Napäťové odľahčenie keramických kondenzátorov

Napäťové odľahčenie keramických kondenzátorov
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  126 zobrazení
2
 0
Rádioamatérov almanach

Keramické kondenzátory sú veľmi často používaným elektronickým komponentom  v elektronických obvodoch vďaka svojim  vlastnostiam, ako je presnosť, tolerancia, ich veľkosť, vysoké pracovné napätie a vysoká výkonová kapacita. Proces výberu keramických kondenzátorov v akejkoľvek aplikácii obvodu by mal vždy zohľadňovať očakávané napätie vyskytujúce sa na keramickom kondenzátore, pretože degradácia kondenzátora spôsobená aplikovaným napätím blížiacim sa k menovitej hodnote napätia je škodlivá pre samotný komponent, ako aj pre obvod v ktorom je umiestnený. Technika napäťového odľahčenia kondenzátora, pri ktorej sa kondenzátor využíva pre svoju menovitú kapacitu, pomáha chrániť keramické kondenzátory pred takýmito rizikami. Napäťové odľahčenie keramického kondenzátora by malo byť aspoň 50 % očakávaného napätia, aby sa zabezpečila jeho bezriziková prevádzka. V tomto článku sa preto budeme zaoberať napäťovým odľahčením keramického kondenzátora.

Typy keramických kondenzátorov

Na úvod si povieme niečo o keramických kondenzátoroch. Keramické kondenzátory sú známe svojimi kompaktnými fyzickými rozmermi, veľkou kapacitou a vysokým izolačným odporom. Vyrábajú sa nanesením tenkej vrstvy kovu pri vysokých teplotách na oboch stranách naskladaných vrstiev keramického dielektrika. Kovová vrstva je zvyčajne vyrobená zo striebra. Vývody svoriek sú pripojené tlakovým kontaktom. Celý kondenzátor je následne zapuzdrený kvôli ochrane kondenzátora a jeho elektrickej a enviromentálnej izolácii. Tento typ jednoduchého keramického kondenzátora sa nazýva keramický diskový kondenzátor.

Ďalším typom keramického kondenzátora jeviacvrstvový keramický kondenzátor (MLCC) Vyznačuje sa malými rozmermi a často sa používa v technológiách povrchovej montáže, v systémoch na potlačenie EMI alebo RFI. Bez ohľadu na typ kondenzátora sa keramické kondenzátory napäťovo odľahčujú, aby sa zabránilo ich enormnému zaťaženiu a iným zlým účinkom spôsobeným použitým napätím a teplotou.

Triedy keramických kondenzátorov

Existujú tri základné klasifikácie keramických kondenzátorov:

  1. Trieda 1: Keramický kondenzátor triedy 1 používa vo svojej konštrukcii keramické materiály, ktoré nie sú citlivé na zmeny teploty. Keramické kondenzátory triedy 1 sa bežne používajú vo vysokofrekvenčných obvodoch v televíznych a rozhlasových tuneroch, oscilátoroch a filtroch.

  2. Trieda 2: V keramických kondenzátoroch triedy 2 sa používajú keramické materiály odvodené od titanátu bárnatého (s permitivitou rovnajúcou sa 6000+), ktoré už sú citlivé na zmeny teploty. Sú vhodné na spojovacie, bypassové a vyrovnávacie aplikácie.

  3. Trieda 3: Keramické kondenzátory tejtotriedy ponúkajú oveľa vyššiu objemovú účinnosť ako keramické kondenzátory triedy 2. Keramické kondenzátory triedy 3 však v porovnaní so svojimi náprotivkami ponúkajú slabú teplotnú stabilitu, presnosť a náchylnosť starnutia v čase.

Základná charakteristika keramických kondenzátorov

Tu sú tri kľúčové vlastnosti keramických kondenzátorov, ktoré by mali mať inžinieri na pamäti:

  1. Presnosť a tolerancia: Keramické kondenzátory by mali vykazovať stabilné hodnoty kapacity a stabilný výkon.
  2. Veľkosť: Kondenzátory MLCC podporujú kompaktnosť obvodov.
  3. Vysoká výkonová a napäťová odolnosť: Keramické kondenzátory zvládajú vysoký výkon a aj vysoké napätie. Výkonové keramické kondenzátory sú známe vysokým menovitým napätím od 2 kV až do 100 kV.

Hodnota napätia keramického kondenzátora

V keramických kondenzátoroch sú dve vodivé elektródy alebo dosky oddelené dielektrickým materiálom. Elektródy sú umiestnené bližšie k okrajom, aby sa zvýšila kapacita s tenkou vrstvou dielektrického materiálu. Keď napätie privedené na dosky kondenzátora prekročí hodnotu prierazného napätia, zmení sa molekulárna štruktúra dielektrického materiálu a začne ním prechádzať prúd. Keď aplikované napätie kondenzátora prekročí hodnotu prierazu, správa sa ako rezistor a vyvrcholením tohoto javu je deštrukcia kondenzátora.

