Điện Áp Tối Đa và Giảm Giá Trị của Tụ Điện Gốm

Việc vận hành bất kỳ tụ điện nào dưới điện áp tối đa cho phép của nó đảm bảo tuổi thọ hoạt động lâu dài hơn. Hiệu suất của tụ điện sẽ suy giảm khi áp dụng điện áp tiếp cận giới hạn đánh giá của chúng và phơi bày với nhiệt độ cao. Bằng cách chọn giới hạn điện áp áp dụng, những ảnh hưởng suy giảm đó có thể được giảm bớt.

Tụ điện gốm là một trong những loại tụ điện phổ biến nhất đang được sử dụng ngày nay nhờ vào bao bì nhỏ gọn và sự có sẵn của linh kiện gắn mặt. Chúng có tên từ vật liệu xây dựng; chúng được xây dựng bằng các lớp xen kẽ của hồ dán kim loại và bột gốm, sau đó được nung để làm cứng vật liệu gốm. Vì là linh kiện không phân cực, chúng có thể được sử dụng trong mạch AC và DC và đi kèm với một loạt các giá trị dung lượng làm cho chúng lý tưởng để sử dụng trong mạch nối, tách và lọc.

Điện áp định mức tối đa của tụ điện thường rất cao, đây là một lợi thế lớn. Khi điện áp vượt quá mức định mức một chút, dung lượng của chúng giảm mà không gặp phải hỏng hóc nào nghiêm trọng. Nếu phơi bày với điện áp cao hơn nhiều so với mức định mức tối đa, xu hướng là vật liệu gốm sẽ bị hỏng, dẫn đến một mạch ngắn giữa các tấm kim loại. Giả sử có bảo vệ quá dòng, chế độ hỏng này sẽ tương đối lành tính. Tuy nhiên, một nhà thiết kế cần chọn một tỷ lệ giảm điện áp tụ điện gốm phù hợp để đảm bảo rằng sự cố này không xảy ra trong quá trình vận hành, nhằm duy trì tuổi thọ của một thiết kế mới.

Tầm quan trọng của Việc Giảm Điện Áp Tụ Điện Gốm

Một yếu tố quan trọng cần được xem xét là giá trị dung lượng của tụ điện gốm sẽ giảm khi điện áp qua linh kiện tiến gần đến giá trị đánh giá điện áp tối đa của tụ điện gốm. Ở một số linh kiện, sự giảm này có thể ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của mạch. Hiệu ứng này bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi kích thước vật lý của linh kiện. Một tụ điện gốm SMD 1206 sẽ mất dung lượng định mức chậm hơn nhiều so với tụ điện gốm SMD 0603 có cùng giá trị định mức. Hiệu ứng này cũng nổi bật hơn ở các linh kiện có hằng số điện môi cao, như các thiết bị có đặc tính điện môi loại II (ví dụ, B/X5R và R/X7R). Hiệu ứng này có thể gây ra vấn đề khi có điện áp lệch DC tồn tại qua tụ điện gốm trong các mạch xử lý tín hiệu.

Điện áp cực có thể giảm đáng kể tổng dung lượng ảnh hưởng đến đặc tính hoạt động của mạch cơ bản. Điện áp tín hiệu chồng lên trên điện áp cực có thể làm trầm trọng hoặc giảm bớt sự thay đổi này, tùy thuộc vào cực tính của nó, gây ra sự thay đổi về dung lượng tỷ lệ với điện áp tín hiệu. Hiệu ứng tổng hợp là hiệu suất không tuyến tính do sự thay đổi trong dung lượng. Vấn đề này có thể được giải quyết bằng cách đảm bảo rằng điện áp tối đa của tụ điện được tính toán từ điện áp tín hiệu đỉnh và điện áp cực DC nằm trong khu vực của đặc tính dung lượng của linh kiện, nơi mà sự thay đổi về dung lượng là tối thiểu. Điều này có thể yêu cầu lựa chọn cẩn thận một linh kiện với đặc tính điện môi phù hợp với yêu cầu của nhà thiết kế.

Một ảnh hưởng khác đối với việc giảm giá trị của tụ điện gốm là sự tiếp xúc với các xung nhanh trong giới hạn điện áp định mức. Mặc dù các điện áp vẫn nằm trong giới hạn, tốc độ thay đổi của điện áp có thể làm suy giảm vật liệu gốm theo thời gian, giảm tuổi thọ của linh kiện và tăng khả năng hỏng hóc.

Bạn Nên Sử Dụng Giảm Giá Trị Tụ Điện Gốm Như Thế Nào?

Có một quy tắc thông thường rằng quy tắc đánh giá điện áp của tụ điện gốm nên được giảm ít nhất 25% làm tiêu chuẩn, nhưng trong môi trường nơi chúng sẽ bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng dao động điện áp, điều này nên được tăng lên ít nhất 50%. Điện áp đánh giá tối đa cho linh kiện nên ít nhất gấp đôi điện áp tối đa có thể áp dụng lên linh kiện trong hoạt động bình thường.

Một phép tính chính xác hơn có thể đến từ việc xem xét mối quan hệ giữa điện áp đánh thủng và điện áp đánh giá tối đa. Thông thường, các nhà sản xuất tính toán điện áp đánh giá tối đa bằng cách thêm một biên độ dựa trên kinh nghiệm và phán đoán vào điện áp đánh thủng. Điện áp đánh thủng được xác định bởi các đặc tính của vật liệu được sử dụng trong việc xây dựng tụ điện gốm và sự hiện diện của lỗi trong vật liệu. Quy trình sản xuất càng chất lượng cao thì điện áp đánh thủng càng cao - bị giới hạn bởi vật liệu được sử dụng. Thú vị là, giá trị dung lượng càng cao, ảnh hưởng của bất kỳ lỗi sản xuất nào đối với điện áp đánh thủng càng thấp.

Các tính chất của vật liệu cách điện dựa trên gốm chiếm ưu thế trong các phép tính; các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các nguyên tố kim loại có ít ảnh hưởng đến kết quả. Điện áp đánh thủng thường được xác định bởi các quá trình cực hóa trong điện môi hơn là bất kỳ sự đánh thủng điện nào. Các nhà sản xuất xác định điện áp đánh thủng bằng cách xác định khu vực trong các đặc tính hoạt động của linh kiện. Các tính chất phụ thuộc vào điện áp vẫn nằm trong giới hạn yêu cầu của thiết bị, và độ tin cậy dự đoán của nó nằm trong phạm vi quy định. Bất kỳ sự giảm giá trị nào áp dụng bởi nhà thiết kế sau đó sẽ được thêm vào yếu tố giảm giá trị của nhà sản xuất, được sử dụng để tính toán xếp hạng điện áp tối đa của tụ điện gốm từ điện áp đánh thủng.

Một điều cần lưu ý là việc giảm giá trị quá mức một linh kiện có thể, ban đầu, có vẻ như là chính sách an toàn nhất, nhưng điều này sