⁠

خازن فیلم

FILM CAPACITOR

خازن فیلم ( خازن لایه ای)  ، که با نام‌های خازن لایه‌ای فیلم پلیمری یا خازن لایه‌ای فیلم پلاستیکی نیز شناخته می‌شود، نوعی خازن غیرقطبی است که از یک فیلم نازک (معمولاً پلاستیکی و گاهی کاغذی) به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌کند.
خازن های فیلم به دلیل قابلیت اطمینان بالا، پایداری و خواص خودترمیمی خود شناخته شده‌اند و همین امر باعث شده است که به طور گسترده در الکترونیک قدرت، فیلترها، مدارهای اسنابر و کاربردهای رزونانسی مورد استفاده قرار گیرند.

 انواع خازن فیلم بر اساس ساختار پیکربندی 

1-خازن فلزی (متالیزه شده)   Metalized Capacitor

خازن‌های فلزی آن دسته از خازن‌هایی هستند که از یک فیلم دی‌الکتریک فلزی استفاده می‌کنند که با رسوب یک لایه فلزی روی فیلم دی‌الکتریک ساخته می‌شود. فلز مورد استفاده می‌تواند آلومینیوم یا روی باشد.
چنین پیکربندی خاصیت خودترمیمی را فراهم می‌کند و می‌توان لایه نازک را به هم پیچاند تا به ظرفیت خازنی تا ۱۰۰ میکروفاراد دست یافت.

2-خازن فیلم/فویل  Film/Foil Capacitor

چنین نوع خازن‌هایی با قرار دادن یک لایه دی‌الکتریک در میان فویل‌های فلزی ساخته می‌شوند. فلز مورد استفاده معمولاً آلومینیوم است که به عنوان الکترود عمل می‌کند.
چنین نوع پیکربندی، خازن را قادر می‌سازد تا جریان‌های ضربه‌ای بالا را تحمل کند.

 انواع خازن‌های فیلم  بر اساس نوع فیلم دی‌الکتریک

1-خازن‌های کاغذی     Paper Capacitors
2-خازن فیلم پلی استر    Polyester (PET) Film
3- خازن فیلم پلی پروپیلن     Polypropylene (PP) Film Capacitors
4- خازن فیلم پلی اتیلین نفتالات      Polyethylene Naphthalate (PEN) Film Capacitors
5- خازن فیلم پلی فنیلین سولفید       Polyphenylene Sulfide (PPS) Film Capacitors
6- خازن فیلم پلی تترافلوئورواتیلن     Polytetrafluoroethylene (PTFE) Film Capacitors
7- خازن فیلم پلی کربنات    Polycarbonate (PC) Film Capacitors
8- خازن فیلم پلی استایرن    Polystyrene (PS) Film Capacitors
9- خازن فیلم قدرت  Power Film Capacitors

ویژگی‌های کلیدی خازن های فیلم :

محدوده ظرفیت خازنی: ۱۰۰ پیکوفاراد تا چند صد میکروفاراد
ولتاژ نامی: ۵۰ ولت تا ۱۰ کیلوولت+
مواد دی‌الکتریک: پلی‌پروپیلن (PP)، پلی‌استر (PET)، پلی‌کربنات (PC)، پلی‌استایرن (PS) و غیره
تحمل: تا ±۱٪ (دقت بالا)
پایداری دما: -۵۵ درجه سانتیگراد تا +۱۲۵ درجه سانتیگراد، بسته به نوع
غیرقطبی: مناسب برای کاربردهای AC و DC
خاصیت خود ترمیمی: افزایش طول عمر در کاربردهای ولتاژ بالا

 مزایای خازن‌ها ی فیلم:

پایداری بالا و طول عمر طولانی - افت ظرفیت خازنی کم در طول زمان
ESR پایین و تحمل جریان ریپل بالا - عالی برای الکترونیک قدرت
تحمل ولتاژ بالا - تا 10 کیلوولت برای کاربردهای تخصصی
خاصیت خودترمیمی - افزایش دوام در محیط‌های پرفشار
غیرقطبی - در هر دو مدار AC و DC کار می‌کند

