Как определить утечку тока аккумулятора

Рубрика: Аккумуляторы и батареи

При длительном простое автомобиля обычно возникают проблемы при осуществлении попыток его завести. Причиной этому является севшая после продолжительного простоя аккумуляторная батарея.

В каждом автомобиле имеется минимальный допустимый ток утечки, составляющий порядка 50-80 мА. Как правило, охранная сигнализация потребляет примерно 20-25 мА, внутренняя память контроллера системы впрыскивания расходует около 5 мА, автомагнитолы – 3 мА. Также незначительно потребляют ток элементы приборной панели и блок центрального замка. В результате набегает примерно 60 мА.

С таким расходом тока аккумуляторная батарея должна без проблем служить на протяжении нескольких лет, никогда не доставляя проблем своему владельцу. Но если суммарная утечка тока превышает показатель в 60-80 мА, то аккумулятор очень быстро сядет.

Для проведения правильного замера утечек тока необходимо сначала поставить мультиметр в режим определения постоянного тока на 10 или 20 А.

Наиболее безопасно проводить измерения тока в разрыве массы, то есть при снятой минусовой клемме аккумуляторной батареи. Но также возможно выполнение замеров и в разрыве “плюса”.

Для того, чтобы определить возможную утечку тока в разрыве массы необходимо:

1. Снять отрицательный зажим с аккумуляторной батареи;
2. Подключить один из проводов амперметра к минусу аккумулятора;
3. Второй провод разместить на снятом проводе, при этом соблюдение либо несоблюдение полярности для электронного мультиметра не имеет принципиального значения.

Для определения утечки тока на разрыве плюса следует:

1. Отключить положительный зажим от аккумуляторной батареи;
2. Амперметр подсоединить минусовой клеммой к контактной клемме автомобиля;
3. Плюсовую клемму амперметра подключить к аккумулятору.

На следующем рисунке представлен общий порядок осуществления замеров тока в цепи какого-либо электропотребителя. Красной пунктирной линией показано недопустимое подключение амперметра.

Ток утечки составляет 520 мА, при этом включено освещение салона и лампочка в “бардачке”.

Ток утечек нормальный при включенном контроллере и магнитоле.

Также подробнее остановимся на технологии определения утечки тока. Для этого необходимо:

1. Подготовить свой автомобиль к проведению тестирования, для чего следует отключить автомагнитолу, погасить габаритные огни, освещение внутри салона, в общем, абсолютно все потребители тока;
2. Затем необходимо выждать, около минуты и подсоединить амперметр к разрыву цепи, снять показания прибора. Минуту следует ждать по причине такой особенности автомобильной сигнализации, как их постановка на охрану не ранее, чем через такой временной промежуток;
3. При обнаружении на индикаторе амперметра тока утечки, необходимо поочередно доставать и ставить на свое место предохранители и реле;
4. Таким образом, когда ток обратно придет в норму, станет ясно, какая конкретно цепь допускает утечку.

Как видно из рисунков, вся процедура предельно проста и не требует приложения усилий и времени.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Почему аккумулятор разряжается сам?

Почему аккумулятор разряжается сам?

         Коротко: Аккумулятор не разряжается сам по себе. Всегда есть «виновный» и его можно вычислить.

      Очень частое явление в среде автолюбителей: авто стоит несколько дней без движения. Именно несколько. 2,3,5 … не месяц и даже не неделя. Но после этого, при повороте ключа зажигания, владелец слышит либо повторяющиеся щелчки, либо вообще ни чего. Аккумулятор «сел». Но почему? Ведь всё, что нужно было выключено.  Автомобилисты реагируют по-разному, кто-то заряжает, кто-то покупает новый, кто-то идет разбираться с продавцом из-за «некачественного товара».    Но действовать в такой ситуации нужно иначе.

         Очень важная и интересная «оговорка»:

         На самом деле есть ситуация, когда аккумулятор может «сам разрядиться». Это называется «потеря на корпус».