Menovité napätie keramického kondenzátora môže súvisieť s jeho dielektrickou pevnosťou alebo prierazným napätím dielektrického materiálu. Menovité napätie keramického kondenzátora udáva maximálny bezpečný rozdiel potenciálov, ktorý môže byť aplikovaný medzi kladnou a zápornou doskou kondenzátora, teda je to napätie, ktoré môže keramický kondenzátor bezpečne zvládnuť bez toho, aby došlo k jeho dielektrickému prierazu.

Napäťové odľahčenie keramického kondenzátora

Spoľahlivosť a ochrana pred nadmerným nárazovým prúdom a stabilita hlavných elektrických parametrov sú fyzikálne dôvody, ktoré vedú k postupnému zníženiu kapacity akéhokoľvek typu kondenzátora. Spoľahlivosť keramických kondenzátorov v podmienkach vysokej vlhkosti je vysoká, pretože keramika ponúka dobrú nepriepustnosť pre vlhkosť. Keramické kondenzátory však vykazujú nízku spoľahlivosť v závislosti od teploty a rovnako sú tiež náchylné aj na poruchy v podobe skratov, otvorených obvodov alebo driftu parametrov. Nadmerný nárazový prúd je schopný vyvolať tepelnú degradáciu, ako aj fatálne poruchy. Rovnako aj s napätím a teplotou sa menia elektrické parametre, ako sú kapacita, ekvivalentný sériový odpor (ESR) a ekvivalentná sériová indukčnosť (ESL).

Metódy napäťového odľahčenia keramického kondenzátora

Derating znamená zníženie množstva faktorov urýchľujúcich zaťaženie tak, aby sa prevádzka kondenzátora stala menej náchylnou na poruchy. Napätie a teplota sú základné faktory urýchľujúce degradáciu kondenzátorov. Kumulatívne účinky napätia a teploty sú pre zaťaženie kondenzátora rozhodujúce. Hodnota kapacity je ovplyvnená stúpajúcim napätím a teplotou a keď sa aplikované napätie blíži k menovitému napätiu, pozoruje sa degradácia kapacity kondenzátora.

V prípade keramických kondenzátorov možno napäťové odľahčenie dosiahnuť riadením parametrov a to napätia a teploty. Zistilo sa, že derating je najúčinnejší spôsob, ako zabrániť poruche, ako aj driftu parametrov v keramických kondenzátoroch. Možno ho dosiahnuť obmedzením napätia na približne 50 % pod menovité napätie. To s dosiahne znížením napätia, čím sa dosiahne efekt napäťového odľahčenia. Ďalšou metódou je obmedzenie teploty na 15 ºC pod maximálnu menovitú prevádzkovú teplotu.

Napäťové odľahčenie keramického kondenzátora

Keramické kondenzátory sú náchylné na degradáciu kapacity zo zvyšujúcim sa napätím. Pri keramických kondenzátoroch X7R, X5R a Y5V dochádza časom k poklesu kapacity v dôsledku uvoľnenia alebo preskupenia elektrónov v kondenzátore. Pokles kapacity keramického kondenzátora obvykle dosahuje až 80 % pri menovitom napätí. Tento jav je známy ako napäťový koeficient kapacity.

Odporúča sa preto používať keramický kondenzátor pri podstatne nižšom napätí, ako je jeho udávané menovité napätie, aby sa eliminoval vplyv napäťového koeficientu kapacity. Napäťové odľahčenie, alebo zníženie napätia sa vyjadruje ako percento napätia, ktoré sa odpočíta od menovitého napätia. Napríklad zníženie napätia keramického kondenzátora o 30 % znamená, že keramický kondenzátor by mal pracovať pri 70 % menovitého napätia.

Výber keramického kondenzátora s menovitým napätím väčším alebo rovnajúcim sa dvojnásobku napätia, ktoré sa má naň v danej aplikácii aplikovať, je najlepším postupom na zníženie napätia. Keďže energia uložená v kondenzátore závisí od štvorca napätia, zníženie napätia keramického kondenzátora ovplyvňuje kapacitu keramického kondenzátora na spracovanie energie.

Aby sa predišlo výbuchom a napäťovému súčiniteľu kapacity, je najlepšie zvoliť napäťové odľahčenie, alebo zníženie napätia keramického kondenzátora, ktoré je približne 50 % menovitého napätia.

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 250.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
PCBWay Promo

JLCPCB Promo
Webwiki Button