Características eléctricas [ editar ]
Circuito equivalente en serie [ editar ]
Los condensadores discretos se desvían del condensador ideal. Un condensador ideal solo almacena y libera energía eléctrica, sin disipación. Los componentes del condensador tienen pérdidas y partes inductivas parásitas. Estas imperfecciones en el material y la construcción pueden tener implicaciones positivas, como la frecuencia lineal y el comportamiento de la temperatura en los condensadores cerámicos de clase 1. Por el contrario, las implicaciones negativas incluyen la capacitancia no lineal y dependiente del voltaje en los condensadores cerámicos de clase 2 o el aislamiento dieléctrico insuficiente de los condensadores que conducen a corrientes de fuga.
Todas las propiedades se pueden definir y especificar mediante un circuito equivalente en serie compuesto de una capacitancia idealizada y componentes eléctricos adicionales que modelan todas las pérdidas y los parámetros inductivos de un condensador. En este circuito equivalente en serie, las características eléctricas se definen por:
- C , la capacitancia del condensador
- R insul , la resistencia de aislamiento del dieléctrico, que no debe confundirse con el aislamiento de la carcasa.
- R fuga , la resistencia que representa la corriente de fuga del condensador
- R ESR , la resistencia en serie equivalente que resume todas las pérdidas óhmicas del condensador, generalmente abreviado como "ESR"
- L ESL , la inductancia en serie equivalente que es la autoinducción efectiva del condensador, generalmente abreviada como "ESL".
IEC / EN 60384-1 especifica el uso de un circuito equivalente en serie en lugar de un circuito equivalente en paralelo .
Valores y tolerancias de capacitancia estándar [ editar ]
La capacitancia nominal C R o la capacitancia nominal C N es el valor para el cual se ha diseñado el capacitor. La capacitancia real depende de la frecuencia medida y la temperatura ambiente. Las condiciones de medición estándar son un método de medición de CA de bajo voltaje a una temperatura de 20 ° C con frecuencias de
- 100 kHz, 1 MHz (preferido) o 10 MHz para condensadores no electrolíticos con C R ≤ 1 nF:
- 1 kHz o 10 kHz para condensadores no electrolíticos con 1 nF
R ≤ 10 μF - 100/120 Hz para condensadores electrolíticos
- 50/60 Hz o 100/120 Hz para condensadores no electrolíticos con C R > 10 μF
Para los supercondensadores, se aplica un método de caída de voltaje para medir el valor de capacitancia. .
Los condensadores están disponibles en valores preferidos que aumentan geométricamente ( estándares de la serie E ) especificados en IEC / EN 60063. Según el número de valores por década, se denominaron series E3, E6, E12, E24 , etc. El rango de unidades utilizadas para especificar los valores del condensador se ha ampliado para incluir todo, desde pico- (pF), nano- (nF) y microfaradio (µF) hasta faradio (F). Millifarad y kilofarad son poco comunes.
El porcentaje de desviación permitida del valor nominal se llama tolerancia . El valor de capacitancia real debe estar dentro de sus límites de tolerancia, o está fuera de especificación. IEC / EN 60062 especifica un código de letra para cada tolerancia.
| Serie E | Tolerancia | |||
|---|---|---|---|---|
| C R > 10 pF | Código de letra | C R <10 font="" pf=""> | Código de letra | |
| E 96 | 1% | F | 0.1 pF | si |
| E 48 | 2% | sol | 0.25 pF | do |
| E 24 | 5% | J | 0.5 pF | re |
| E 12 | 10% | K | 1 pF | F |
| E 6 | 20% | METRO | 2 pF | sol |
| E3 | −20 / + 50% | S | - | - |
| −20 / + 80% | Z | - | - | |
La tolerancia requerida está determinada por la aplicación particular. Las tolerancias estrechas de E24 a E96 se utilizan para circuitos de alta calidad, como osciladores y temporizadores de precisión. Las aplicaciones generales, como el filtrado no crítico o los circuitos de acoplamiento, emplean E12 o E6. Los condensadores electrolíticos, que a menudo se usan para filtrar y derivar condensadores, en su mayoría tienen un rango de tolerancia de ± 20% y deben ajustarse a los valores de la serie E6 (o E3).