Простыми словами – пыль и грязь на корпусе в районе пробок или вентиляционных отверстий может впитывать пары кислоты и становиться токопроводимой средой. Если эти зоны загрязнения от разных банок акб соединяются между собой, то получается что-то типа постоянного потребителя. Значения потери тока порой могут доходить до очень серьезных показателей и вполне способны разрядить батарею за короткий срок.  Наличие подобного загрязнения на корпусе акб является явным нарушением правил эксплуатации, поэтому любые подобные загрязнения с аккумулятора нужны смывать раствором соды. Эта ситуация больше всего подходит под классификацию «сам», но всё-таки и здесь не сам по себе.  

       Теперь о более серьёзном. Любой нынешний автомобиль имеет довольно сложную систему электрооборудования. Даже дешевые модели, на которых, казалось бы, ничего не установлено, могут озадачить своей схемой стандартных электронных устройств. Любой потребитель из всей схемы может начать работать не так, как задумано и это нарушит баланс в системе заряд/разряд любого авто.

 А когда  речь заходит о богатой комплектации  и добавленных от себя устройствах, то  тогда вопрос о подобных неполадках встаёт в формулировке не «ЕСЛИ ЧТО-ТО ВЫЙДЕТ ИЗ СТРОЯ», а «КОГДА ЧТО-ТО ВЫЙДЕТ ИЗ СТРОЯ».  

 

              В чём именно проблема?       

        В исправном состоянии почти все потребители в автомобиле отключаются сразу или с небольшой задержкой после изъятия ключа зажигания из замка. Некоторые могут потреблять даже в выключенном состоянии, но это потребление рассчитано так, что автомобиль на родном аккумуляторе может простоять 3-4 недели и после этого у него останется достаточно сил, чтобы раскрутить двигатель. Но любой потребитель может внезапно выйти из строя так, что его потребление увеличится многократно. Такое может случиться из-за сложных систем типа магнитолы или сигнализации. А может и из-за какого-нибудь простенького реле, датчика или концевика. И получается ситуация, когда Вы уверенны, что у вас всё выключено, но потребление тока в состоянии покоя таково, что за ночь или за несколько ночей аккумулятор разряжается до глубокого состояния и даже может замерзнуть из-за потери плотности.

Заряд от генератора при этом скорее всего в полном порядке, но за время поездки аккумулятор явно не восстановится и на следующий день всё будет только хуже.

      Первая причина, по которой потребление тока становится слишком большим, это неправильная установка части этих устройств. Ту же саму магнитолу можно установить так, что она работать будет, но при этом где-то что-то будет замыкать. Про сигнализацию вообще молчу – там можно натворить очень много бед.

          Вторая причина

  обычная рассеянность. Можно забыть, что, например, нужно выключать свет в салоне или вытаскивать из прикуривателя видеорегистратор. Не все машины умеют «предупреждать» о невыключенном свете и отключать питание на прикуриватель после выключения зажигания. Впрочем, это не совсем наша ситуация.

      Третья причина – неисправность в цепи устройства или самом устройстве. Классический пример: горящая лампочка подсветки багажника. Вроде бы всё работает, но после двух-трёх дней простоя запустить мотор, может быть, уже не получится: если АКБ не совсем свежая, она за это время разрядится сильно. Кроме того, у старых автомобилей утечка может расти по причине не вполне исправной проводки. Где-то она потёрлась, где-то поплавилась, куда-то слазили кривые руки электрика дяди Васи… Причин много, а следствие одно – рост тока утечки и севшая АКБ. Так как узнать, всё ли в порядке с этим током на машине и что делать, если он слишком высок?

         

           Единственный инструмент, который нам понадобится в работе, это мультиметр. Причём подойдёт даже самый дешевый. Наша задача – замерить ток, который потребляет автомобиль в «режиме спячки». Для этого переводим мультиметр в режим изменения тока, в нашем случае – на 10 А. Дело в том, что мультиметр надо включить в цепь, и через него пройдёт весь потребляемый ток. Ток утечки должен небольшим – максимум 50-90 мА, но в момент подключения мультиметра в разрыв цепи через него пройдёт ток всего электрооборудования, которое включится после замыкания цепи. Ток может доходить до 15 А и только через несколько секунд опускаться до нормы. Но этих нескольких секунд вполне достаточно, чтобы сжечь если не весь мультиметр, то хотя бы его предохранитель (если он есть). 

