Condensador
Guía de condensadores
Características de generación de calor de los condensadores y métodos de medición
Esta columna técnica describe los datos básicos sobre los condensadores.
Esta lección describe las características de generación de calor de los condensadores.
1. Generación de calor del condensador
A medida que los dispositivos electrónicos se hacen más pequeños y ligeros, aumenta la densidad de montaje de los componentes, con el resultado de que disminuye el rendimiento de disipación del calor, lo que provoca que la temperatura del dispositivo aumente con facilidad. En particular, la generación de calor de los elementos del circuito de salida de potencia afecta en gran medida al aumento de temperatura de los dispositivos. Sin embargo, en las aplicaciones (suavizado de fuentes de alimentación conmutadas, acoplamiento de salida de amplificadores de potencia de alta frecuencia, etc.) en las que también fluyen grandes corrientes en los condensadores, el consumo de energía debido al componente de pérdida de los condensadores puede aumentar hasta el punto de que la generación de calor por los condensadores no puede ignorarse. Por lo tanto, el aumento de temperatura de los condensadores debe suprimirse hasta un rango que no afecte a la fiabilidad del condensador.
Un condensador ideal sólo tiene un componente de capacitancia, pero un condensador real también tiene un componente de resistencia del electrodo, pérdida dieléctrica y un componente de inductancia del electrodo, y se puede expresar mediante un circuito equivalente como el que se muestra en la Figura 1.
Cuando circula corriente alterna por este tipo de condensador, se produce el consumo de energía indicado en la Ecuación 1-1 debido a la componente de resistencia (ESR) del condensador, y éste genera calor.
2. Características de generación de calor de los condensadores
Para medir las características de generación de calor de un condensador, la temperatura del condensador debe medirse en condiciones en las que se minimicen la disipación de calor de la superficie debida a la convección y la radiación y la disipación de calor debida a la transferencia de calor a través de la plantilla. Además, cuando se mide un condensador de alta constante dieléctrica con una constante dieléctrica no lineal frente a la tensión, la corriente alterna y la tensión alterna aplicadas al condensador deben observarse simultáneamente. Por otra parte, los condensadores de baja capacitancia con compensación de temperatura requieren características de generación de calor a frecuencias superiores a 100 MHz, por lo que la medición debe realizarse en condiciones de poca reflexión.
2-1. Sistemas de medición de las características de generación de calor de los condensadores
La figura 2 muestra un esquema del sistema para medir las características de generación de calor de condensadores de tipo constante de alto dieléctrico (intervalo de CC a 1 MHz).
La señal procedente del generador de señales se amplifica mediante una fuente de alimentación bipolar y, a continuación, se aplica al condensador. La corriente en ese momento se observa utilizando la sonda de corriente, y la tensión del condensador se observa utilizando la sonda de tensión. Al mismo tiempo, se observa la temperatura de la superficie del condensador utilizando un termómetro de infrarrojos para aclarar la relación entre la corriente y la tensión y la temperatura de la superficie.
La figura 3 muestra un esquema del sistema y el formato de medición para medir las características de generación de calor de condensadores de tipo compensador de temperatura (banda de 10 MHz a 4 GHz).
Los dispositivos y cables que componen este sistema están todos normalizados a 50 Ω, y la muestra de medición está montada en una placa que forma una línea microtira, con conectores SMA unidos a ambos extremos. La señal procedente del generador de señales se amplifica mediante un amplificador de alta frecuencia, y se aplica a la muestra (DUT) mientras se observa la reflexión con un acoplador direccional. La señal de salida a través de la muestra se atenúa mediante un terminador (atenuador) y se observa utilizando un medidor de potencia. Al mismo tiempo, también se observa la temperatura de la superficie de la muestra.
2-2. Datos de las características de generación de calor del condensador
La figura 4 muestra los datos de las características de generación de calor, la impedancia y las características de frecuencia ESR a 6,3 V para un 10 uF de tipo 3216 con características B, como ejemplo de los datos de medición de las características de generación de calor de un condensador cerámico multicapa de alta constante dieléctrica.
Estos gráficos muestran la relación entre la corriente alterna y el aumento de temperatura a 100 kHz, 500 kHz y 1 MHz, y la relación entre la impedancia (Z) y la ESR (R) y la frecuencia. Se puede confirmar que las características de generación de calor se reducen en el orden de 100 kHz > 500 kHz > 1 MHz. Además, la ESR es de 10 mΩ a 100 kHz, 6 mΩ a 500 kHz y 5 mΩ a 1 MHz, lo que confirma que existe una profunda relación entre la ESR y las características de generación de calor.
3. Método de obtención de datos sobre las características de generación de calor
Los datos sobre las características de generación de calor pueden consultarse en el sitio web de Murata.
La figura 5 muestra la ventana de la herramienta de asistencia al diseño "SimSurfing" proporcionada por Murata Manufacturing. Se pueden visualizar las características seleccionando el número de pieza y el elemento que se desea comprobar. Además, la lista de redes SPICE y los datos S2P pueden descargarse como datos de simulación. Utilice esta herramienta como ayuda para el diseño de diversos circuitos electrónicos.
Para más información sobre SimSurfing, visite la siguiente URL:
https://ds.murata.com/simsurfing/index.html?lcid=en-us
Persona responsable: S.K., Unidad de Negocio de Componentes, Murata Manufacturing Co., Ltd.
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