Pouvez-vous fabriquer un condensateur électrolytique non polaire à partir de deux condensateurs électrolytiques normaux?

Il y a eu des discussions sur cette question

• Quelles sont les raisons pour connecter des condensateurs en série?
• Quelles sont les raisons pour connecter des condensateurs en série?

que je ne vois pas résolument résolu:

• "Il s'avère que ce qui pourrait ressembler à deux électrolytiques ordinaires ne sont pas, en fait, deux électrolytiques ordinaires."
• "Non, ne faites pas ceci. Il agira également comme un condensateur, mais une fois que vous aurez dépassé quelques volts, l'isolant sera éliminé."
• "Un peu comme" tu ne peux pas faire un BJT à partir de deux diodes "'
• "c'est un processus qu'un bricoleur ne peut pas faire"

Alors, une calotte électrolytique non polaire (NP) est-elle électriquement identique à deux calottes électrolytiques en série inverse, ou non? Ne survit-il pas aux mêmes tensions? Qu'advient-il du bouchon polarisé en inverse lorsqu'une tension élevée est appliquée dans la combinaison? Existe-t-il des limitations pratiques autres que la taille physique? La polarité est-elle importante à l'extérieur?

Je ne vois pas quelle est la différence, mais beaucoup de gens semblent penser qu'il y en a un.

Sommaire:

Comme indiqué dans l'un des commentaires, il y a une sorte de diode électrochimique:

Le film est perméable aux électrons libres mais sensiblement imperméable aux ions, à condition que la température de la cellule ne soit pas élevée. Lorsque le métal sous-jacent au film est à un potentiel négatif, des électrons libres sont disponibles dans cette électrode et le courant circule dans le film de la cellule. Avec la polarité inversée, l'électrolyte est soumis au potentiel négatif, mais comme il n'y a que des ions et pas d'électrons libres dans l'électrolyte, le courant est bloqué. - Le condensateur électrolytique de Alexander M. Georgiev

Normalement, un condensateur ne peut pas être polarisé en inverse pendant longtemps, sinon des courants importants circuleront et "détruiront la couche centrale de matériau diélectrique par réduction électrochimique":

Un électrolytique peut résister à une polarisation inverse pendant une courte période, mais conduira un courant important et ne servira pas de très bon condensateur. - Wikipedia: Condensateur électrolytique

Cependant, lorsque vous avez deux dos à dos, le condensateur polarisé en direct empêche un courant continu prolongé de circuler.

Fonctionne aussi pour les tantales :

Pour les positions de circuit lorsque des inversions de tension inverses sont inévitables, deux condensateurs similaires connectés en série "dos à dos" ... créeront une fonction de condensateur non polaire ... , de sorte que le dispositif polarisé en inverse ne voit qu’une tension négligeable.

Questions fréquentes sur les condensateurs au tantale solides (FAQ) :

La construction diélectrique en oxyde utilisée dans les condensateurs au tantale a une propriété rectifiée de base qui bloque le flux de courant dans un sens et offre simultanément un chemin de faible résistance dans le sens opposé.

Sommaire:

• Oui, les condensateurs "électrolytiques humides" en aluminium "polarisés" peuvent légitimement être connectés "dos à dos" (c'est-à-dire en série avec des polarités opposées) pour former un condensateur non polaire.

• C1 + C2 sont toujours égaux en capacité et en tension nominale
  Ceffective = = C1 / 2 = C2 / 2

• Veffective = vrating de C1 & C2.

• Voir "Mécanisme" à la fin pour savoir comment cela fonctionne (probablement).

Il est universellement admis que les deux condensateurs ont une capacité identique lorsque cela est fait.
Le condensateur résultant avec la moitié de la capacité de chaque condensateur individuel.
Par exemple, si deux condensateurs x 10 µF sont placés en série, la capacité résultante sera de 5 µF.

Je conclus que le condensateur résultant aura la même tension nominale que les condensateurs individuels. (J'ai peut-être tort).

J'ai vu cette méthode utilisée à plusieurs reprises au cours de nombreuses années et, plus important encore, décrite dans les notes d'application de nombreux fabricants de condensateurs. Voir à la fin une de ces références.

