Què és el corrent de fuita del condensador i com reduir-lo

El condensador és el component més comú en electrònica i s'utilitza en gairebé totes les aplicacions d'electrònica. Hi ha molts tipus de condensadors disponibles al mercat per a diferents usos en qualsevol circuit electrònic. Estan disponibles en molts valors diferents, des d’un condensador Pico-Farad fins a un condensador Farad i un supercondensador. El condensador també té diferents tipus de classificacions, com ara la tensió de treball, la temperatura de treball, la tolerància del valor nominal i el corrent de fuita.

El corrent de fuita del condensador és un factor crucial per a l'aplicació, especialment si s'utilitza en electrònica de potència o electrònica d'àudio. Els diferents tipus de condensadors proporcionen diferents valors de corrent de fuita. A part de seleccionar el condensador perfecte amb una fuga adequada, el circuit també hauria de tenir la capacitat de controlar el corrent de fuga. Per tant, primer hem de tenir una clara comprensió del corrent de fuita del condensador.

Relació amb la capa dielèctrica

El corrent de fuita d’un condensador té una relació directa amb el dielèctric del condensador. Vegem la imatge següent:

La imatge superior és una construcció interna del condensador electrolític d'alumini. Un condensador electrolític d’alumini té poques parts encapsulades en un embalatge compacte i ajustat. Les peces són ànode, càtode, electrolit, aïllant de capa dielèctrica, etc.

L'aïllant dielèctric proporciona aïllament de la placa conductora a l'interior del condensador. Però com que no hi ha res perfecte en aquest món, l'aïllant no és un aïllant ideal i té una tolerància a l'aïllament. A causa d'això, una quantitat molt baixa de corrent fluirà a través de l'aïllant. Aquest corrent s’anomena corrent de fuita.

L'aïllador i el flux de corrent es poden demostrar mitjançant un condensador i una resistència senzills.

La resistència té un valor de resistència molt alt, que es pot identificar com una resistència aïllanti el condensador s'utilitza per replicar el condensador real. Com que la resistència té un valor de resistència molt alt, el corrent que circula per la resistència és molt baix, típicament en diversos nanoamperis. La resistència a l'aïllament depèn del tipus d'aïllant dielèctric, ja que diferents tipus de materials canvien el corrent de fuita. La baixa constant dielèctrica proporciona una resistència d’aïllament molt bona, que resulta en un corrent de fuita molt baix. Per exemple, els condensadors de polipropilè, plàstic o tefló són l’exemple d’una constant dielèctrica baixa. Però per a aquests condensadors, la capacitat és molt menor. L’augment de la capacitat també augmenta la constant dielèctrica. Els condensadors electrolítics solen tenir una capacitat molt alta i el corrent de fuita també és elevat.

Factors dependents del corrent de fuita del condensador

El corrent de fuita del condensador generalment depèn de quatre factors:

1. Capa dielèctrica
2. Temperatura ambient
3. Conservació de la temperatura
4. Voltatge aplicat

1. La capa dielèctrica no funciona correctament

La construcció del condensador requereix un procés químic. El material dielèctric és la principal separació entre les plaques conductores. Com que el dielèctric és l’aïllant principal, el corrent de fuita té importants dependències. Per tant, si el dielèctric es tempera durant el procés de fabricació, contribuirà directament a l’augment del corrent de fuita. De vegades, les capes dielèctriques tenen impureses, cosa que provoca una debilitat en la capa. Un dielèctric més feble disminueix el flux de corrent que es contribueix encara més al procés d’oxidació lent. No només això, sinó que la tensió mecànica inadequada també contribueix a la debilitat dielèctrica d’un condensador.

2. Temperatura ambiental

El condensador té una qualificació de la temperatura de treball. La temperatura de treball es pot anar des dels 85 graus centígrads fins als 125 graus centígrads o fins i tot més. Com que el condensador és un dispositiu compost químicament, la temperatura té una relació directa amb el procés químic dins del condensador. El corrent de fuita generalment augmenta quan la temperatura ambiental és prou alta.