Dependencia de la temperatura [ editar ]
La capacidad generalmente varía con la temperatura. Los diferentes dieléctricos expresan grandes diferencias en la sensibilidad a la temperatura. El coeficiente de temperatura se expresa en partes por millón (ppm) por grado Celsius para condensadores cerámicos de clase 1 o en% sobre el rango de temperatura total para todos los demás.
| Tipo de condensador, material dieléctrico | Coeficiente de temperatura C / C 0 | Rango de temperatura de aplicación |
|---|---|---|
| Condensador cerámico clase 1 paraelectrico NP0 | ± 30 ppm / K (± 0.5%) | −55 a +125 ° C |
| Condensador cerámico clase 2 ferroeléctrico X7R | ± 15% | −55 a +125 ° C |
| Condensador cerámico clase 2, ferroeléctrico Y5V | + 22% / −82% | −30 a +85 ° C |
| Condensador de película Polipropileno (PP) | ± 2.5% | −55 a +85/105 ° C |
| Condensador de película Tereftalato de polietileno, poliéster (PET) | + 5% | −55 a +125/150 ° C |
| Condensador de película Polifenileno sulfuro (PPS) | ± 1.5% | −55 a +150 ° C |
| Condensador de película Naftalato de polietileno (PEN) | ± 5% | −40 a +125/150 ° C |
| Condensador de película Politetrafluoroetileno (PTFE) | ? | −40 a +130 ° C |
| Condensador de papel metalizado (impregnado) | ± 10% | −25 a +85 ° C |
| Condensador electrolítico de aluminio Al 2 O 3 | ± 20% | −40 a +85/105/125 ° C |
| Condensador electrolítico de tantalio Ta 2 O 5 | ± 20% | −40 a +125 ° C |
Dependencia de frecuencia [ editar ]
La mayoría de los tipos de condensadores discretos tienen más o menos cambios de capacitancia con frecuencias crecientes. La resistencia dieléctrica de la película cerámica y plástica de clase 2 disminuye con la frecuencia creciente. Por lo tanto, su valor de capacitancia disminuye al aumentar la frecuencia. Este fenómeno para la clase 2 de cerámica y los dieléctricos de película plástica está relacionado con la relajación dieléctrica en la que la constante de tiempo de los dipolos eléctricos es la razón de la dependencia de la frecuencia de la permitividad . Los gráficos a continuación muestran el comportamiento de frecuencia típico de la capacitancia para condensadores de cerámica y película.
- Dependencia de frecuencia de capacitancia para condensadores de cerámica y película.
Para condensadores electrolíticos con electrolito no sólido, se produce un movimiento mecánico de los iones . Su movilidad es limitada, de modo que a frecuencias más altas no todas las áreas de la estructura del ánodo rugoso están cubiertas con iones que transportan carga. A medida que se eleva la estructura del ánodo, más aumenta el valor de capacitancia al aumentar la frecuencia. Los tipos de bajo voltaje con ánodos altamente rugosos muestran capacitancia a 100 kHz aproximadamente del 10 al 20% del valor medido a 100 Hz.
Dependencia de voltaje [ editar ]
La capacitancia también puede cambiar con el voltaje aplicado. Este efecto es más frecuente en los condensadores cerámicos de clase 2. La permitividad del material ferroeléctrico de clase 2 depende del voltaje aplicado. Un voltaje aplicado más alto reduce la permitividad. El cambio de capacitancia puede caer al 80% del valor medido con el voltaje de medición estandarizado de 0.5 o 1.0 V. Este comportamiento es una pequeña fuente de no linealidad en filtros de baja distorsión y otras aplicaciones analógicas. En aplicaciones de audio, esto puede causar distorsión (medida con THD ).
Los condensadores de película y los condensadores electrolíticos no tienen una dependencia significativa de voltaje.