     Поэтому не слушайте тех, кто предлагает просто скинуть минусовую клемму и воткнуть в разрыв мультиметр, накинув один его провод на клемму АКБ, а второй – на снятый с клеммы провод. Конечно, по схеме подключение таким и должно быть, но лучше делать в несколько иной последовательности. А именно – один провод мультиметра подсоединить к клемме, второй – к проводу на этой клемме, и только после этого снять провод с клеммы АКБ.  Таким образом можно избежать скачка тока в момент включения в цепь мультиметра. 

      Кроме того, этот способ позволяет избежать ещё одного неприятного момента: так как фактического разрыва цепи не происходит, нет необходимости проводить все операции с машиной, которые необходимы после отключения АКБ: настраивать магнитолу, время, работу стеклоподъёмников и проводить прочие адаптации.  

      Третий положительный момент – не надо ждать, пока «устаканятся» показатели тока утечки. Если разорвать цепь, а потом в разрыв включить мультиметр, первые минуты потребляемый ток будет большим из-за большого количества потребителей, которые возвращаются к жизни. «Проснётся» ЭБУ, начнут заряжаться конденсаторы, может начать работать климат-контроль (хотя бы самодиагностироваться или вращать заслонками), и как раз тут ток будет завышенным. И тогда придётся ждать, пока системы успокоятся. До полного «засыпания» электроники в сложных автомобилях может пройти и полчаса. А ждать полчаса – это скучно.

         Идеально – это открыть капот, подключить мультиметр, зажать концевой выключатель капота, имитируя его закрытие, поставить машину на сигнализацию и ждать, что покажет мультиметр. В этом случае ток утечки будет ровно таким, какой он есть в то время, пока вы спите, а какая-то неисправность пожирает зарядку аккумулятора. Но обычно достаточно просто увидеть цифры, которые покажет мультиметр после пары минут работы в цепи.

И кстати, не обязательно подключаться к минусовой клемме. Можно включить мультиметр и между плюсовой клеммой и её проводом, что я и сделал: доступ к минусу на конкретном автомобиле затруднён.

        Это мы описали способ измерения при помощи любого мультиметра, который доступен всем и каждому. Однако если воспользоваться электроизмерительными клещами, то тогда скидывать клемму не придётся вовсе, однако такие клещи  — прибор довольно дорогой по сравнению с дешевым мультиметром, и имеют его обычно те, кто и без этой статьи знает всё что нужно про ток утечки.

     Значение нормального тока утечки может заметно отличаться в зависимости от марки и комплектации автомобиля. Чем больше потребителей бодрствуют, тем больше будет ток. Какой-то одной цифры нормального тока нет. Я бы советовал придерживаться таких порядков:

• бюджетные автомобили – до 50 мА,
• средний несложный автомобиль – до 70 мА,
• автомобиль со сложной электроникой – до 100 мА.

   Само собой, и цифры, и деление машин несколько условны, но точнее сказать трудно. Если легковой автомобиль  с двигателем до 1,6 включительно «ест» больше 50 мА – есть повод искать утечку. 

     Допустим, мультиметр показывает около 40 мА. Это абсолютно нормальный показатель. Можно возвращать клемму на место, убирать мультиметр и спать спокойно дальше. 

     Если мультиметр показывает слишком большой ток, нужно искать, что его там в машине потребляет. Для этого нужно выполнить всего одну нехитрую операцию: открыть блок с предохранителями и вытаскивать их по очереди, наблюдая за показаниями мультиметра. Если при одном вытащенном предохранителе ток утечки сильно снижается, значит, в цепи этого предохранителя и находится тот баловник, который поедает зарядку АКБ. Ну а дальше осталось проверить цепь и потребители проблемной сети. Если не знаете, что за предохранитель оказался у вас в руках, посмотрите на обратную сторону крышки предохранителей – на ней обычно бывает их схема.

         На этом проверка тока утечки заканчивается. Но было бы неправильным не сказать об ещё одной вещи. Что делать, если утечку найти не удалось, а АКБ всё равно утром севший? 