Comprendre comment les condensateurs individuels sont correctement chargés nécessite soit de faire confiance aux déclarations du fabricant du condensateur ("agir comme si elles avaient été contournées par des diodes"), soit une complexité supplémentaire, MAIS comprendre comment l'arrangement fonctionne une fois initié est plus facile.
Imaginez deux casquettes dos à dos. avec Cl complètement chargé et Cr complètement déchargé.
Si un courant est maintenant passé dans le montage en série, de telle sorte que Cl se décharge ensuite à charge nulle, la polarité inversée de Cr le chargera à pleine tension. Déchargez ensuite Cl de manière à supposer qu’une polarité incorrecte conduirait à une charge de Cr supérieure à sa tension nominale, c’est-à-dire qu’elle pourrait être tentée MAIS serait hors des spécifications des deux appareils.

Compte tenu de ce qui précède, il est possible de répondre aux questions spécifiques suivantes:

Quelles sont les raisons pour connecter des condensateurs en série?

Peut créer une calotte bipolaire à partir de 2 x calottes polaires.
OU peut doubler la tension nominale tant que la répartition de la tension est équilibrée. Des résistances en parallèle sont parfois utilisées pour aider à atteindre l'équilibre.

"Il s'avère que ce qui pourrait ressembler à deux électrolytiques ordinaires ne sont pas, en fait, deux électrolytiques ordinaires."

Cela peut être fait avec des électrolytiques oridinaires.

"Non, ne faites pas ceci. Il agira également comme un condensateur, mais une fois que vous aurez dépassé quelques volts, l'isolant sera éliminé."

Fonctionne correctement si les cotes ne sont pas dépassées.

"Un peu comme" tu ne peux pas faire un BJT à partir de deux diodes "'

Le motif de la comparaison est noté mais n'est pas valide. Chaque demi-condensateur est toujours soumis aux mêmes règles et exigences que lorsqu'il est utilisé seul.

"c'est un processus qu'un bricoleur ne peut pas faire"

Bricoleur peut - tout à fait légitime.

Alors, une calotte électrolytique non polaire (NP) est-elle électriquement identique à deux calottes électrolytiques en série inverse, ou non?

Cela semble être le cas, mais les fabricants procèdent généralement à un changement de fabrication afin d’obtenir deux feuilles d’anode MAIS le résultat est identique.

Ne survit-il pas aux mêmes tensions?

La tension nominale est celle d'un seul bouchon.

Qu'advient-il du bouchon polarisé en inverse lorsqu'une tension élevée est appliquée dans la combinaison?

En fonctionnement normal, il n'y a PAS de bouchon polarisé en inverse. Chaque casquette gère un cycle complet de courant alternatif, ce qui correspond à un demi-cycle. Voir mon explication ci-dessus.

Existe-t-il des limitations pratiques autres que la taille physique?

Aucune limite évidente que je peux penser.

La polarité est-elle importante à l'extérieur?

Dessinez une image de ce que chaque casquette voit de manière isolée sans faire référence à ce qui est "extérieur". Modifiez maintenant leur ordre dans le circuit. Ce qu'ils voient est identique.

Je ne vois pas quelle est la différence, mais beaucoup de gens semblent penser qu'il y en a un.

Vous avez raison. Fonctionnellement, du point de vue de la "boîte noire", ils sont identiques.

EXEMPLE DU FABRICANT:

Dans ce document, Application Guide, Condensateurs électrolytiques en aluminium de Cornell Dubilier, un fabricant de condensateurs compétent et respecté, indique (à partir de 2.183 & 2.184).

• Si deux condensateurs électrolytiques en aluminium de même valeur sont connectés en série, dos à dos avec les bornes positives ou les bornes négatives connectées, le condensateur simple résultant est un condensateur non polaire avec la moitié de la capacité.

  Les deux condensateurs corrigent la tension appliquée et agissent comme s'ils avaient été contournés par des diodes.

  Lorsque la tension est appliquée, le condensateur de polarité correcte obtient la tension complète.

  Dans les condensateurs électrolytiques en aluminium non polaires et les condensateurs électrolytiques en aluminium à démarrage moteur, une seconde feuille d'anode remplace la feuille de cathode pour réaliser un condensateur non polaire dans un seul boîtier.

Ce commentaire de la page 2.183 est important pour comprendre l’action globale.