- Dependencia de voltaje de capacitancia para algunos condensadores cerámicos de clase 2 diferentes
Tensión nominal y categoría [ editar ]
El voltaje al cual el dieléctrico se vuelve conductivo se llama voltaje de ruptura, y está dado por el producto de la resistencia dieléctrica y la separación entre los electrodos. La rigidez dieléctrica depende de la temperatura, la frecuencia, la forma de los electrodos, etc. Debido a que una falla en un condensador normalmente es un cortocircuito y destruye el componente, el voltaje de funcionamiento es menor que el voltaje de ruptura. El voltaje de funcionamiento se especifica de modo que el voltaje se pueda aplicar continuamente durante toda la vida útil del condensador.
En IEC / EN 60384-1, la tensión de funcionamiento permitida se denomina "tensión nominal" o "tensión nominal". El voltaje nominal (UR) es el voltaje máximo de CC o voltaje de pulso máximo que puede aplicarse continuamente a cualquier temperatura dentro del rango de temperatura nominal.
La prueba de voltaje de casi todos los condensadores disminuye al aumentar la temperatura. Algunas aplicaciones requieren un rango de temperatura más alto. Bajar el voltaje aplicado a una temperatura más alta mantiene los márgenes de seguridad. Por lo tanto, para algunos tipos de condensadores, el estándar IEC especifica un segundo "voltaje de temperatura reducida" para un rango de temperatura más alto, el "voltaje de categoría". El voltaje de categoría (UC) es el voltaje de CC máximo o voltaje de pulso máximo que puede aplicarse continuamente a un condensador a cualquier temperatura dentro del rango de temperatura de categoría.
La relación entre voltajes y temperaturas se da en la imagen de la derecha.
Impedancia [ editar ]
En general, un condensador se ve como un componente de almacenamiento de energía eléctrica. Pero esta es solo una función de condensador. Un condensador también puede actuar como un AC resistor . En muchos casos, el condensador se utiliza como un condensador de desacoplamiento para filtrar o desviar las frecuencias de CA polarizadas no deseadas a tierra. Otras aplicaciones usan condensadores para el acoplamiento capacitivo de señales de CA; el dieléctrico se usa solo para bloquear DC. Para tales aplicaciones, la resistencia de CA es tan importante como el valor de capacitancia.
La resistencia de CA dependiente de la frecuencia se llama impedancia y es la relación compleja del voltaje a la corriente en un circuito de CA. La impedancia extiende el concepto de resistencia a los circuitos de corriente alterna y posee magnitud y fase a una frecuencia particular. Esto es diferente a la resistencia, que solo tiene magnitud.
La magnitud representa la relación entre la amplitud de diferencia de voltaje y la amplitud actual, es la unidad imaginaria , mientras que el argumento da la diferencia de fase entre voltaje y corriente.
En las hojas de datos del condensador, solo la magnitud de impedancia | Z | se especifica y simplemente se escribe como "Z" para que la fórmula de la impedancia se pueda escribir en forma cartesiana
donde la parte real de la impedancia es la resistencia (para condensadores ) y la parte imaginaria es la reactancia .
Como se muestra en el circuito equivalente en serie de un capacitor, el componente real incluye un capacitor ideal , una inductancia y una resistencia . La reactancia total a la frecuencia angular.por lo tanto, viene dada por la adición geométrica (compleja) de una reactancia capacitiva ( capacitancia )y una reactancia inductiva ( inductancia ):.
Para calcular la impedancia la resistencia tiene que agregarse geométricamente y luego es dado por
- . La impedancia es una medida de la capacidad del condensador para pasar corrientes alternas. En este sentido, la impedancia puede usarse como la ley de Ohms
para calcular el pico o el valor efectivo de la corriente o el voltaje.
- y
tener el mismo valor (), entonces la impedancia solo estará determinada por .
La impedancia especificada en las hojas de datos a menudo muestra curvas típicas para los diferentes valores de capacitancia. Con frecuencia creciente a medida que la impedancia disminuye al mínimo. Cuanto más baja es la impedancia, más fácilmente se pueden pasar corrientes alternas a través del condensador. En el vértice , el punto de resonancia, donde XC tiene el mismo valor que XL, el condensador tiene el valor de impedancia más bajo. Aquí solo el ESR determina la impedancia. Con frecuencias por encima de la resonancia, la impedancia aumenta nuevamente debido a la ESL del condensador. El condensador se convierte en una inductancia.
Como se muestra en el gráfico, los valores de capacitancia más altos pueden adaptarse mejor a las frecuencias más bajas, mientras que los valores de capacitancia más bajos pueden adaptarse mejor a las frecuencias más altas.
Los condensadores electrolíticos de aluminio tienen propiedades de desacoplamiento relativamente buenas en el rango de frecuencia más bajo hasta aproximadamente 1 MHz debido a sus grandes valores de capacitancia. Esta es la razón para usar condensadores electrolíticos en fuentes de alimentación estándar o en modo conmutado detrás del rectificador para la aplicación de suavizado.
Los condensadores de cerámica y de película ya están fuera de sus valores de capacitancia más pequeños adecuados para frecuencias más altas de hasta 100 MHz. También tienen una inductancia parasitaria significativamente menor, lo que los hace adecuados para aplicaciones de mayor frecuencia, debido a su construcción con contacto de los electrodos en la superficie del extremo. Para aumentar el rango de frecuencias, a menudo se conecta un condensador electrolítico en paralelo con un condensador de cerámica o de película. [47]
Muchos desarrollos nuevos están dirigidos a reducir la inductancia parasitaria (ESL). Esto aumenta la frecuencia de resonancia del condensador y, por ejemplo, puede seguir la velocidad de conmutación en constante aumento de los circuitos digitales. La miniaturización, especialmente en los condensadores de chip de cerámica multicapa SMD ( MLCC ), aumenta la frecuencia de resonancia. La inductancia parasitaria se reduce aún más colocando los electrodos en el lado longitudinal del chip en lugar del lado lateral. La construcción "boca abajo" asociada con la tecnología de múltiples ánodos en condensadores electrolíticos de tantalio redujo aún más el ESL. Las familias de condensadores, como el llamado condensador MOS o los condensadores de silicio, ofrecen soluciones cuando se necesitan condensadores en frecuencias de hasta el rango de GHz.
Inductancia (ESL) y frecuencia autorresonante [ editar ]
El ESL en los condensadores industriales es causado principalmente por los cables y las conexiones internas utilizadas para conectar las placas de los condensadores al mundo exterior. Los condensadores grandes tienden a tener un ESL más alto que los pequeños porque las distancias a la placa son más largas y cada mm cuenta como inductancia.
Para cualquier condensador discreto, hay una frecuencia por encima de CC a la que deja de comportarse como un condensador puro. Esta frecuencia, donde es tan alto como , se llama la frecuencia autorresonante. La frecuencia autorresonante es la frecuencia más baja a la que la impedancia pasa a través de un mínimo. Para cualquier aplicación de CA, la frecuencia autorresonante es la frecuencia más alta a la que los condensadores se pueden usar como un componente capacitivo.
Esto es de vital importancia para desacoplar los circuitos lógicos de alta velocidad de la fuente de alimentación. El condensador de desacoplamiento suministra corriente transitoria al chip. Sin desacopladores, el IC demanda corriente más rápido de lo que la conexión a la fuente de alimentación puede suministrar, ya que partes del circuito se encienden y apagan rápidamente. Para contrarrestar este problema potencial, los circuitos con frecuencia usan condensadores de derivación múltiples: condensadores pequeños (100 nF o menos) clasificados para frecuencias altas, un condensador electrolítico grande clasificado para frecuencias más bajas y, en ocasiones, un condensador de valor intermedio.
Pérdidas óhmicas, ESR, factor de disipación y factor de calidad [ editar ]
Las pérdidas resumidas en condensadores discretos son pérdidas de CA óhmicas . Las pérdidas de CC se especifican como " corriente de fuga " o "resistencia de aislamiento" y son insignificantes para una especificación de CA. Las pérdidas de CA no son lineales, posiblemente dependiendo de la frecuencia, temperatura, edad o humedad. Las pérdidas resultan de dos condiciones físicas:
- pérdidas de línea, incluidas las resistencias de línea de suministro interno, la resistencia de contacto del contacto del electrodo, la resistencia de línea de los electrodos y en los condensadores electrolíticos de aluminio "húmedos" y especialmente los supercondensadores, la conductividad limitada de los electrolitos líquidos y
- pérdidas dieléctricas de polarización dieléctrica .