       В первую очередь придётся проверять работу генератора. Вполне вероятно, что никакой запредельной утечки нет, а причина садящегося аккумулятора кроется в его обычном недозаряде. Кроме того, никаких предохранителей в цепи генератора обычно не бывает, так что замер тока утечки ничего в этом случае не даст. Поэтому переводим мультиметр в режим вольтметра, измеряем напряжение на клеммах АКБ, затем смотрим напряжение на клеммах после пуска мотора. Если там с работающим мотором и без включенных потребителей остаются все те же унылые 12-13 вольт, генератор пора ремонтировать. 

      Правда, если у него близок к концу диодный мост, без нагрузки он может показывать нормальное напряжение, а вот под нагрузкой сильно просаживаться. Но диагностика генератора с помощью мультиметра – это уже совсем другая история.

      Стоит упомянуть ещё одну ситуацию, когда утечки нет, а проблема со стартом есть. Если однажды прилично подсадить аккумулятор, так чтобы у него просела плотность, но он не успел дойти до точки «незавода», то один только генератор не сможет восстановить плотность и получаемый им заряд не будет задерживаться в батарее. Будет получаться так, что «раскачав» автомобиль утром, он будет нормально заводиться в течение дня, а за ночь снова потеряет все силы. При этом утечку тока обнаружить не удастся, с зарядкой всё в порядке и для непосвященного будет «очевидно», что аккумулятор – бракованный. Но нет, аккумуляторщик выявит это очень легко, вот только убедить владельца в этом будет очень сложно. Но это уже совсем другая история.  

           Вывод:

1. Сам по себе аккумулятор не имеет свойств разряжаться за ночь или за похожий срок.
2. Если аккумулятор разряжен, значит его что-то разрядило.
3. Процедура поиска причины разряда не сложная и технически доступна любому.
    

     На этом пока всё. АКБСТАРТ

✅Каковы причины саморазряда аккумулятора?

↪ Аккумулятор разряжается сам по нескольким причинам. Во-первых, это может быть вызвано химическим процессом, происходящим внутри аккумулятора, который происходит, даже если аккумулятор не используется. Во-вторых, некоторые устройства, такие как часы или дистанционные пульты, постоянно потребляют энергию аккумулятора, даже когда они не используются. Наконец, возможно, что аккумулятор поврежден и потерял свою емкость, что также может привести к саморазряду.

✅Как можно предотвратить саморазряд аккумулятора?

↪ Существует несколько способов предотвратить саморазряд аккумулятора. Во-первых, можно хранить аккумуляторы в прохладном месте, так как высокая температура может ускорить саморазряд. Во-вторых, если устройство не будет использоваться в течение длительного времени, рекомендуется извлечь аккумулятор из устройства. Наконец, использование качественных аккумуляторов и зарядных устройств также может уменьшить вероятность саморазряда.

✅Можно ли восстановить емкость саморазряженного аккумулятора?

↪ Восстановление емкости саморазряженного аккумулятора зависит от типа аккумулятора и его состояния. Для некоторых типов аккумуляторов, таких как никель-кадмиевые (NiCad), может помочь процесс формирования, при котором аккумулятор разряжается и заряжается несколько раз. Для других типов аккумуляторов, таких как литий-ионные (Li-ion), процесс формирования не применяется. В некоторых случаях возможно использование специальных зарядных устройств, которые помогают восстановить емкость аккумулятора. Если аккумулятор сильно поврежден или его емкость уменьшена до критического уровня, возможно, потребуется замена аккумулятора.

Как измерить ток утечки цифровым мультиметром?

Что такое ток утечки? Ток утечки в электрической цепи — это один из типов проблем с током, который течет из цепи в «землю».

Чтобы понять заземление, представьте себе обычную заземленную розетку в США. Розетка с заземлением — это розетка с тремя отверстиями вместо двух. Чуть большее отверстие, расположенное под двумя вертикальными прорезями, — это земля.

Как пользоваться цифровым мультиметром

Пожалуйста, включите JavaScript

Как пользоваться цифровым мультиметром

Это позволяет безопасно возвращать электричество из цепи в случае «короткого замыкания». Без заземления короткое замыкание было бы опасно для цепи, для используемого вами устройства или для вас.