• Bien qu'il puisse sembler que la capacité se situe entre les deux feuilles, en réalité, la capacité se situe entre la feuille d'anode et l'électrolyte.

  La plaque positive est la feuille d'anode;

  le diélectrique est l'oxyde d'aluminium isolant sur la feuille d'anode;

  la véritable plaque négative est l'électrolyte conducteur liquide et la feuille de cathode se connecte simplement à l'électrolyte.

  Cette construction offre une capacité colossale car la gravure des feuilles peut augmenter la surface spécifique plus de 100 fois et que le diélectrique en oxyde d’aluminium a une épaisseur inférieure à un micromètre. Ainsi, le condensateur résultant a une très grande surface de plaque et les plaques sont terriblement proches les unes des autres.

AJOUTÉE:

Je pense intuitivement, comme le fait Olin, qu’il devrait être nécessaire de fournir un moyen de maintenir une polarité correcte. En pratique, il semble que les condensateurs tiennent bien la "condition limite" au démarrage. Cornell Dubiliers "agit comme une diode" nécessite une meilleure compréhension.

MÉCANISME:

Je pense que ce qui suit décrit le fonctionnement du système.

Comme je l'ai décrit ci-dessus, une fois qu'un condensateur est complètement chargé à une extrémité de la forme d'onde CA et l'autre complètement déchargé, le système fonctionnera correctement, la charge étant passée dans la "plaque" extérieure d'un capuchon, en face de la plaque intérieure de celui-ci. cap à l'autre bouchon et "à l'autre extrémité". c’est-à-dire qu’un ensemble de charges transfère entre les deux condensateurs et permet un flux net de charges vers et depuis le double bouchon. Pas de problème jusqu'à présent.

Un condensateur correctement polarisé a une très faible fuite.
Un condensateur polarisé en inverse a des fuites plus importantes et peut-être beaucoup plus élevées.
Au démarrage, un capuchon est polarisé en inverse à chaque demi-cycle et un courant de fuite circule.
Le flux de charge est tel que les condensateurs sont conduits vers la condition correctement équilibrée.
Il s'agit de "l'action de la diode" - non pas une rectification formelle mais une fuite en cas de biais de fonctionnement incorrect.
Après un certain nombre de cycles, l’équilibre sera atteint. Plus le bouchon est «étanche» dans le sens inverse, plus l’équilibre sera rapide.
Toutes les imperfections ou inégalités seront compensées par ce mécanisme d'ajustement automatique. Très propre.

Je suis conscient du fait que cela a été fait avec succès depuis des siècles, mais pourquoi cela fonctionne-t-il est intéressant de regarder.

Je pensais mettre en place une simulation rapide basée sur les informations données par Russell dans sa réponse. Le point principal étant le "agir comme si elles avaient été contournées par des diodes". C'est une approximation très approximative, mais cela donne une image de ce qui pourrait se passer.

Les I [D1] et I [D2] représentent le courant inverse à travers les bouchons. Initialement, l'un des capuchons reçoit une brève augmentation du courant inverse, puis il devient minime pour les deux. Les I [C1] et I [C2] représentent le courant à travers la capacité. Cela répond aux attentes d'un plafond de 0,5uF à 100Hz. La réactance capacitive

Donc, le courant de pointe sera

La troisième vague du graphique bleu représente la tension d'alimentation. Les ondes bleu foncé et vert du troisième graphique représentent la tension vue à travers chaque condensateur (borne + par rapport à - borne de chaque)

Comme on peut le constater, les deux sont correctement polarisés.

Oui, il est possible de combiner deux capuchons polarisés en un cap unique efficace non polarisé, mais avec certaines restrictions. Chaque casquette individuelle n'a toujours besoin que de voir les tensions dans ses spécifications. La façon la plus simple de procéder consiste à garantir une tension d'alimentation toujours supérieure ou inférieure à toute tension appliquée à l'un des côtés du capuchon non polarisé. Les deux capuchons polarisés sont ensuite connectés dos à dos et une résistance de valeur élevée connectée à l'alimentation:

Notez que la capacité totale est la combinaison en série des deux condensateurs individuels, qui est moitié si chacun est égal. Dans l'exemple ci-dessus, la capacité effective totale est de 235 µF.

