Capacitor
Guia de condensadores
Caraterísticas de geração de calor dos condensadores e métodos de medição
Esta coluna técnica descreve os factos básicos sobre condensadores.
Esta lição descreve as caraterísticas de geração de calor dos condensadores.
1. Geração de calor do condensador
À medida que os dispositivos electrónicos se tornam mais pequenos e mais leves, a densidade de montagem dos componentes aumenta, o que faz com que o desempenho da dissipação de calor diminua, provocando um aumento fácil da temperatura do dispositivo. Em particular, a geração de calor a partir dos elementos do circuito de saída de potência afecta grandemente o aumento da temperatura dos dispositivos. No entanto, em aplicações (suavização de fontes de alimentação comutadas, acoplamento de saída de amplificadores de potência de alta frequência, etc.) em que também circulam grandes correntes nos condensadores, o consumo de energia devido à componente de perda dos condensadores pode aumentar ao ponto de a geração de calor pelos condensadores não poder ser ignorada. Por conseguinte, a subida de temperatura dos condensadores deve ser suprimida a um nível que não afecte a fiabilidade do condensador.
Um condensador ideal tem apenas uma componente de capacitância, mas um condensador real tem também uma componente de resistência do elétrodo, uma perda dieléctrica e uma componente de indutância do elétrodo, e pode ser expresso por um circuito equivalente como o mostrado na Figura 1.
Quando a corrente alternada flui neste tipo de condensador, o consumo de energia mostrado pela Eq. 1-1 ocorre devido à componente de resistência (ESR) do condensador, e o condensador gera calor.
2. Caraterísticas de geração de calor dos condensadores
Para medir as caraterísticas de geração de calor de um condensador, a temperatura do condensador deve ser medida em condições em que a dissipação de calor da superfície devido à convecção e radiação e a dissipação de calor devido à transferência de calor através do gabarito sejam minimizadas. Além disso, ao medir um condensador de elevada constante dieléctrica com uma constante dieléctrica não linear em relação à tensão, a corrente CA e a tensão CA aplicadas ao condensador devem ser observadas simultaneamente. Além disso, os condensadores de baixa capacitância do tipo compensação de temperatura requerem caraterísticas de geração de calor a frequências superiores a 100 MHz, pelo que a medição deve ser efectuada em condições de pouca reflexão.
2-1. Sistemas de medição das caraterísticas de produção de calor dos condensadores
A figura 2 mostra um esquema do sistema para medir as caraterísticas de geração de calor de condensadores de alta constante dieléctrica (gama DC a 1 MHz).
O sinal do gerador de sinais é amplificado por uma fonte de alimentação bipolar e depois aplicado ao condensador. A corrente nesse momento é observada utilizando a sonda de corrente, e a tensão do condensador é observada utilizando a sonda de tensão. Simultaneamente, a temperatura da superfície do condensador é observada utilizando um termómetro de infravermelhos para clarificar a relação entre a corrente e a tensão e a temperatura da superfície.
A figura 3 mostra um esquema do sistema e o formato de medição para medir as caraterísticas de geração de calor de condensadores do tipo compensação de temperatura (banda de 10 MHz a 4 GHz).
Os dispositivos e cabos que compõem este sistema estão todos normalizados a 50 Ω, e a amostra de medição é montada numa placa que forma uma linha micro-strip, com conectores SMA ligados a ambas as extremidades. O sinal do gerador de sinais é amplificado por um amplificador de alta frequência e aplicado à amostra (DUT) enquanto se observa a reflexão com um acoplador direcional. O sinal de saída através da amostra é atenuado por um terminador (atenuador) e observado com um medidor de potência. Ao mesmo tempo, a temperatura da superfície da amostra também é observada.
2-2. Dados das caraterísticas de geração de calor do condensador
A figura 4 mostra os dados das caraterísticas de geração de calor, a impedância e as caraterísticas de frequência ESR a 6,3 V para um condensador de 10 uF do tipo 3216 com caraterísticas B, como exemplo dos dados de medição das caraterísticas de geração de calor de um condensador cerâmico multicamada de elevada constante dieléctrica.
Estes gráficos mostram a relação entre a corrente AC e o aumento de temperatura a 100 kHz, 500 kHz e 1 MHz, e a relação entre a impedância (Z) e a ESR (R) e a frequência. As caraterísticas de geração de calor podem ser confirmadas como sendo menores na ordem de 100 kHz > 500 kHz > 1 MHz. Além disso, a ESR é de 10 mΩ a 100 kHz, 6 mΩ a 500 kHz e 5 mΩ a 1 MHz, confirmando que existe uma relação profunda entre a ESR e as caraterísticas de geração de calor.
3. Método de obtenção dos dados relativos às caraterísticas de produção de calor
Os dados relativos às caraterísticas de geração de calor podem ser consultados no sítio Web da Murata.
A Figura 5 mostra a janela da ferramenta de assistência ao projeto "SimSurfing" fornecida pela Murata Manufacturing. As caraterísticas podem ser apresentadas selecionando o número da peça e o item a verificar. Além disso, a lista de redes SPICE e os dados S2P podem ser descarregados como dados de simulação. Utilize esta ferramenta para ajudar a conceber vários circuitos electrónicos.
Para mais informações sobre o SimSurfing, visite o seguinte URL:
https://ds.murata.com/simsurfing/index.html?lcid=en-us
Pessoa responsável: S.K., Unidade Comercial de Componentes, Murata Manufacturing Co., Ltd.
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