Обычно электрический ток течет от положительной стороны (правое отверстие) к отрицательной стороне слева, с заземлением для безопасного «возврата» электричества.

Если оставить в стороне пример с розетками, то по-прежнему работает любая электрическая цепь. В нормальной цепи почти нет утечки из цепи в землю.

Проблема тока утечки заключается в утечке тока из нормальной цепи, которая течет от плюса к минусу в заземленную часть цепи. В лучшем случае это означает потерю эффективности, но ток утечки может вызвать и множество других проблем.

Почему возникает проблема с током утечки?

Хотя небольшая утечка всегда будет иметь место, заметное изменение может быть опасным или даже фатальным. Неправильно заземленное устройство может попасть в человека, чего мы всегда хотим избежать.

При работе с электричеством мы всегда хотим держать его подальше от себя и держать в цепи.

На менее серьезном уровне распространенная проблема с током утечки заключается в том, что он без необходимости отключает некоторые розетки GFCI или просто вызывает повышение напряжения, что может вызвать проблемы в приборах или цепях, с которыми вы работаете.

Иногда такое повышение напряжения может «взорвать» ваше устройство. В других случаях ток утечки может свидетельствовать о повреждении изоляции, что является проблемой, которую следует устранять как можно скорее. Опять же, мы хотим, чтобы электричество оставалось внутри цепи, а также внутри изоляции.

Измерение утечки как тока

Многие измерения, которые вы выполняете с помощью мультиметра, являются измерениями напряжения. Напряжение — это общая мощность цепи или электрического компонента. С током утечки вы хотите измерить ток.

Если напряжение можно сравнить с измерением ширины классической водопроводной трубы, показывающей, сколько воды может пройти через нее в любое время, то ток будет мерой того, сколько воды действительно проходит через нее. В электрической цепи ток является мерой того, сколько электричества протекает через цепь.

Чтобы измерить ток, вам нужно перехватить цепь. Таким образом, вы технически строите обход текущего потока, на котором вы измеряете ток. Это также означает, что вам придется временно разорвать цепь.

Как измерить ток утечки с помощью мультиметра

Многие цифровые мультиметры имеют функцию, позволяющую измерять ток. Как вы понимаете, это значительно упрощает выполнение теста.

Перед тем, как приступить к измерению тока утечки, дважды проверьте свое руководство, чтобы узнать, куда вставлять щупы. Помните, что не каждый тест требует, чтобы ваши лиды находились в одной и той же позиции.

После того, как вы установили на мультиметре текущую настройку и разместили провода в нужном месте. Если у вас есть цифровой мультиметр с ручным управлением, выберите правильный диапазон.

Если вы не уверены в диапазоне, лучше начать с высокого уровня и постепенно снижаться, пока не окажетесь в нужном диапазоне. Это предотвращает перегрузку счетчика.

Теперь поместите каждый провод в одну точку цепи так, чтобы один конец был ниже другого. Лучший способ сделать это — использовать чистые и полностью закрытые зажимы типа «крокодил».

Как только зажимы будут на месте, это создаст перехват, о котором мы говорили ранее. Через некоторое время вы можете прочитать ток на экране.

Как измерять ток утечки с помощью токоизмерительных клещей

Если вы подозреваете, что регулярно сталкиваетесь с током утечки, возможно, вы захотите купить токоизмерительные клещи. Как следует из названия, это оборудование идеально подходит для измерения тока утечки.

Многие цифровые мультиметры снабжены токоизмерительными клещами в качестве аксессуара, но вы также можете приобрести их как отдельный продукт.

Чтобы использовать клещи для измерения тока утечки, поместите клещи клещей вокруг проводника. Это автоматически запускает процесс считывания и устраняет перехват цепи, как мы видели при измерении тока утечки с помощью цифрового мультиметра.

Как измерить ток утечки в автомобиле

Одним из распространенных мест, где вы можете обнаружить ток утечки, является ваш автомобиль. Поскольку это так распространено, мы хотим обсудить это отдельно, хотя основы не будут отличаться от того, что мы обсуждали до сих пор.

