¿Puedes hacer un condensador electrolítico no polar con dos condensadores electrolíticos normales?

Resumen:

• Sí, los condensadores "electrolíticos húmedos" de aluminio "polarizados" pueden conectarse legítimamente "espalda con espalda" (es decir, en serie con polaridades opuestas) para formar un condensador no polar.

• C1 + C2 son siempre iguales en capacitancia y voltaje nominal
  Cefectivo = = C1/2 = C2/2

• Vefectivo = vrating de C1 y C2.

• Consulte "Mecanismo" al final para saber cómo funciona esto (probablemente).

Se asume universalmente que los dos capacitores tienen capacitancia idéntica cuando se hace esto.
El capacitor resultante con la mitad de la capacitancia de cada capacitor individual.
por ejemplo, si se colocan en serie dos capacitores de 10 uF, la capacitancia resultante será de 5 uF.

Concluyo que el capacitor resultante tendrá la misma tensión nominal que los capacitores individuales. (Puedo estar equivocado).

He visto este método utilizado en muchas ocasiones durante muchos años y, lo que es más importante, he visto el método descrito en las notas de aplicación de varios fabricantes de capacitores. Véase al final para una de esas referencias.

Comprender cómo se cargan correctamente los capacitores individuales requiere fe en las declaraciones de los fabricantes de capacitores ("actúa como si los diodos los hubieran pasado por alto" o una complejidad adicional, PERO comprender cómo funciona el arreglo una vez que se inicia es más fácil.
Imagine dos tapas consecutivas con Cl completamente cargado y Cr completamente descargado.Si
ahora pasa una corriente a través de la disposición en serie tal que Cl luego se descarga a carga cero, entonces la polaridad invertida de Cr hará que se cargue a voltaje completo.Intenta aplicar corriente adicional y descarga adicional de Cl, por lo que asume que la polaridad incorrecta conduciría a que Cr se cargue por encima de su voltaje nominal, es decir, podría intentarse PERO estaría fuera de las especificaciones para ambos dispositivos.

Dado lo anterior, las preguntas específicas pueden ser respondidas:

¿Cuáles son algunas razones para conectar condensadores en serie?

Puede crear una gorra bipolar a partir de 2 gorras polares.
O puede duplicar el voltaje nominal siempre que se tenga cuidado de equilibrar la distribución del voltaje. A veces se utilizan resistencias en paralelo para ayudar a lograr el equilibrio.

"Resulta que lo que PARECERÍAN ser dos electrolíticos ordinarios no son, de hecho, dos electrolíticos ordinarios".

Esto se puede hacer con electrolíticos ordinarios.

"No, no hagas esto. También actuará como un condensador, pero una vez que pases unos pocos voltios, explotará el aislante".

Funciona bien si no se superan las calificaciones.

'Algo así como "no puedes hacer un BJT a partir de dos diodos"'

Se indica el motivo de la comparación, pero no es válido. Cada medio capacitor todavía está sujeto a las mismas reglas y demandas que cuando está solo.

"es un proceso que un manitas no puede hacer"

Tinkerer puede - totalmente legítimo.

Entonces, ¿una tapa electrolítica no polar (NP) es eléctricamente idéntica a dos tapas electrolíticas en serie inversa, o no?

Podría ser, pero los fabricantes generalmente hacen un cambio de fabricación para que haya dos láminas de ánodo PERO el resultado es el mismo.

¿No sobrevive a los mismos voltajes?

La clasificación de voltaje es la de una sola tapa.

¿Qué sucede con el límite de polarización inversa cuando se coloca un gran voltaje en la combinación?

En condiciones normales de funcionamiento, NO hay un límite de polarización inversa. Cada tapa maneja un ciclo completo de CA completo viendo medio ciclo de manera efectiva. Ver mi explicación anterior.

¿Existen limitaciones prácticas además del tamaño físico?

No hay limitación obvia que se me ocurra.

¿Importa qué polaridad está en el exterior?

No. Haz un dibujo de lo que cada gorra ve de forma aislada sin hacer referencia a lo que está "fuera de ella". Ahora cambia su orden en el circuito. Lo que ven es idéntico.

No veo cuál es la diferencia, pero mucha gente parece pensar que hay una.

Estás en lo correcto. Funcionalmente, desde el punto de vista de una "caja negra", son lo mismo.