La mayor parte de estas pérdidas en los condensadores más grandes suele ser la pérdida dieléctrica óhmica dependiente de la frecuencia. Para componentes más pequeños, especialmente para condensadores electrolíticos húmedos, la conductividad de los electrolitos líquidos puede exceder las pérdidas dieléctricas. Para medir estas pérdidas, se debe establecer la frecuencia de medición. Dado que los componentes disponibles en el mercado ofrecen valores de capacitancia que cubren 15 órdenes de magnitud, que van desde pF ( 10-12 F) hasta unos 1000 F en supercondensadores, no es posible capturar todo el rango con una sola frecuencia. IEC 60384-1 establece que las pérdidas óhmicas deben medirse a la misma frecuencia utilizada para medir la capacitancia. Estos son:
- 100 kHz, 1 MHz (preferido) o 10 MHz para condensadores no electrolíticos con C R ≤ 1 nF:
- 1 kHz o 10 kHz para condensadores no electrolíticos con 1 nF
R ≤ 10 μF - 100/120 Hz para condensadores electrolíticos
- 50/60 Hz o 100/120 Hz para condensadores no electrolíticos con C R > 10 μF
Las pérdidas resistivas resumidas de un condensador se pueden especificar como ESR, como factor de disipación (DF, tan δ) o como factor de calidad (Q), según los requisitos de la aplicación.
Condensadores con mayor corriente de ondulación Las cargas, como los condensadores electrolíticos, se especifican con una resistencia en serie equivalente ESR. La ESR se puede mostrar como una parte óhmica en el diagrama vectorial anterior. Los valores de ESR se especifican en hojas de datos por tipo individual.
Las pérdidas de los condensadores de película y algunos condensadores cerámicos de clase 2 se especifican principalmente con el factor de disipación tan δ. Estos condensadores tienen pérdidas más pequeñas que los condensadores electrolíticos y se usan principalmente en frecuencias más altas de hasta unos cientos de MHz. Sin embargo, el valor numérico del factor de disipación, medido a la misma frecuencia, es independiente del valor de capacitancia y puede especificarse para una serie de capacitores con un rango de capacitancia. El factor de disipación se determina como la tangente de la reactancia () y el ESR, y puede mostrarse como el ángulo δ entre el eje imaginario y el de impedancia.
Si la inductancia es pequeño, el factor de disipación se puede aproximar como:
Los condensadores con pérdidas muy bajas, como los condensadores cerámicos de Clase 1 y Clase 2, especifican pérdidas resistivas con un factor de calidad (Q). Los condensadores cerámicos de clase 1 son especialmente adecuados para circuitos resonantes LC con frecuencias de hasta el rango de GHz y filtros precisos de paso alto y bajo. Para un sistema resonante eléctrico, Q representa el efecto de la resistencia eléctrica y caracteriza el ancho de banda de un resonador. en relación con su centro o frecuencia de resonancia . Q se define como el valor recíproco del factor de disipación.
Un valor Q alto es para circuitos resonantes una marca de la calidad de la resonancia.
| Tipo de condensador | Capacitancia (pF) | ESR a 100 kHz (mΩ) | ESR a 1 MHz (mΩ) | tan δ a 1 MHz (10 −4 ) | Factor de calidad |
|---|---|---|---|---|---|
| Condensador de silicio [48] | 560 | 400 | - | 2,5 | 4000 |
| Condensador de mica [49] | 1000 | 650 | sesenta y cinco | 4 4 | 2500 |
Condensador cerámico clase 1 (NP0) [50] | 1000 | 1600 | 160 | 10 | 1000 |
Limitar las cargas actuales [ editar ]
Un condensador puede actuar como una resistencia de CA, acoplando el voltaje de CA y la corriente de CA entre dos puntos. Cada flujo de corriente alterna a través de un condensador genera calor dentro del cuerpo del condensador. Estas pérdidas de potencia de disipación es causado por y es el valor al cuadrado de la corriente efectiva (RMS)
La misma pérdida de potencia se puede escribir con el factor de disipación como
El calor generado interno tiene que ser distribuido al ambiente. La temperatura del condensador, que se establece en el equilibrio entre el calor producido y distribuido, no debe exceder la temperatura máxima especificada de los condensadores. Por lo tanto, el ESR o factor de disipación es una marca para la potencia máxima (carga de CA, corriente de ondulación, carga de pulso, etc.) para la que se especifica un condensador.