Для измерения тока утечки в автомобиле убедитесь, что ваш автомобиль выключен и ключ не находится в замке зажигания.

Чтобы измерить ток утечки в автомобиле, переключите мультиметр на измерение постоянного тока, подключите провода к нужным портам и подсоедините один провод к отрицательной клемме автомобильного аккумулятора, а другой провод к разным проводам.

Когда вы обнаружите большую разницу в показаниях, вы обнаружили ток утечки, который необходимо устранить.

Вывод

Теперь вы знаете, как измерить ток утечки с помощью цифрового мультиметра. Обязательно прочтите руководство к мультиметру и выполните «пробный запуск», прежде чем пытаться измерить ток утечки.

Если вы все еще не знаете, как это сделать, лучше всего обратиться к профессионалу.

Всегда соблюдайте все инструкции по технике безопасности и дважды проверяйте, отключена ли цепь.

Характеристики тока утечки конденсаторов

Конденсаторы, как и другие электронные компоненты, изготавливаются из несовершенных материалов. Несовершенства и дефекты этих материалов существенно влияют на электрические характеристики конденсаторов. Некоторые из параметров, определяемых этими дефектами и несовершенствами, включают импеданс, коэффициент рассеяния, индуктивное реактивное сопротивление, эквивалентное последовательное сопротивление и ток утечки. При проектировании электронной схемы необходимо учитывать характеристики тока утечки конденсаторов.

Ток утечки постоянного тока является одной из ключевых характеристик, которые следует учитывать при выборе конденсатора для вашей конструкции. Другие важные параметры включают рабочее напряжение, номинальную емкость, поляризацию, допуск и рабочую температуру. Основные определения тока утечки и его обратное значение — сопротивление изоляции можно найти в следующей статье здесь.

Ток утечки и его влияние на работу конденсаторов

Проводящие пластины конденсатора разделены диэлектрическим материалом. Этот материал не обеспечивает идеальной изоляции и допускает утечку тока через него. Ток утечки постоянного тока относится к этому небольшому току, который протекает через конденсатор при подаче напряжения. Величина этого тока в основном зависит от приложенного напряжения, температуры конденсатора и периода заряда.

Величина тока утечки варьируется от одного типа конденсатора к другому в зависимости от характеристик диэлектрического материала и конструкции. Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют большой ток утечки, а керамические, фольговые и пленочные конденсаторы имеют малый ток утечки. Очень малый ток утечки обычно называют «сопротивлением изоляции».

В электронных схемах конденсаторы используются для самых разных целей, включая развязку, фильтрацию и связь. Для некоторых применений, таких как системы электропитания и системы связи усилителей, требуются конденсаторы с малыми токами утечки. Алюминиевые электролитические конденсаторы и танталовые конденсаторы имеют высокие токи утечки и, как правило, не подходят для таких применений. Пластиковые и керамические конденсаторы имеют меньшие токи утечки и обычно используются для связи и хранения.

Ток утечки в зависимости от сопротивления изоляции

Диэлектрические материалы, используемые в конденсаторах, не являются идеальными изоляторами. Небольшой постоянный ток может протекать или «просачиваться» через диэлектрический материал по разным причинам, характерным для каждого диэлектрика. В результате, когда конденсатор заряжается до определенного напряжения, он медленно теряет свой заряд. Когда он теряет заряд, напряжение между электродами конденсатора падает.

Ток утечки (DCL) и сопротивление изоляции (IR) находятся в простой математической зависимости друг от друга:

R (IR) = V / I (DCL) или I (DCL) = V / R (IR)

Поскольку значения взаимосвязаны, использование терминов ток утечки и сопротивление изоляции зависит от типа диэлектрика. Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют относительно большую утечку, которая поэтому называется током утечки. В качестве альтернативы, пластиковые пленочные или керамические конденсаторы имеют очень малый ток утечки, поэтому эффект измеряется сопротивлением изоляции. См. рис. 1. обзор IR на наиболее распространенных типах конденсаторов с диэлектриком.