EJEMPLO DEL FABRICANTE:

En este documento Guía de aplicación, Capacitores electrolíticos de aluminio de Cornell Dubilier, un fabricante de capacitores competente y respetado, dice (sobre la edad 2.183 y 2.184)

• Si dos capacitores electrolíticos de aluminio del mismo valor se conectan en serie, espalda con espalda con las terminales positivas o las terminales negativas conectadas, el capacitor único resultante es un capacitor no polar con la mitad de la capacitancia.

  Los dos capacitores rectifican el voltaje aplicado y actúan como si hubieran sido puenteados por diodos.

  Cuando se aplica voltaje, el capacitor de polaridad correcta obtiene el voltaje completo.

  En los condensadores electrolíticos de aluminio no polar y los condensadores electrolíticos de aluminio de arranque de motor, una segunda lámina de ánodo sustituye a la lámina de cátodo para lograr un condensador no polar en un solo caso.

De relevancia para comprender la acción general es este comentario de la página 2.183.

• Si bien puede parecer que la capacitancia está entre las dos láminas, en realidad la capacitancia está entre la lámina del ánodo y el electrolito.

  La placa positiva es la hoja de ánodo;

  el dieléctrico es el óxido de aluminio aislante en la lámina del ánodo;

  la placa negativa verdadera es el electrolito líquido conductor, y la hoja del cátodo simplemente se conecta al electrolito.

  Esta construcción ofrece una capacitancia colosal porque el grabado de las láminas puede aumentar el área de la superficie más de 100 veces y el dieléctrico de óxido de aluminio tiene menos de un micrómetro de espesor. Por lo tanto, el capacitor resultante tiene un área de placa muy grande y las placas están terriblemente juntas.

ADICIONAL:

Intuitivamente siento como Olin que debería ser necesario proporcionar un medio para mantener la polaridad correcta. En la práctica, parece que los capacitores hacen un buen trabajo al adaptarse a la "condición límite" de arranque. Cornell Dubiliers "actúa como un diodo" necesita una mejor comprensión.

MECANISMO:

Creo que lo siguiente describe cómo funciona el sistema.

Como describí anteriormente, una vez que un capacitor está completamente cargado en un extremo de la forma de onda de CA y el otro completamente descargado, el sistema funcionará correctamente, y la carga pasará a la "placa" exterior de una tapa, frente a la placa interior de ese tapa a la otra tapa y "salir por el otro extremo". es decir, un cuerpo de transferencias de carga hacia y desde entre los dos capacitores y permite el flujo de carga neta hacia y desde la tapa doble. No hay problema hasta ahora.

Un condensador correctamente polarizado tiene muy pocas fugas.
Un condensador con polarización inversa tiene una fuga mayor y posiblemente mucho mayor.
En el arranque, una tapa tiene polarización inversa en cada medio ciclo y fluye la corriente de fuga.
El flujo de carga es tal que impulsa los condensadores hacia la condición de equilibrio adecuado.
Esta es la "acción de diodo" a la que se hace referencia, no una rectificación formal per se, sino una fuga bajo una polarización de operación incorrecta.
Después de un número de ciclos se logrará el equilibrio. Cuanto más "fuga" esté la tapa en la dirección inversa, más rápido se logrará el equilibrio.
Cualquier imperfección o desigualdad será compensada por este mecanismo de ajuste automático. Muy aseado.

Soy consciente de que esto se ha hecho con éxito durante mucho tiempo, pero vale la pena ver por qué funciona.

Pensé en configurar una simulación rápida basada en la información proporcionada por Russell en su respuesta. El punto principal es la parte de "actuar como si hubieran sido puenteados por diodos". Es una aproximación muy aproximada, pero da una idea de lo que podría estar sucediendo.

El I[D1] y el I[D2] representan la corriente inversa a través de las tapas. Inicialmente, una de las tapas recibe un breve aumento de corriente inversa, luego se vuelve mínima para ambos. El I[C1] y el I[C2] representan la corriente a través de la capacitancia. Esto cumple con las expectativas de un límite de 0.5uF a 100Hz. La reactancia capacitiva

Entonces la corriente máxima será

La onda azul claro en el tercer gráfico es el voltaje de suministro. Las ondas azul oscuro y verde en el tercer gráfico representan el voltaje visto a través de cada capacitor (+ terminal con respecto a la terminal - de cada uno)

Como puede verse, ambos están correctamente polarizados.

