu omów.

Spehro Pefhany
źródło
„Gwarantowane maksimum typowego e-capa tego rozmiaru to 0,002CV lub 400nA (w zależności od tego, która wartość jest większa) po 3 minutach”: ciekawe, jakie jest twoje źródło?
Mister Mystère,
Arkusze danych kondensatorów, np. Nichicon.
Spehro Pefhany
@SpehroPefhany Czy pamiętasz, która seria? Pytam tylko dlatego, że niedawno szukałem elektrolitu o niskim wycieku, a najlepsze, co udało mi się znaleźć, to 0,01 CV lub 3uA (w zależności od tego, która wartość jest większa).
bitshift
@bitshift Wypróbuj serię UKL , dostępną w małych ilościach od Mouser. 0,002CV lub 200nA. Ale wielu producentów ma w swoim portfolio typy niskiego wycieku, ponieważ są dość popularne w Azji, po prostu trudniej je znaleźć w dystrybucji. Niektóre linie zwykłych części faktycznie działają całkiem dobrze (bez gwarancji), ale niektóre nie-wyższe większe części ESR są zwykle mniej nieszczelne z jakiegokolwiek powodu (powodów).
Spehro Pefhany
18

W stanie ustalonym (po długim czasie) idealny kondensator nie pobiera znaczącego prądu z akumulatora. Prawdziwy kondensator pobiera niewielki prąd upływowy. Ilość prądu upływowego będzie zależeć od rodzaju kondensatora, elektrolity będą miały wyższy prąd upływowy niż folie i ceramika.

John D.
źródło
2
„Idealny kondensator” ładuje się natychmiast z idealnej baterii (z idealnym okablowaniem o zerowej indukcyjności), w fali nieskończonego prądu. Myślę, że mówisz o prawdziwej baterii z niezerowym oporem wewnętrznym i stałą czasową RC dla spadku prądu do zera.
Peter Cordes,
1
@PeterCordes masz rację, rozważałem idealny kondensator, ale prawdziwą baterię i okablowanie, w którym to przypadku prąd zaczyna się duży i maleje wykładniczo do zera. Ale jeśli oba są idealne, jak wskazałeś, dostaniesz impuls prądu, a pułapka naładuje się natychmiast.
John D
Tak, chciałem powiedzieć „stała czasowa RC dla prądu do spadku w kierunku zera”, a nie „do zera”. Właśnie to dostaję za nit-pick: P
Peter Cordes,
12

Idealnym kondensatorem byłby obwód otwarty na prąd stały, więc nie przepływałby prąd i energia nie byłaby zużyta po pełnym naładowaniu kondensatora.

Jednak prawdziwe kondensatory mają niewielki prąd upływowy, więc w rzeczywistości energia z baterii byłaby zużywana bardzo powoli po początkowym naładowaniu.

Peter Bennett
źródło
6

Powinieneś sprawdzić coś, co nazywa się „opornością izolacji”

Cytuję z Muraty:

Rezystancja izolacji monolitycznego kondensatora ceramicznego reprezentuje stosunek między przyłożonym napięciem a prądem upływowym po określonym czasie (np. 60 sekund) przy zastosowaniu napięcia stałego bez tętnień między zaciskami kondensatora. Chociaż teoretyczna wartość rezystancji izolacji kondensatora jest nieskończona, ponieważ przepływ prądu między izolowanymi elektrodami rzeczywistego kondensatora jest mniejszy, rzeczywista wartość rezystancji jest skończona. Ta wartość rezystancji nazywana jest „rezystancją izolacji” i oznaczana za pomocą jednostek takich jak Meg Ohms [MΩ] i Ohm Farads [ΩF].

Sprawdziłem posiadany arkusz danych (numer części: GRM32ER71H106KA12 ) na przykład, aby oszacować, ile przecieków przechodzi. Sprawdź obraz poniżej:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Aby w pełni zrozumieć zachowanie kondensatora w stanie ustalonym (jak w przypadku bezpośredniego podłączania kondensatora do akumulatora), zdecydowanie polecam przeczytać następujący artykuł: http://www.murata.com/support/faqs/products/capacitor/mlcc/ char / 0003

fhlb
źródło
0

Jeśli biegunowość baterii zostanie odwrócona w tym scienario, to nawet idealny kondensator zużyje prąd, aby zmienić jego biegunowość w zgodzie z baterią. Ale w tym przypadku tylko prawdziwy kondensator będzie w stanie zużywać energię z powodu efektu sprężynowania, tj. Wycieku ładunku z krawędzi kondensatora. Będzie to jednak zależeć od rodzaju kondensatora i materiału użytego do jego wytworzenia.

użytkownik363203
źródło