Condensateur
Guide des condensateurs
Caractéristiques de génération de chaleur des condensateurs et méthodes de mesure
Cette rubrique technique décrit les données de base sur les condensateurs.
Cette leçon décrit les caractéristiques de production de chaleur des condensateurs.
1. Production de chaleur par le condensateur
À mesure que les appareils électroniques deviennent plus petits et plus légers, la densité de montage des composants augmente, ce qui entraîne une diminution des performances en matière de dissipation de la chaleur et une augmentation de la température de l'appareil. En particulier, la production de chaleur à partir des éléments du circuit de sortie de puissance affecte grandement l'augmentation de la température des dispositifs. Toutefois, dans les applications (lissage des alimentations à découpage, couplage de sortie des amplificateurs de puissance à haute fréquence, etc.) où de grands courants circulent également dans les condensateurs, la consommation d'énergie due à la composante de perte des condensateurs peut augmenter au point que la production de chaleur par les condensateurs ne peut être ignorée. Par conséquent, l'augmentation de la température des condensateurs doit être limitée à une plage qui n'affecte pas la fiabilité du condensateur.
Un condensateur idéal n'a qu'une composante de capacité, mais un condensateur réel a également une composante de résistance d'électrode, une perte diélectrique et une composante d'inductance d'électrode, et peut être exprimé par un circuit équivalent tel que celui illustré à la figure 1.
Lorsque le courant alternatif circule dans ce type de condensateur, la consommation d'énergie indiquée par l'Eq. 1-1 se produit en raison de la composante de résistance (ESR) du condensateur, et le condensateur génère de la chaleur.
2. Caractéristiques de production de chaleur des condensateurs
Afin de mesurer les caractéristiques de production de chaleur d'un condensateur, la température du condensateur doit être mesurée dans des conditions où la dissipation de chaleur de la surface due à la convection et au rayonnement et la dissipation de chaleur due au transfert de chaleur via le gabarit sont minimisées. En outre, lors de la mesure d'un condensateur de type à constante diélectrique élevée avec une constante diélectrique non linéaire en fonction de la tension, le courant alternatif et la tension alternative appliqués au condensateur doivent être observés simultanément. En outre, les condensateurs de faible capacité à compensation de température nécessitent des caractéristiques de génération de chaleur à des fréquences supérieures à 100 MHz, de sorte que la mesure doit être effectuée dans des conditions de faible réflexion.
2-1. Systèmes de mesure des caractéristiques de production de chaleur des condensateurs
La figure 2 montre un schéma du système permettant de mesurer les caractéristiques de génération de chaleur des condensateurs à haute constante diélectrique (plage de DC à 1 MHz).
The signal from the signal generator is amplified by a bipolar power supply and then applied to the capacitor. Le courant à ce moment-là est observé à l'aide de la sonde de courant, et la tension du condensateur est observée à l'aide de la sonde de tension. Parallèlement, la température de surface du condensateur est observée à l'aide d'un thermomètre infrarouge afin de clarifier la relation entre le courant et la tension et la température de surface.
La figure 3 présente un schéma du système et du format de mesure pour mesurer les caractéristiques de génération de chaleur des condensateurs de type compensateur de température (bande de 10 MHz à 4 GHz).
Les dispositifs et les câbles qui composent ce système sont tous normalisés à 50 Ω, et l'échantillon de mesure est monté sur une carte qui forme une micro-bande, avec des connecteurs SMA attachés aux deux extrémités. Le signal provenant du générateur de signaux est amplifié par un amplificateur haute fréquence et appliqué à l'échantillon (DUT) tout en observant la réflexion à l'aide d'un coupleur directionnel. Le signal sortant de l'échantillon est atténué par un terminateur (atténuateur) et observé à l'aide d'un wattmètre. Parallèlement, la température de la surface de l'échantillon est également observée.
2-2. Données sur les caractéristiques de production de chaleur des condensateurs
La figure 4 montre les caractéristiques de génération de chaleur, l'impédance et les caractéristiques de fréquence ESR à 6,3 V pour un condensateur de 10 uF de type 3216 avec des caractéristiques B, à titre d'exemple des données de mesure des caractéristiques de génération de chaleur d'un condensateur multicouche en céramique à constante diélectrique élevée.
Ces graphiques montrent la relation entre le courant alternatif et l'augmentation de la température à 100 kHz, 500 kHz et 1 MHz, ainsi que la relation entre l'impédance (Z) et l'ESR (R) et la fréquence. Les caractéristiques de génération de chaleur peuvent être confirmées comme devenant plus petites dans l'ordre de 100 kHz > 500 kHz > 1 MHz. En outre, l'ESR est de 10 mΩ à 100 kHz, de 6 mΩ à 500 kHz et de 5 mΩ à 1 MHz, ce qui confirme l'existence d'une relation étroite entre l'ESR et les caractéristiques de génération de chaleur.
3. Méthode d'obtention des données sur les caractéristiques de la production de chaleur
Les données relatives aux caractéristiques de génération de chaleur peuvent être vérifiées sur le site Web de Murata.
La figure 5 montre la fenêtre de l'outil d'aide à la conception "SimSurfing" fourni par Murata Manufacturing. Les caractéristiques peuvent être affichées en sélectionnant le numéro de pièce et l'élément à vérifier. En outre, la liste des réseaux SPICE et les données S2P peuvent être téléchargées en tant que données de simulation. Veuillez utiliser cet outil pour vous aider à concevoir divers circuits électroniques.
Pour plus d'informations sur SimSurfing, visitez l'URL suivant :
https://ds.murata.com/simsurfing/index.html?lcid=en-us
Responsable : S.K., Component Business Unit, Murata Manufacturing Co, Ltd.
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