Как правило, сопротивление изоляции имеет тенденцию к уменьшению при более высоких значениях емкости. Из практических соображений сопротивление изоляции может быть выражено в мегаомах при низких значениях емкости и в ом-фарадах (соответствует секундам) при более высоких значениях емкости. Выражение Ом-Фарад позволяет использовать одну цифру для описания характеристик изоляции данного семейства компонентов в широком диапазоне значений емкости. Ток утечки также зависит от температуры. С повышением температуры увеличивается и ток утечки.

Рисунок 1. Значения типов конденсаторов относительно диэлектрического сопротивления изоляции (IR)

Токи утечки DCL в электролитических конденсаторах также упоминаются в статье здесь.

Зависимость тока утечки от времени

Режим заряда/разряда

собственная емкость. Произведение сопротивления и емкости называется постоянной времени (I = R x C) цепи. Фактически это время, необходимое для зарядки конденсатора на 63,2% от разницы между начальным значением и конечным значением. Следовательно, зависимость заряда от времени соответствует кривой, показанной на рисунке 2. В течение этого времени зарядный ток следует красной кривой, также показанной на рисунке 2.

Рисунок 1. Кривые заряда и разряда конденсатора

Заряд конденсатора в любой момент времени t рассчитывается по следующему уравнению:
Q = C x V x [1 – e-t/RC]

RC
Где e = 2,7182818, так называемое «натуральное число» или основание натурального логарифма, ln(x).

Токи утечки некоторых конденсаторов зависят от времени. В момент подачи напряжения на конденсатор ток достигает своего пика. Возникновение этого пикового тока зависит от конструкции конденсатора. В случае алюминиевого электролитического конденсатора это формообразующая характеристика конденсатора и внутреннее сопротивление источника напряжения. Когда конденсатор заряжается, его ток утечки со временем падает до почти постоянного значения, называемого рабочим током утечки. Этот небольшой ток утечки зависит как от температуры, так и от приложенного напряжения.

Некоторые конденсаторные технологии, такие как алюминиевые, танталовые и пленочные конденсаторы, обладают свойствами самовосстановления. Процесс самовосстановления может оказывать существенное влияние на токи утечки конденсаторов, в то время как точные механизмы могут зависеть от типа конденсаторной технологии. Зависимость токов утечки от времени также обусловлена ​​типом диэлектрического материала и его структурой. Другие параметры, определяющие значение этого малого тока, включают тип электролита, емкость и формирующее напряжение анода. Ток утечки керамического конденсатора не меняется со временем.

Зависимость тока утечки от температуры

Ток утечки конденсатора зависит от температуры. Уровень зависимости варьируется от одного типа конденсаторов к другому. Для алюминиевого электролитического конденсатора повышение температуры увеличивает скорость химической реакции. Это приводит к увеличению тока утечки.

По сравнению с керамическими конденсаторами танталовые конденсаторы имеют большие токи утечки. Постоянный ток утечки танталового конденсатора увеличивается с повышением температуры. Токи утечки танталовых конденсаторов немного увеличиваются, когда они хранятся в условиях высокой температуры. Это небольшое увеличение тока утечки носит временный характер и устраняется приложением номинального напряжения на несколько минут. Кроме того, ток утечки танталового конденсатора немного увеличивается, когда компонент подвергается воздействию высокой влажности. Формирование напряжения помогает обратить вспять это временное увеличение тока утечки.

Керамические и пленочные конденсаторы имеют малые токи утечки по сравнению с электролитическими конденсаторами. Для многослойных керамических конденсаторов (MLCC) собственные токи утечки увеличиваются экспоненциально с ростом температуры. Сопротивление изоляции пленочного конденсатора определяется свойствами диэлектрического материала. Для этого типа конденсатора повышение температуры вызывает уменьшение сопротивления изоляции и увеличение тока утечки.

Зависимость тока утечки от напряжения

Постоянный ток утечки конденсатора сильно зависит от приложенного напряжения. Для алюминиевых электролитических конденсаторов этот ток увеличивается с увеличением рабочего напряжения. Когда рабочее напряжение превышает номинальное напряжение и приближается к формирующему напряжению, ток утечки увеличивается экспоненциально. Когда напряжение, подаваемое на алюминиевый электролитический конденсатор, превышает импульсное напряжение, усиливается тенденция к повышению температуры, деградации электролита, образованию избыточного газа и другим вторичным реакциям. По этой причине эксплуатация алюминиевого электролитического конденсатора выше номинального напряжения недопустима. Постоянный ток утечки алюминиевого электролитического конденсатора резко падает, когда приложенное напряжение падает ниже номинального.