Las corrientes de CA pueden ser:
- corriente de ondulación: una corriente de CA efectiva (RMS), que proviene de un voltaje de CA superpuesto a una polarización de CC, un
- corriente de pulso: una corriente de pico de CA, proveniente de un pico de voltaje o un
- Corriente CA: una corriente sinusoidal efectiva (RMS)
La ondulación y las corrientes de CA calientan principalmente el cuerpo del condensador. Por estas corrientes, la temperatura interna generada influye en el voltaje de ruptura del dieléctrico. Una temperatura más alta disminuye la prueba de voltaje de todos los condensadores. En los condensadores electrolíticos húmedos, las temperaturas más altas fuerzan la evaporación de los electrolitos, acortando la vida útil de los condensadores. En los condensadores de película, las temperaturas más altas pueden reducir la película de plástico cambiando las propiedades del condensador.
Las corrientes de pulso, especialmente en condensadores de película metalizada, calientan las áreas de contacto entre la pulverización final (schoopage) y los electrodos metalizados. Esto puede reducir el contacto con los electrodos, aumentando el factor de disipación.
Para un funcionamiento seguro, la temperatura máxima generada por cualquier flujo de corriente alterna a través del condensador es un factor limitante, que a su vez limita la carga de corriente alterna, la corriente de ondulación, la carga de pulso, etc.
Corriente de ondulación [ editar ]
Una "corriente de ondulación" es el valor RMS de una corriente alterna superpuesta de cualquier frecuencia y cualquier forma de onda de la curva de corriente para un funcionamiento continuo a una temperatura específica. Surge principalmente en las fuentes de alimentación (incluidas las fuentes de alimentación en modo conmutado ) después de rectificar un voltaje de CA y fluye como corriente de carga y descarga a través del condensador de desacoplamiento o suavizado. La "corriente de ondulación nominal" no debe exceder un aumento de temperatura de 3, 5 o 10 ° C, dependiendo del tipo de condensador, a la temperatura ambiente máxima especificada.
La corriente de ondulación genera calor dentro del cuerpo del condensador debido a la ESR del condensador. El ESR, compuesto por las pérdidas dieléctricas causadas por el cambio de la intensidad de campo en el dieléctrico y las pérdidas resultantes de las líneas de suministro ligeramente resistivas o el electrolito depende de la frecuencia y la temperatura. Para los condensadores de cerámica y película, en general, la ESR disminuye con el aumento de la temperatura, pero aumenta con las frecuencias más altas debido al aumento de las pérdidas dieléctricas. Para condensadores electrolíticos de hasta aproximadamente 1 MHz, la ESR disminuye al aumentar las frecuencias y temperaturas.
Los tipos de condensadores utilizados para aplicaciones de energía tienen un valor nominal especificado para la corriente de ondulación máxima. Estos son principalmente condensadores electrolíticos de aluminio y tántalo, así como algunos condensadores de película y condensadores cerámicos de Clase 2.
Los condensadores electrolíticos de aluminio, el tipo más común para fuentes de alimentación, experimentan una esperanza de vida más corta a corrientes de ondulación más altas. Exceder el límite tiende a provocar una falla explosiva.
Los condensadores electrolíticos de tantalio con electrolito de dióxido de manganeso sólido también están limitados por la corriente de ondulación. Exceder sus límites de ondulación tiende a cortocircuitos y componentes en llamas.
Para los condensadores de película y cerámica, normalmente especificados con un factor de pérdida tan δ, el límite de corriente de ondulación se determina por el aumento de temperatura en el cuerpo de aproximadamente 10 ° C. Exceder este límite puede destruir la estructura interna y causar cortocircuitos.
Corriente de pulso [ editar ]
La carga de pulso nominal para un determinado condensador está limitada por el voltaje nominal, la frecuencia de repetición de pulso, el rango de temperatura y el tiempo de aumento de pulso. El "tiempo de subida del pulso", representa el gradiente de voltaje más pronunciado del pulso (tiempo de subida o bajada) y se expresa en voltios por μs (V / μs).