محدودیت‌های خازن های فیلم:

اندازه بزرگتر در مقایسه با MLCCها و الکترولیت‌ها
چگالی ظرفیت محدود - برای ذخیره‌سازی انرژی انبوه ایده‌آل نیست

خازن  MKT  خازن پلی‌استر متالیزه

خازن‌ MKT یکی از پرکاربردترین انواع خازن فیلم است که در آن از پلی‌استر متالیزه‌شده به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌شود. در ساختار داخلی این خازن، الکترودهای فلزی به‌صورت یک لایه نازک بر روی این دی‌الکتریک پوشش داده شده‌اند و بدنه آن نیز با پوشش‌های اپوکسی یا پلاستیکی مقاوم در برابر حرارت محافظت می‌شود. این طراحی باعث دستیابی به پایداری مکانیکی و الکتریکی بالا در شرایط عملیاتی مختلف می‌گردد.

مزایای خازن MKT

قیمت مقرون‌به‌صرفه:  گزینه‌ای اقتصادی برای کاربردهای عمومی.
پایداری دمایی خوب : عملکرد پایدار در گستره دمایی ۵۵- تا ۱۲۵+ درجه سانتی‌گراد.
ابعاد کوچک : مناسب برای نصب در بردهای مدار چاپی فشرده.
دقت قابل قبول : تلرانس ظرفیت معمولاً در محدوده ±۵٪ تا ±۱۰٪.
ولتاژ کاری بالا:  قابلیت کار تا حدود ۶۳۰ ولت DC.
کاربرد دوگانه : مناسب برای استفاده در مدارهای AC و DC.
نصب آسان : ارائه در انواع پایه‌های اکسیال و رادیال.
کیفیت ساخت:  استفاده از دی‌الکتریک متالیزه‌شده بادوام و با پایداری بالا.

محدودیت‌های خازن MKT

برای مدارهای RF پیشرفته با فرکانس بسیار بالا مناسب نیست.
پاسخ فرکانسی محدودتری نسبت به خازن‌های MKP دارد.
تحمل جریان ریپل آن پایین‌تر از انواع پلی‌پروپیلن است.
در صورت عبور جریان‌های بسیار بالا ممکن است دچار گرمایش شود.
برای مدارهای با دقت فرکانسی فوق‌العاده بالا گزینه ایده‌آلی محسوب نمی‌شود.
پایداری بلندمدت آن کمتر از خازن‌های پلی‌پروپیلن (PP) یا پلی‌استایرن (PS) است.

کاربردهای خازن های MKT

مدارهای فیلتر: فیلترهای پایین‌گذر، بالاگذر، صوتی و فرکانسی.
مدارهای زمان‌بندی و نوسان‌ساز: مدارهای مبتنی بر آی‌سی تایمر ۵۵۵ و نوسان‌سازهای RC و LC.
مدارهای صوتی و آنالوگ: کاربرد در کوپلاژ، دی‌کوپلاژ و تقویت‌کننده‌های صوتی.
منابع تغذیه: صاف‌سازی ولتاژ و کاهش ریپل در منابع تغذیه سوئیچینگ.
کاربردهای صنعتی : استفاده در سیستم‌های خودرویی، تجهیزات اندازه‌گیری، کنترل، ابزار دقیق و مدارهای روشنایی.
خازن MKT با توجه به قیمت مناسب، قابلیت اطمینان و طیف گسترده کاربرد، انتخابی ایده‌آل برای اکثر پروژه‌های الکترونیکی عمومی به‌شمار می‌آید. با این حال، برای کاربردهای تخصصی و بسیار حساس، ارزیابی گزینه‌های دیگر مانند خازن های  ,FKS  , MKP ....توصیه می‌شود.