Ток утечки алюминиевого электролитического конденсатора увеличивается, если компонент хранится в течение длительного периода времени. Такие конденсаторы восстанавливаются до первоначальных характеристик путем восстановления. Процесс включает подачу номинального напряжения на конденсатор примерно на полчаса.

Для керамических конденсаторов собственные токи утечки сильно зависят от напряжения. Увеличение напряжения приводит к сверхлинейному увеличению собственного тока утечки. Сопротивление изоляции керамического конденсатора не зависит от напряжения.

Мифы о DCL

Есть несколько распространенных мифов, связанных с током утечки DCL конденсаторов, которые можно услышать и сегодня:

Миф 1: Ток утечки IR/DCL возникает из-за трещин в диэлектрике .

Это была одна из первых воображаемых теорий о том, почему диэлектрики имеют ток утечки без детального понимания физических механизмов внутри изоляторов. Действительно, трещины и «несовершенства» диэлектрической структуры могут быть причиной увеличения тока утечки и катастрофических отказов отдельных «неисправных» компонентов. С другой стороны, это может быть не основной проблемой для основного уровня тока утечки — мы должны понимать механизмы физической проводимости, которые имеют место в диэлектрике конкретной конденсаторной технологии.

Детальное описание механизмов проводимости выходит за рамки данной лекции, но давайте упростим его, что в конденсаторе проводимость через диэлектрик может состоять из трех основных механизмов (все три типичны для электролитических конденсаторов):

• Омическая проводимость
• Механизм Poole Frankel – его можно представить как электрон или дырки, «прыгающие» через ловушки во внутреннем объеме диэлектрика
• Прокладка тоннелей 9Механизм 0098 – это опасная зона, которая должна происходить выше рабочего напряжения. При высокой напряженности электрического поля электроны/дырки ускоряются, чтобы преодолеть все барьеры с риском лавинного эффекта и катастрофического выхода из строя детали, приводящего к короткому замыканию. Таким образом, мы можем предположить, что это основной механизм электрического пробоя
.

Другое большое влияние на значение DCL оказывает конструкция самого конденсатора, а именно электрический потенциал между системой электродов и изолирующим диэлектриком. Металлические электроды могут иметь некоторые субоксидные слои, которые являются полупроводниковыми, а также электролит в электролитических конденсаторах может проявлять скорее полупроводниковое поведение, поэтому фактически во многих случаях в конденсаторах мы сталкиваемся не с простыми структурами металл-изолятор-металл, а с более сложными системами металл-изолятор-полупроводник, где барьеры на границе раздела могут играть ведущую роль в общих значениях тока утечки DCL.

Миф 2: Ток утечки IR/DCL является мерой надежности компонента

Этот распространенный миф на самом деле связан с Мифом 1, поскольку предполагалось, что деталь с более высоким током утечки также имеет большее количество трещин и, следовательно, представляет более высокий риск надежности.

Как мы узнали из приведенного выше описания мифа 1, фактический ток утечки «стандартного» конденсатора обусловлен механизмами его диэлектрической проводимости и конструкцией (согласование электрических потенциалов). DCL конденсаторов, произведенных статистически нормально, не является мерой надежности, и много раз подтверждалось, что скрининг хвостового распределения DCL не улучшает основные показатели надежности.

ОДНАКО, Изменение DCL , так как устойчивость конструкции к внешним нагрузкам может быть мерой надежности. Существует ряд проверенных методов скрининга, которые являются частью спецификаций (MIL, ESA) или применяются производителями внутри компании в качестве ноу-хау, когда применяется определенное (термо) механическое и электрическое напряжение с последующим скринингом DCL для повышения уровня надежности и сортировки подозрительных деталей.

Практический пример: Довольно часто приходилось слышать, что ток утечки на танталовых твердоэлектролитических конденсаторах с электродом из MnO2 возникает из-за трещин в диэлектриках.