La plage de tension de chaque bouchon doit également être soigneusement prise en compte. Le pire des cas dépend de ce que le circuit externe peut faire. Par exemple, supposons que les deux extrémités soient maintenues à 10V, puis l'extrémité gauche est soudainement tombée à 0V. Le centre sera à -5V avec 15V sur le capuchon droit immédiatement après le pas. L'impédance de 1 MΩ sur le signal à l'alimentation doit également être prise en compte. R1 doit être suffisamment bas pour que les fuites à travers les bouchons n'apportent pas trop de tension, mais le plus haut possible pour ne pas charger le signal.

En général, ce genre de tour devrait être considéré comme un dernier recours. Étant donné que les condensateurs bipolaires sont généralement nécessaires pour les signaux, il est souvent possible de demander une capacité bipolaire inférieure. Les bouchons en céramique multicouches ont considérablement progressé au cours de la dernière décennie. Si vous pouvez vous contenter de 10 µF au lieu de 100 µF, une canette en céramique peut probablement faire l'affaire.

Veuillez noter que la résistance série équivalente (ESR) des condensateurs appariés en série est doublée. Si des composants s'éloignent de leur modèle idéal (un condensateur proche du monde idéal ou du monde réel devrait avoir une résistance et une impédance insignifiantes), il peut avoir des effets indésirables (par exemple, un dégagement de fumée). Par exemple, les circuits intégrés tels que LM78xx et LM317 auront une mauvaise régulation en raison de la sonnerie induite par les condensateurs de filtrage à haute ESR

J'ai construit un oscillateur TTL pour vérifier. La discussion est en partie correcte.

Si le rapport cyclique est proche de 50%, les condensateurs agissent comme s'ils étaient dotés de diodes intégrées et limitaient l'excursion de tension négative (dans le mauvais sens). Si le facteur de marche n'est pas de 50% (dans mon cas, environ 30%), l'excursion de tension négative était d'environ 0 V sur un condensateur et de 1,1 V sur l'autre.

J'inclurais des diodes de protection sur toutes les applications de signaux symétriques à faible puissance. Pour les applications de puissance, les diodes Schottky pourraient constituer un investissement rentable.

Oui, cela peut être fait, en toute sécurité, mais je crains qu'il y ait divers problèmes si vous suivez simplement les conseils donnés dans certaines des réponses.

Par exemple, si vous polarisez de manière résistive le point milieu du potentiel d'alimentation, les condensateurs peuvent être exposés à 1,5 fois le potentiel d'alimentation même si les condensateurs correspondent. Toute inadéquation augmenterait le maximum possible et, selon les spécifications, l’adéquation pourrait être substantielle: même +/- 20% représente un ratio dans le pire des cas de 1,5: 1).

La connexion dos à dos reposant sur les diodes ioniques évite le problème ci-dessus, mais en introduit un autre, du moins en théorie. Il est possible que les condensateurs présentent des fuites de faible niveau qui ne sont pas directement associées au fonctionnement prévu. cela pourrait causer des problèmes avec le temps si un condensateur fuyait et l'autre pas. Je ne suis au courant de rien, mais l’application en parallèle de diodes à petit signal bon marché devrait suffire amplement à supprimer cet effet, car les électrolytiques en aluminium ne produisent pas beaucoup moins de 1,5 volt (bien que je préfère personnellement maintenir au plus 1 Volt à long terme). (Remarque: en dehors des connecteurs sombres, la cause la plus fréquente de défaillances d’équipement que j’ai vue est due au fait que les circuits de rebiasing des fuites électrolytiques s’éloignent de leurs conditions de polarisation prévues.

Une dernière remarque sur la sécurité: l'obligation d'utiliser une polarisation dos à dos suggère qu'il existe un signal alternatif important dans la paire. Cela implique un courant d’ondulation; veillez à ne pas dépasser le courant nominal ondulé, et n'oubliez pas que (en fonction du type et de la conception) le courant nominal d'ondulation des condensateurs électrolytiques dépend de la fréquence

La société pour laquelle j'ai travaillé a construit au fil des années des milliers d'instruments utilisant l'électrolytique dos à dos. Il n'y a jamais eu de problème.