خازن کاغذی (Paper Capacitor)

خازن‌های کاغذی از اولین و قدیمی‌ترین انواع خازن‌های فیلم هستند که در آن‌ها از کاغذ آغشته‌شده به روغن یا موم به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌شود. این خازن‌ها اگرچه امروزه در بسیاری از کاربردهای عمومی با انواع مدرن‌تر فیلم جایگزین شده‌اند، اما هنوز در برخی کاربردهای تخصصی ولتاژ بالا و صنعتی کاربرد دارند.

 

ساختار و انواع خازن های کاغذی

کاغذی مومی قدیمی، مستعد جذب رطوبت و تخریب تدریجی
کاغذی روغنی دوام بیشتر، مناسب کاربردهای ولتاژ بالا و صنعتی
کاغذی متالیزه دارای خاصیت خودترمیمی، ترکیب کاغذ با پلی‌پروپیلن برای بهبود عملکرد

مزایای خازن کاغذی:

تحمل ولتاژ بالا – مناسب برای کاربردهای فشار قوی
غیرقطبی – عملکرد در هر دو نوع مدار AC و DC
قابلیت اطمینان مناسب در صورت آب‌بندی صحیح
خاصیت خودترمیمی در انواع متالیزه
دی‌الکتریک: کاغذ مومی،کاغذ روغنی  و کاغذ متالیزه
مقاومت عایقی خوب اما حساس به رطوبت در انواع قدیمی

محدودیت‌ها ی خازن  کاغذی:

ابعاد بزرگ و حجیم نسبت به خازن‌های فیلم مدرن
حساسیت به رطوبت در انواع مومی
جایگزین‌شدن با انواع پلیمری در بیشتر کاربردهای معمولی
نگهداری محدود در محیط‌های مرطوب

کاربردهای خازن های کاغذی:

مدارهای ولتاژ بالا (تقویت‌کننده‌های لامپی، یکسوکننده‌های HV)
اصلاح ضریب توان در صنعت
مدارهای اسنابر (Snubber) در کاربردهای پالسی
حفاظت ترانسفورماتور و ایزولاسیون ولتاژ بالا
 تعمیر تجهیزات قدیمی و بازسازی‌شده و پروژه‌های خاص صنعتی 

خازن‌های فیلم  پلی پروپیلن خازن MKP

Poly Propylene (PP) Film Capacitors

خازن‌های پلی‌پروپیلن، خازن‌های لایه‌ای هستند که از یک ماده پلیمری آلی غیرقطبی پلی‌پروپیلن به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌کنند. آن‌ها به دلیل تلفات دی‌الکتریک کم، پایداری بالا و خواص عایق‌بندی عالی، به طور گسترده در کاربردهای ولتاژ بالا، فرکانس بالا و دقیق تا ۱٪ ± مورد استفاده قرار می‌گیرند.خازن های فیلم پلی پروپیلن در هر دو پیکربندی یعنی فیلم متالیزه و فیلم/فویل تولید می‌شوند. پایداری دما از 55- تا  105 درجه سانتیگراد است. آنها در گرمایش القایی با توان بالا و کاربردهای کم توان مانند نمونه بردار و نگهدارنده و VCO و غیره استفاده می شوند.آنها همچنین به عنوان خازن راه انداز موتور AC و خازن اصلاح ضریب توان استفاده می شوند.
خازن MKP  که دی الکتریک آن پلی‌پروپیلن متالیزه  است یکی از دقیق‌ترین و باکیفیت‌ترین انواع خازن‌ فیلم هستند. خازن های MKP   عملکرد پایداری در ولتاژ بالا و فرکانس‌ بالا دارند.