El tiempo de aumento de pulso nominal también es indirectamente la capacidad máxima de una corriente pico aplicable . La corriente máxima se define como:
dónde: está en un; en µF; en V / µs
La capacidad de corriente de pulso permisible de un condensador de película metalizada generalmente permite un aumento de la temperatura interna de 8 a 10 K.
En el caso de los condensadores de película metalizada, la carga de pulso depende de las propiedades del material dieléctrico, el grosor de la metalización y la construcción del condensador, especialmente la construcción de las áreas de contacto entre la pulverización final y los electrodos metalizados. Las altas corrientes máximas pueden conducir a un sobrecalentamiento selectivo de los contactos locales entre la pulverización final y los electrodos metalizados que pueden destruir algunos de los contactos, lo que lleva a un aumento de la ESR.
Para los condensadores de película metalizada, las llamadas pruebas de pulso simulan la carga de pulso que puede ocurrir durante una aplicación, de acuerdo con una especificación estándar. IEC 60384 parte 1, especifica que el circuito de prueba se carga y descarga de forma intermitente. El voltaje de prueba corresponde al voltaje de CC nominal y la prueba comprende 10000 pulsos con una frecuencia de repetición de 1 Hz. La capacidad de tensión del pulso es el tiempo de aumento del pulso. El tiempo de aumento de pulso nominal se especifica como 1/10 del tiempo de aumento de pulso de prueba.
La carga de pulso debe calcularse para cada aplicación. Una regla general para calcular el manejo de potencia de los condensadores de película no está disponible debido a los detalles de construcción internos relacionados con el proveedor. Para evitar que el condensador se sobrecaliente, se deben considerar los siguientes parámetros de funcionamiento:
- corriente máxima por µF
- Tiempo de subida o bajada del pulso dv / dt en V / µs
- duración relativa de los períodos de carga y descarga (forma de pulso)
- voltaje de pulso máximo (voltaje pico)
- pico de voltaje inverso;
- Frecuencia de repetición del pulso
- Temperatura ambiente
- Disipación de calor (enfriamiento)
Se permiten tiempos de aumento de pulso más altos para un voltaje de pulso inferior al voltaje nominal.
Muchos fabricantes dan ejemplos de cálculos de cargas de pulso individuales, por ejemplo, WIMA [51] y Kemet. [52]
Corriente alterna [ editar ]
Una carga de CA solo se puede aplicar a un condensador no polarizado. Los condensadores para aplicaciones de CA son principalmente condensadores de película, condensadores de papel metalizado, condensadores de cerámica y condensadores electrolíticos bipolares.
La carga de CA nominal para un condensador de CA es la corriente de CA efectiva sinusoidal máxima (rms) que puede aplicarse continuamente a un condensador dentro del rango de temperatura especificado. En las hojas de datos, la carga de CA puede expresarse como
- voltaje de CA nominal a bajas frecuencias,
- potencia reactiva nominal a frecuencias intermedias,
- voltaje de CA reducido o corriente de CA nominal a altas frecuencias.
El voltaje de CA nominal para los condensadores de película generalmente se calcula de modo que un aumento de temperatura interna de 8 a 10 ° K sea el límite permitido para una operación segura. Debido a que las pérdidas dieléctricas aumentan con el aumento de la frecuencia, el voltaje de CA especificado debe reducirse a frecuencias más altas. Las hojas de datos para condensadores de película especifican curvas especiales para reducir los voltajes de CA a frecuencias más altas.
Si los condensadores de película o los condensadores de cerámica solo tienen una especificación de CC, el valor pico del voltaje de CA aplicado debe ser menor que el voltaje de CC especificado.
Las cargas de CA pueden ocurrir en condensadores de funcionamiento de motor de CA, para duplicar el voltaje, en amortiguadores , en balastro de iluminación y para PFC de corrección del factor de potencia para el cambio de fase para mejorar la estabilidad y eficiencia de la red de transmisión, que es una de las aplicaciones más importantes para condensadores de gran potencia. Estos condensadores de película PP o papel metalizado en su mayoría grandes están limitados por la potencia reactiva nominal VAr.
