Loading article…
誘電吸収とは、以前に充電されたコンデンサが放電時に不完全に放電する現象のことで、材料によっては数秒かかる場合もあります。理想的なコンデンサは放電後もゼロボルトのままですが、実際のコンデンサは時間遅延を伴う双極子放電により小さな電圧が発生します[ 1 ] 。この現象は誘電緩和、「ソークエイジ」、または「バッテリーアクション」とも呼ばれます。ポリマーフィルムなど一部の誘電体では、結果として生じる電圧は元の電圧の約0.02%ですが、電解コンデンサでは最大15%にもなります。誘電吸収によって端子に発生する電圧は、電子回路の機能に問題を引き起こしたり、作業員の安全上のリスクとなる可能性があります。感電を防ぐため、高電圧または大型の電解コンデンサは、使用前に取り外す必要のある短絡線や、永久的に接続されたブリーダ抵抗器とともに保管または出荷されることがよくあります。直流高電圧ケーブルは、片側または両端が切断されると、危険な電圧まで「再充電」される可能性がある。
コンデンサを充電する（コンデンサの電極間に電圧を印加する）と、電極間の誘電体に電場が発生します。この電場は分子双極子にトルクを及ぼし、双極子モーメントの方向を電場の方向に揃えます。この分子双極子の変化は配向分極と呼ばれ、熱の発生も引き起こし、誘電損失（誘電正接を参照）が生じます。双極子の配向時間は電場に同期せず、材料に依存する時定数だけ遅延します。この遅延は、外部電場に対する分極のヒステリシス応答に対応します。
コンデンサが放電されると、電界の強度が低下し、分子双極子の一般的な配向が緩和の過程で無方向の状態に戻ります。ヒステリシスにより、電界がゼロの点では、材料に依存する数の分子双極子が電界の方向に分極したままで、コンデンサの端子には測定可能な電圧は発生しません。これは磁気残留磁化の静電アナログです。配向した双極子は時間とともに自然に放電され、コンデンサの電極の電圧は指数関数的に減衰します。[ 2 ]すべての双極子の完全な放電時間は、材料によって数日から数週間になることがあります。この「再充電」された電圧は、一般的な現代のコンデンサ誘電体の高い絶縁抵抗により、電解コンデンサでも数か月間保持されることがあります。コンデンサの放電とそれに続く部分的な再充電は、数回繰り返すことができます。
誘電吸収は古くから知られている特性です。その値はIEC/EN 60384-1規格に従って測定できます。コンデンサをDC定格電圧で60分間充電します。その後、コンデンサを電源から切り離し、10 秒間放電します。15分以内にコンデンサ端子で回復する電圧（回復電圧）が誘電吸収電圧です。誘電吸収電圧の大きさは、印加電圧に対する割合で指定され、誘電体材料によって異なります。多くのメーカーがデータシートで指定しています。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
誘電体吸収によって端子に発生する電圧は、電子回路の機能に問題を引き起こす可能性があります。サンプルホールド回路、積分器、チャージアンプ、高品質オーディオ回路などの高感度アナログ回路では、クラス2セラミックコンデンサ、ポリエステルフィルムコンデンサ、電解コンデンサの代わりにクラス1セラミックコンデンサまたはポリプロピレンコンデンサが使用されます。 [ 11 ]ほとんどの電子回路、特にフィルタリング用途では、小さな誘電体吸収電圧は回路の適切な電気的機能に影響を与えません。回路に組み込まれていない非固体電解質のアルミニウム電解コンデンサの場合、発生する誘電体吸収電圧は人身の安全上のリスクとなる可能性があります。[ 12 ]電圧は、たとえば 400V電解コンデンサで50Vとかなり高くなる可能性があり、半導体デバイス に損傷を与えたり、回路への設置中に火花を発生させたりする可能性があります。大型のアルミニウム電解コンデンサと高電圧電力コンデンサは、この不要で危険な可能性のあるエネルギーを放散するために短絡状態で輸送および納品されます。
誘電体吸収のもう1つの効果は、「ソーク」と呼ばれることもあります。これは漏洩電流の成分として現れ、コンデンサの損失係数に寄与します。この効果はごく最近になって知られるようになったもので、現代のコンデンサの特性が大幅に改善されたため、漏洩電流に占める割合が大きくなっています。[ 9 ]
二層コンデンサについては、メーカーからデータは提供されていません。
誘電吸収はライデン瓶や電信ケーブルで初めて発見され、19世紀後半にはすでによく知られた現象でした。かつては「電気吸収」として知られていましたが、その物理的メカニズムの満足のいく説明は当時ありませんでした。ジェームズ・クラーク・マクスウェルの1873年の著書『電気と磁気に関する論文』に記述があり、その中で彼はその物理モデルを導き出しましたが、それは複数の層を持つ不均質な誘電体材料にのみ適用可能でした。[ 13 ] [ 14 ]
この種のコンデンサでは、最初に何らかの方法で充電し、次に抵抗の小さいワイヤを通して放電し、その後絶縁すると、新たな帯電は発生しません。しかし、実際のコンデンサのほとんどでは、放電と絶縁の後、元の電荷と同じ種類の新しい電荷が徐々に発生することがわかりますが、その強度は劣ります。これは残留電荷と呼ばれます。これを説明するには、誘電体媒体の構成が、先ほど説明したものとは異なることを認めなければなりません。しかし、異なる単純な媒体の小さな断片の集合体で形成された媒体は、この性質を持つことがわかります。