 

مزایا ی خازن پلی پروپیلن:

 
تلفات دی‌الکتریک بسیار کم - ایده‌آل برای مدارهای AC با فرکانس بالا
 پایداری دما از ۵۵ - درجه سانتیگراد تا +۱۰۵ درجه سانتیگراد
پایداری عالی - حداقل افت ظرفیت خازنی در طول زمان و دما
 ESR پایین و ضریب Q بالا-ایده‌آل برای کاربردهای فرکانس بالا
مقاومت ولتاژ بالا - مناسب برای الکترونیک قدرت، SMPS و کاربردهای موتور
 خاصیت خودترمیمی-افزایش طول عمر در مدارهای ولتاژ بالا
 غیرقطبی- قابل استفاده در مدارهای AC و DC
مقاوم در برابر رطوبت و فرسودگی - عمر عملیاتی طولانی

محدودیت‌ها ی خازن پلی پروپیلن:

اندازه بزرگتر در مقایسه با MLCCها - حجیم‌تر برای مقدار ظرفیت یکسان
چگالی ظرفیت کمتر نسبت به الکترولیتی‌ها - برای ذخیره انرژی انبوه ایده‌آل نیست
 

کاربردهای خازن های پلی پروپیلن:

منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) - مورد استفاده در مبدل‌های رزونانس، مدارهای اسنابر
مدارهای تانک رزونانس (مبدل‌های LLC، گرمایش القایی) - پایداری فرکانس بالا
خازن‌های DC-Link و اسنابر - در اینورترهای قدرت و درایوهای موتور
مدارهای PFC (اصلاح ضریب توان) - مدیریت توان با راندمان انرژی
مدارهای کراس‌اوور صوتی و مدارهای با دقت بالا - پایداری بالا و اعوجاج کم
مدارهای فیلترینگ ولتاژ بالا و پالس - مورد استفاده در کویل‌های تسلا، مبدل‌های فلای‌بک

خازن‌های فیلم پلی‌کربنات (PC)

Polycarbonate (PC) Film Capacitors

خازن‌های پلی‌کربنات (PC) نوعی خازن فیلم هستند که از پلاستیک پلی‌کربنات به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌کنند. این خازن‌ها در گذشته به دلیل پایداری بالا، جذب دی‌الکتریک پایین و تحمل دمایی عالی، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اما به دلیل هزینه  و در دسترس بودن، تا حد زیادی با خازن‌های پلی‌پروپیلن (PP) و پلی‌استر (PET) جایگزین شده‌اند.
این خازن‌های فیلم  از دی‌الکتریک پلی‌کربنات استفاده می‌کنند که هم به صورت متالیزه  و هم به صورت فیلم/فویل FILM/FOIL  تولید می‌شود. یک نمونه پرکاربرد آن خازن های ویما آلمانی سری FKC  است که دی الکتریک آننها عمدتا پلی کربنات فیلم/فویل است .
آنها پایداری بسیار بالا و تلفات بسیار کمی ارائه می‌دهند. تقریباً مستقل از دما در محدوده -55° تا +125° C است. فیلم پلی کربنات تحمل بالایی را فراهم می‌کند که قابلیت اطمینان آن را افزایش می‌دهد.
آنها در کاربردهایی که در آنها به تلفات کم و پایداری دما نیاز است، مانند مدارهای فیلتر و زمان‌بندی در محیط‌های سخت، استفاده می‌شوند.

مزایای خازن پلی کربنات:

پایداری بالا و رانش خازنی کم - مناسب برای مدارهای دقیق
محدوده دمایی وسیع (-55°C تا +125°C)
جذب دی‌الکتریک کم - بهبود دقت در مدارهای زمان‌بندی
پاسخ فرکانسی خوب - مناسب برای کاربردهای AC با فرکانس بالا
غیرقطبی- قابل استفاده در مدارهای AC و DC
خاصیت خودترمیمی- افزایش طول عمر خازن در اکثر مدارهای الکترونیکی
تلرانس مناسب -تا ۱٪± (دقت بالا)

محدودیت‌ها خازن پلی کربنات :

قیمت بالا - هزینه بالاتر از خازن‌های پلی‌پروپیلن (PP) و پلی‌استر (PET)
موجودیت محدود - تولید عمدتاً به سایر خازن‌های فیلم تغییر یافته است
ولتاژ پایین‌تر - به اندازه خازن‌های پلی‌پروپیلن (PP) مقاوم نیست.

