Apakah kapasitor yang terhubung langsung ke baterai mengkonsumsi energi?

18

Dalam contoh ini

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Setelah pengisian awal tutup ke 3V, arus terhalang, tetapi seiring waktu apakah ia menghabiskan energi dari baterai? Apakah ini aman untuk dibuat?

batteries capacitor current Miguel Pynto
sumber
Saya pikir Anda mengajukan pertanyaan (terkait) lainnya ... di sirkuit ini energi yang diberikan oleh baterai (secara teoritis) adalah CV tetapi energi yang tersimpan dalam kapasitor hanya setengahnya. Sisa energi hilang dalam bentuk panas di baterai, dan dalam radiasi EM. Jadi, bahkan secara teoritis kapasitor yang ideal juga membuang energi.
Kartik

Jawaban:

18

Kebocoran arus akan menguras baterai, kemungkinan besar tidak terlalu signifikan dibandingkan dengan self-discharge internal baterai.

Aluminium elektrolit mungkin bocor 100nA jangka panjang, yang tidak banyak dibandingkan dengan pelepasan sendiri sel tombol sekalipun. Jaminan maksimum tipikal e-cap ukuran ini adalah 0,002CV atau 400nA (mana yang lebih besar) setelah 3 menit. Sebagian besar akan mengalahkan itu secara signifikan. Beberapa bagian SMD tidak sebagus ini.

Pertanyaan kedua Anda adalah apakah ini aman untuk dibuat. Secara umum, ya, namun hampir selalu ada pengecualian dalam bidang teknik. Jika baterai 3V Anda memiliki kapasitas arus yang besar (mungkin sel Li 18650 yang tidak terlindungi) dan kapasitor Anda adalah sesuatu seperti kapasitor tantalum 6.3V, ada risiko signifikan terjadinya 'pengapian' saat menghubungkan kapasitor ke baterai (pemotretan nyala api gambar keluar, cahaya terang dan beberapa asap berbahaya). Risiko dapat dikurangi secara signifikan dengan menambahkan beberapa resistansi seri dari beberapa ohm.

Spehro Pefhany
sumber
"Jaminan maksimum dari e-cap khas ukuran ini adalah 0,002CV atau 400nA (mana yang lebih besar) setelah 3 menit": menarik, apa sumber Anda?
Tuan Mystère
Lembar data kapasitor, mis. Nichicon.
Spehro Pefhany
@SpehroPefhany Apakah Anda ingat seri yang mana? Saya hanya bertanya karena beberapa saat yang lalu saya sedang mencari elektrolitik kebocoran rendah dan yang terbaik yang bisa saya temukan adalah 0,01CV atau 3uA (mana yang lebih besar).
bitshift
@bitshift Cobalah seri UKL , tersedia dalam jumlah kecil dari Mouser. 0,002CV atau 200nA. Tetapi banyak pembuat memiliki tipe kebocoran rendah dalam portofolio mereka karena mereka cukup populer di Asia, hanya lebih sulit ditemukan dalam distribusi. Beberapa baris komponen biasa benar-benar berkinerja cukup baik (tanpa jaminan), tetapi beberapa ESR yang tidak lebih tinggi cenderung kurang bocor karena alasan apa pun.
Spehro Pefhany
18

Dalam kondisi mantap (setelah waktu yang lama) kapasitor ideal tidak menarik arus signifikan dari baterai. Kapasitor nyata akan menarik arus bocor kecil. Jumlah arus bocor akan tergantung pada jenis kapasitor, elektrolitik akan memiliki kebocoran yang lebih tinggi daripada film dan keramik.

John D
sumber
2
"Kapasitor ideal" terisi langsung dari baterai ideal (dengan kabel induktansi nol ideal), dalam lonjakan arus tanpa batas. Saya kira Anda berbicara tentang baterai nyata dengan resistansi internal non-nol, dan waktu RC konstan untuk saat ini turun ke nol.
Peter Cordes
1
@PeterCordes Anda benar, saya sedang mempertimbangkan kapasitor yang ideal tetapi baterai nyata dan kabel, dalam hal ini saat ini mulai besar dan meluruh secara eksponensial ke nol. Tetapi jika keduanya ideal seperti yang Anda tunjukkan, Anda akan mendapatkan dorongan arus dan tutupnya akan langsung terisi.
John D
Ya, saya bermaksud mengatakan "konstanta waktu RC untuk arus turun ke nol", bukan "ke nol". Itulah yang saya dapatkan untuk nit-picking: P
Peter Cordes
12

Kapasitor yang ideal adalah rangkaian terbuka ke DC, sehingga tidak ada arus yang mengalir, dan tidak ada energi yang akan dikonsumsi setelah kapasitor terisi penuh.

Namun, kapasitor nyata memang memiliki arus bocor kecil, jadi, dalam Kehidupan Nyata, energi akan dikonsumsi dari baterai dengan sangat lambat setelah pengisian awal.

Peter Bennett
sumber
6

Anda harus memeriksa sesuatu yang disebut "tahanan isolasi"

Saya mengutip dari Murata:

Resistansi isolasi kapasitor keramik monolitik mewakili rasio antara tegangan yang diberikan dan arus bocor setelah waktu yang ditentukan (mis. 60 detik) sambil menerapkan tegangan DC tanpa riak di antara terminal kapasitor. Sementara nilai teoritis dari resistansi isolasi kapasitor tidak terbatas, karena ada arus yang lebih sedikit antara elektroda terisolasi dari kapasitor aktual, nilai resistansi aktual terbatas. Nilai resistansi ini disebut "resistansi isolasi" dan dilambangkan dengan unit seperti Meg Ohms [MΩ] dan Ohm Farads [ΩF].

Saya memeriksa lembar data yang saya punya (nomor komponen : GRM32ER71H106KA12 ) untuk contoh untuk memperkirakan berapa banyak kebocoran yang bisa terjadi. Periksa gambar di bawah ini:

masukkan deskripsi gambar di sini

Untuk memahami sepenuhnya perilaku kapasitor dalam kondisi stabil (seperti menghubungkan kapasitor ke baterai secara langsung), saya sangat menyarankan membaca artikel berikut: http://www.murata.com/support/faqs/products/capacitor/mlcc/ char / 0003

fbb
sumber
0

Jika polaritas baterai terbalik dalam scienario ini, maka bahkan kapasitor ideal akan mengkonsumsi arus untuk mengubah polaritasnya selaras dengan baterai. Tetapi dalam hal ini hanya kapasitor nyata yang dapat mengkonsumsi energi karena efek pegas yaitu kebocoran muatan dari tepi kapasitor. Namun itu akan tergantung pada jenis kapasitor dan bahan yang digunakan dalam pembuatan kapasitor.

pengguna363203
sumber