Cela peut sembler une analyse observationnelle extrêmement basique, mais si l’on considère une onde sinusoïdale lorsqu’elle passe à zéro, nous avons deux moitiés. Par exemple, une onde de 110 V CA correspond à 220 V des pics (+) à (-). Cela signifie que C1 et C2 sont alternativement polarisés en avant et en inverse sur leur électrolyte. La tension de polarisation directe est de 110 V à travers le capuchon de polarisation directe C1, puis sur C2 respectivement pendant chacune de leurs demi-périodes positives. En ce qui concerne les trimestres, les plafonds se chargent positivement sur leur cycle positif respectif du premier trimestre et s'épuisent au cours du cycle du deuxième trimestre. 110V charge et décharge un condensateur, puis l'autre, en alternance.

Mais en supposant qu'une chute de 110 V soit appliquée aux deux condensateurs, l'un en avant et l'autre à polarisation inverse, la chute à travers l'un des plafonds ne serait en réalité que de 55V. Ce n’est peut-être pas judicieux ni recommandé de polariser en inverse un capuchon électrolytique, mais dans le cas décrit, le montant de polarisation en inverse n’est que de la moitié, voire du quart de la tension réellement appliquée (220). En appliquant les meilleures pratiques, utiliser des plafonds classés au moins deux fois plus haut que la tension appliquée et ne dépassant jamais la moitié de ce niveau (un quart sur chacun des plafonds) ne semble pas avoir atteint le point de destruction.

Je l'ai fait avec quatre majuscules 30uf, toutes les négations connectées. Prenez deux pos pour un côté, deux pour l'autre. Les quatre bouchons étaient de 30 uf à 150V. Faites le calcul comme vous le souhaitez, mais les haut-parleurs ont bien fonctionné pendant 33 ans jusqu'à ce que je sois obligé de changer les composants simplement parce qu'il était temps de reboucher les croisements et de remousser les woofers.

Rappelez-vous, Q = CV. Si vous avez deux condensateurs en série et que vous intégrez le courant dans les condensateurs, le Q alternera d'un condensateur à l'autre ... Cependant, il est possible d'avoir une tension nulle sur la combinaison en série de deux condensateurs, tout en conservant un très important, mais tension égale, sur chaque condensateur. par exemple, + 10v + -10v = 0v.

Mais attendez, il y a encore une autre considération. Rappelez-vous le CV Q = que vous avez appris dans votre premier cours d'électronique? Eh bien, puisque la tolérance des électrolytiques peut très facilement être de 20%, le même facteur Q sur les condensateurs dont le C varie de 20%, ou plus si les tolérances sont dans le sens opposé, peut provoquer une très grande différence de pic de tension chaque condensateur verra.

L'idée de placer une diode sur chaque condensateur pour éliminer la possibilité d'un courant inverse appréciable est une très bonne solution. Les tensions sur les condensateurs s'égaliseront, la plupart du temps, très rapidement dans des conditions alternatives. En faisant cela, et en vous assurant que vous êtes prudent dans la sélection de la tension maximale pour les condensateurs, vous aurez une solution viable.

Le seul autre problème que vous aurez est que les électrolytiques n'aiment pas être complètement chargés et déchargés de manière répétée. Ils sont bien meilleurs pour contrôler l’ondulation que pour passer en courant alternatif - les fabricants de condensateurs l’indiquent dans leurs notes d’application.

J'ai vu votre propre casquette bipolaire fabriquée à partir de deux électros dos à dos de même valeur avec les diodes inversées sur eux. C'était en 1988, alors que je venais tout juste de sortir de l'Uni. Le produit audio de diffusion qui les utilisait a été fabriqué par centaines et n’a pas échoué de sorte que mon patron ne m’a pas demandé de le redessiner. J'ai testé les capuchons susmentionnés sur l'ensemble de tests AUDIO PRECISION, qui étaient au moment où les abeilles se mettent à genoux. Aucun d'entre nous n'a pu trouver de distorsion provenant des capuchons. les réseaux de croisement de haut-parleur utilisent souvent des capuchons bipolaires eltec dont on sait qu'ils tombent en panne et éliminent le tweeter.Dans les rares cas où je remplace le tweeter de quelqu'un, je rejette l'électro bipolaire et le remplace par un film métallique.