کاربردهای خازن های پلی کربنات:

مدارهای زمان‌بندی دقیق - مورد استفاده در نوسان‌سازها، تایمرها و پردازش سیگنال
فیلترهای با پایداری بالا - مورد استفاده در کاربردهای صوتی و RF
منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) - مورد استفاده برای اسنابرها و فیلترینگ فرکانس بالا
الکترونیک پزشکی و هوافضا - قابلیت اطمینان بالا در شرایط متغیر

خازن‌های فیلم پلی‌استایرن (PS)

Polystyrene (PS) Film Capacitors

خازن‌های پلی‌استایرن، خازن‌های فیلم هستند که از پلاستیک پلی‌استایرن به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌کنند. آن‌ها به دلیل پایداری استثنایی، جذب دی‌الکتریک پایین و تلفات کم شناخته شده‌اند و همین امر آن‌ها را برای کاربردهای دقیق مانند مدارهای زمان‌بندی، فیلترها و پردازش سیگنال آنالوگ ایده‌آل می‌کند.
  محدوده ی دمایی خازن های پلی استایرن از  40- تا 85 درجه سانتیگراد است و به دلیل غیرقطبی بودن مناسب برای کاربرد های AC و DC  هستند. همچنین  به دلیل دارا بودن ESR پایین و ضریب Q بالا این خازن ها
گزینه ی عالی برای کاربردهای RF مدارهای  و صوتی هستند.
مزیت اصلی خازن‌های پلی استایرن  این است که هنگام کار در محدوده دمایی خود، تقریباً هیچ تغییری در ظرفیت خود ایجاد نمی‌کنند. اما دارای درجه‌بندی دمای بسیار پایینی با حداکثر حد ۸۵ درجه سانتیگراد هستند.
این خازن‌های فیلم، خازن‌های ارزان با تلفات بسیار کم و پایداری بالا هستند. آن‌ها به شکل لوله‌ای ساخته می‌شوند و امروزه با خازن فیلم پلی‌استر جایگزین شده‌اند.
آنها برای کاربردهای عمومی با دما و فرکانس پایین استفاده می‌شوند.

مزایای خازن پلی استایرن:

پایداری و دقت بالا - حداقل رانش در طول زمان
جذب دی‌الکتریک پایین - عالی برای مدارهای زمان‌بندی دقیق
ESR و ضریب اتلاف بسیار پایین - ایده‌آل برای کاربردهای فرکانس بالا
غیرقطبی و خودترمیمی - قابل استفاده در کاربردهای AC و DC

محدودیت‌های خازن پلی استایرن:

 

محدوده ظرفیت خازنی محدود - برای ذخیره‌سازی انرژی بالا مناسب نیست
 
تحمل دمای پایین (حداکثر +۸۵ درجه سانتیگراد) - استحکام کمتر نسبت به خازن‌های پلی‌پروپیلن (PP)
 
شکننده و بزرگ - حساس به گرما، لحیم‌کاری را دشوار می‌کند
 
قدیمی و کمیاب - عمدتاً با خازن‌های پلی‌پروپیلن (PP) و خازن های اس ام دی سرامیکی سری  C0Gو سری  NP0 جایگزین می‌شوند.

کاربردهای خازن های پلی استایرن:

مدارهای زمان‌بندی دقیق - مورد استفاده در نوسان‌سازها، مدارهای ساعت و پردازش سیگنال
فیلترهای صوتی با دقت بالا - عالی برای کنترل‌های تُن، اکولایزرها و کراس‌اوورها
پردازش سیگنال RF و آنالوگ - مورد استفاده در تیونرهای رادیویی و ابزارهای اندازه‌گیری
انتگرال‌گیرهای دقیق و مدارهای نمونه‌برداری و نگهداری - به دلیل جذب دی‌الکتریک پایین