3. Emmagatzematge del condensador

Emmagatzemar un condensador durant molt de temps sense tensió no és bo per al condensador. La temperatura d'emmagatzematge també és un factor important per al corrent de fuita. Quan s’emmagatzemen els condensadors, el material electrolític ataca la capa d’òxid. La capa d’òxid comença a dissoldre’s en el material electrolític. El procés químic és diferent per a diferents tipus de material electrolític. L’electròlit a base d’aigua no és estable, mentre que l’electròlit inert a base de dissolvent aporta menys corrent de fuita a causa de la reducció de la capa d’oxidació.

No obstant això, aquest corrent de fuita és temporal ja que el condensador té propietats d'autocuració quan s'aplica a una tensió. Durant l'exposició a una tensió, la capa d'oxidació comença a regenerar-se.

4. Voltatge aplicat

Cada condensador té una tensió nominal. Per tant, utilitzar un condensador per sobre del voltatge nominal és una cosa dolenta. Si augmenta la tensió, també augmenta el corrent de fuita. Si la tensió a través del condensador és superior a la tensió nominal, la reacció química a l'interior d'un condensador crea gasos i degraden l'electròlit.

Si el condensador s’emmagatzema durant molt de temps, com per exemple durant anys, s’ha de restaurar el condensador a l’estat de treball proporcionant tensió nominal durant uns minuts. Durant aquesta etapa, la capa d’oxidació es va tornar a generar i restaura el condensador en una etapa funcional.

Com reduir el corrent de fuita del condensador per millorar la vida útil del condensador

Com s'ha comentat anteriorment, un condensador té dependències amb molts factors. La primera pregunta és com es calcula la vida del condensador? La resposta és calculant el temps fins a l’esgotament de l’electròlit. L’electròlit és consumit per la capa d’oxidació. El corrent de fuita és el component principal per mesurar quant es dificulta la capa d’oxidació.

Per tant, la reducció del corrent de fuita al condensador és un component clau per a la vida útil d’un condensador.

1. La fabricació o la planta de producció és el primer lloc d'un cicle de vida del condensador en què els condensadors es fabriquen acuradament per obtenir un baix corrent de fuita. Cal prendre la precaució de que la capa dielèctrica no es faci malbé ni es dificulti.

2. La segona etapa és l’emmagatzematge. Els condensadors s’han d’emmagatzemar a la temperatura adequada. Una temperatura incorrecta afecta l’electròlit del condensador, cosa que disminueix encara més la qualitat de la capa d’oxidació. Assegureu-vos de fer funcionar els condensadors a una temperatura ambient adequada, inferior al valor màxim.

3. A la tercera etapa, quan el condensador es solda a la placa, la temperatura de soldadura és un factor clau. Com que per als condensadors electrolítics, la temperatura de soldadura pot arribar a ser prou elevada, més que el punt d’ebullició del condensador. La temperatura de soldadura afecta les capes dielèctriques a través dels passadors de plom i debilita la capa d’oxidació resultant en un alt corrent de fuita. Per superar-ho, cada condensador inclou una fitxa tècnica on el fabricant proporciona una temperatura de soldadura segura i un temps d’exposició màxim. Cal anar amb compte amb aquestes qualificacions per al funcionament segur del condensador respectiu. Això també s’aplica als condensadors de dispositiu de muntatge superficial (SMD), ja que la temperatura màxima de soldadura per reflux o soldadura per ones no ha de superar la màxima admissible.

4. Com que la tensió del condensador és un factor important, la tensió del condensador no hauria de superar la tensió nominal.

5. Equilibrar el condensador en connexió en sèrie. La connexió de la sèrie de condensadors és una tasca una mica complexa per equilibrar el corrent de fuita. Això es deu al desequilibri del corrent de fuga que divideix la tensió i es divideix entre els condensadors. El voltatge dividit pot ser diferent per a cada condensador i pot haver-hi la possibilitat que el voltatge d’un condensador concret pugui ser superior al voltatge nominal i que el condensador comenci a funcionar malament.

Per superar aquesta situació, s’afegeixen dues resistències d’alt valor a través del condensador individual per reduir el corrent de fuita.

A la imatge següent, es mostra la tècnica d’equilibri on dos condensadors en sèrie s’equilibren mitjançant resistències d’alt valor.

Mitjançant la tècnica d’equilibri, es pot controlar la diferència de tensió influïda pel corrent de fuita.