Los condensadores electrolíticos bipolares, a los que puede aplicarse un voltaje de CA, se especifican con una corriente de ondulación nominal.
Resistencia de aislamiento y constante de autodescarga [ editar ]
La resistencia del dieléctrico es finita, lo que lleva a cierto nivel de "corriente de fuga" de CC que hace que un condensador cargado pierda carga con el tiempo. Para los condensadores de cerámica y película, esta resistencia se denomina "resistencia de aislamiento R ins ". Esta resistencia está representada por la resistencia R ins en paralelo con el condensador en el circuito de condensadores equivalente en serie. La resistencia de aislamiento no debe confundirse con el aislamiento exterior del componente con respecto al medio ambiente.
La curva de tiempo de autodescarga sobre la resistencia de aislamiento con la disminución de la tensión del condensador sigue la fórmula
Con voltaje de CC almacenado y constante de autodescarga
Así, después voltaje cae al 37% del valor inicial.
La constante de autodescarga es un parámetro importante para el aislamiento del dieléctrico entre los electrodos de los condensadores cerámicos y de película. Por ejemplo, un condensador se puede usar como componente determinante del tiempo para relés de tiempo o para almacenar un valor de voltaje como en una muestra y mantener circuitos o amplificadores operacionales .
Los condensadores cerámicos de clase 1 tienen una resistencia de aislamiento de al menos 10 GΩ, mientras que los condensadores de clase 2 tienen al menos 4 GΩ o una constante de autodescarga de al menos 100 s. Los condensadores de película de plástico suelen tener una resistencia de aislamiento de 6 a 12 GΩ. Esto corresponde a condensadores en el rango uF de una constante de autodescarga de aproximadamente 2000–4000 s. [53]
La resistencia de aislamiento, respectivamente, la constante de autodescarga puede reducirse si la humedad penetra en el devanado. Es parcialmente fuertemente dependiente de la temperatura y disminuye con el aumento de la temperatura. Ambos disminuyen con el aumento de la temperatura.
En los condensadores electrolíticos, la resistencia de aislamiento se define como la corriente de fuga.
Corriente de fuga [ editar ]
Para los condensadores electrolíticos, la resistencia de aislamiento del dieléctrico se denomina "corriente de fuga". Esta corriente CC está representada por la fuga de la resistencia R en paralelo con el condensador en el circuito equivalente en serie de condensadores electrolíticos. Esta resistencia entre los terminales de un condensador también es finita. La fuga de R es menor para electrolíticos que para condensadores de cerámica o película.
La corriente de fuga incluye todas las imperfecciones débiles del dieléctrico causadas por procesos químicos no deseados y daños mecánicos. También es la corriente continua que puede pasar a través del dieléctrico después de aplicar un voltaje. Depende del intervalo sin tensión aplicada (tiempo de almacenamiento), el estrés térmico de la soldadura, la tensión aplicada, la temperatura del condensador y el tiempo de medición.
La corriente de fuga cae en los primeros minutos después de aplicar voltaje de CC. En este período, la capa de óxido dieléctrico puede reparar las debilidades mediante la construcción de nuevas capas. El tiempo requerido depende generalmente del electrolito. Los electrolitos sólidos caen más rápido que los electrolitos no sólidos, pero permanecen en un nivel ligeramente más alto.
La corriente de fuga en los condensadores electrolíticos no sólidos, así como en los condensadores de tántalo sólido de óxido de manganeso, disminuye con el tiempo conectado a la tensión debido a los efectos de autocuración. Aunque la corriente de fuga electrolítica es mayor que el flujo de corriente sobre la resistencia de aislamiento en los condensadores cerámicos o de película, la autodescarga de los condensadores electrolíticos no sólidos modernos lleva varias semanas.
Un problema particular con los condensadores electrolíticos es el tiempo de almacenamiento. Una corriente de fuga más alta puede ser el resultado de tiempos de almacenamiento más largos. Estos comportamientos se limitan a los electrolitos con un alto porcentaje de agua. Los solventes orgánicos como GBL no tienen fugas altas con tiempos de almacenamiento más largos.
La corriente de fuga se mide normalmente 2 o 5 minutos después de aplicar el voltaje nominal.
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