Sí, es posible combinar dos gorras polarizadas en una sola gorra no polarizada efectiva, pero con algunas restricciones. Cada tapa individual solo necesita ver voltajes dentro de su especificación. La forma más fácil de hacer esto es tener un voltaje de suministro que siempre esté garantizado por encima o por debajo de cualquier voltaje aplicado a cualquier lado de la tapa no polarizada. Luego, las dos tapas polarizadas se conectan espalda con espalda y una resistencia de alto valor se conecta al suministro:

Tenga en cuenta que la capacitancia total es la combinación en serie de los dos capacitores individuales, que es la mitad de cada uno si son iguales. En el ejemplo anterior, la capacitancia efectiva total es de 235 uF.

El rango de voltaje de cada tapa también debe considerarse cuidadosamente. El peor de los casos depende de lo que pueda hacer el circuito externo. Por ejemplo, suponga que ambos extremos se mantienen a 10 V, luego el extremo izquierdo cae repentinamente a 0 V. El centro estará a -5 V con 15 V en la tapa derecha inmediatamente después del paso. También se debe considerar la impedancia de 1 MΩ en la señal al suministro. R1 debe ser lo suficientemente bajo para que la fuga a través de las tapas no agregue demasiado voltaje, pero lo más alto posible para no cargar la señal.

En general, este tipo de truco debe considerarse como último recurso. Dado que los capacitores bipolares generalmente se necesitan para las señales, a menudo se pueden configurar para que requieran una capacitancia bipolar más baja. Las tapas de cerámica multicapa han avanzado significativamente en la última década. Si puede arreglárselas con 10 uF en lugar de cientos de uF, una lata de cerámica probablemente pueda hacer el trabajo.

Tenga en cuenta que la resistencia en serie equivalente (ESR) de los condensadores emparejados en serie se duplica. Como en el caso de componentes que se desvían de su modelo ideal (un capacitor cercano al mundo ideal/real debería tener una resistencia e impedancia insignificantes), puede tener efectos no deseados (es decir, liberación de humo). Por ejemplo, los circuitos integrados como LM78xx y LM317 tendrán una regulación deficiente debido al timbre introducido por los condensadores de filtro ESR altos.

Construí un oscilador TTL para verificar. La discusión es parcialmente correcta.

Si el ciclo de trabajo está cerca del 50%, entonces los capacitores actúan como si tuvieran diodos incorporados y limitan la excursión de voltaje negativo (dirección incorrecta). Si el ciclo de trabajo no es del 50 % (en mi caso, alrededor del 30 %), entonces la excursión de voltaje negativo fue de aproximadamente 0 V en un capacitor y 1,1 V en el otro.

Incluiría diodos de protección en todas las aplicaciones de señal simétrica excepto en las de baja potencia. Para aplicaciones de energía, los diodos Schottky pueden ser una inversión que valga la pena.

Sí, se puede hacer y de manera segura, pero me temo que hay varios problemas si simplemente sigue los consejos en algunas de las respuestas.

Por ejemplo, si polariza resistivamente el punto medio al potencial de suministro, los capacitores podrían estar expuestos a 1,5 veces el potencial de suministro, incluso si los capacitores coinciden. Cualquier discrepancia aumentaría el máximo posible y, según la especificación, la discrepancia podría ser sustancial: incluso +/-20 % representa una relación en el peor de los casos de 1,5:1).

La conexión consecutiva que depende de los diodos iónicos evita el problema anterior, pero presenta uno diferente, al menos en teoría. Es posible que los capacitores tengan fugas de bajo nivel que no estén directamente asociadas con la operación prevista; esto podría causar que se desarrollen problemas con el tiempo si un capacitor tiene fugas y el otro no. No tengo ningún conocimiento de que esto suceda, pero la aplicación de diodos de pequeña señal baratos en paralelo debería ser más que suficiente para suprimir el efecto, ya que los electrolíticos de aluminio no conducen significativamente por debajo de aproximadamente 1.5 voltios (aunque personalmente prefiero mantener como máximo 1 voltio a largo plazo). (Como nota al margen: además de los conectores dudosos, la causa más común de fallas en el equipo que he visto se debe a circuitos de repolarización de fugas electrolíticas lejos de sus condiciones de polarización previstas, por lo tanto,

Una nota final sobre la seguridad: el requisito de usar una polarización consecutiva sugiere que hay una señal de CA significativa en el par. Esto implica corriente de ondulación; asegúrese de no exceder la clasificación de corriente de ondulación y también tenga en cuenta que (según el tipo y el diseño) la clasificación de corriente de ondulación de los condensadores electrolíticos depende de la frecuencia

La compañía para la que trabajé construyó miles de instrumentos a lo largo de los años que usaban electrolíticos consecutivos. Nunca hubo un problema.

Esto puede parecer un análisis de observación extremadamente básico, pero al observar una onda sinusoidal cuando cruza el cero, tenemos dos mitades, por ejemplo, una onda de CA de 110 V es de 220 V desde los picos (+) a (-). Eso significa que C1 y C2 están polarizados alternativamente hacia adelante y hacia atrás a su electrolito. El voltaje de polarización directa es de 110 V a través del límite de polarización directa C1 y luego a través de C2 respectivamente durante cada uno de sus semiciclos positivos. En cuanto a los ciclos trimestrales, las tapas se cargan positivamente durante su ciclo del primer trimestre positivo respectivo y se descargan durante el ciclo del segundo trimestre. 110V carga y descarga un capacitor y luego el otro, alternativamente.

Pero suponiendo que se cayeran 110 V en ambos condensadores, uno con polarización directa y el otro con polarización inversa, entonces la caída en cualquier límite en realidad sería solo de 55 V. Tal vez no sea inteligente o no se recomiende invertir la polarización de una tapa electrolítica, pero en el caso descrito, la cantidad de polarización inversa es solo la mitad, o en realidad una cuarta parte del voltaje real aplicado (220). Siguiendo las mejores prácticas, el uso de tapas con una clasificación de al menos el doble del voltaje aplicado y nunca excediendo la mitad de esa clasificación (1/4 que se deja caer en cada tapa) aparentemente no llega al punto de destrucción.

Lo hice con cuatro tapas de 30uf, todos los negativos conectados. Tome dos pos para un lado, dos para el otro. Las cuatro tapas eran 30uf a 150V. Haga los cálculos como quiera, pero los parlantes funcionaron bien durante 33 años hasta que tuve que cambiar los componentes simplemente porque era hora de volver a tapar los cruces y volver a espumar los woofers.

Recuerde, Q=CV. Si tiene dos condensadores en serie e integra la corriente a través de los condensadores, la Q alternará de un condensador a otro... Sin embargo, es posible tener cero voltios en la combinación en serie de dos condensadores, pero aún así tener un voltaje muy significativo, pero igual, en cada capacitor. por ejemplo, +10v + -10v = 0v.

Pero espera, todavía hay otra consideración. ¿Recuerdas el Q=CV que aprendiste en tu primera clase de electrónica? Bueno, dado que la tolerancia de los electrolíticos puede ser muy fácilmente del 20 por ciento, entonces la misma Q en los capacitores que varían en C en un 20 por ciento, o más si las tolerancias están en la dirección opuesta, puede causar una diferencia muy grande en el pico de voltaje que cada condensador verá.

La idea de colocar un diodo a través de cada capacitor para eliminar la posibilidad de una corriente inversa apreciable es una muy buena solución. Los voltajes en los capacitores se igualarán, en su mayoría, muy rápidamente en condiciones de CA. Al hacer esto y asegurarse de ser conservador al seleccionar el voltaje máximo para los capacitores, tendrá una solución viable.

El único otro problema que tendrá es que a los electrolíticos no les gusta estar completamente cargados y descargados repetitivamente. Son mucho mejores para controlar la ondulación que pasar CA: los fabricantes de capacitores lo afirman en sus notas de aplicación.

Vi el rollo de su propia tapa bipolar hecha de dos electros espalda con espalda del mismo valor con los diodos inversos a través de ellos. Esto fue en 1988, cuando acababa de salir de la Universidad. No me gustaban en ese momento y prometí no hacer esto en nada nuevo. El producto de audio de transmisión que los usó se fabricó en cientos y no falló, por lo que mi jefe no me pidió que lo rediseñara. Lo que hice fue probar las tapas antes mencionadas en el equipo de prueba de PRECISIÓN DE AUDIO que estaba en el momento en que las abejas se arrodillaron. Ninguno de nosotros pudo encontrar ninguna distorsión proveniente de las tapas. Esto no era lo que esperaba o lo que esperaban otros que vieron las pruebas. por otro lado, las redes cruzadas de parlantes a menudo usan tapas bipolares eltec que se sabe que fallan y eliminan el tweeter.En las raras ocasiones en que reemplazo el tweeter de alguien, descarto el electro bipolar y lo reemplazo con una película de metal.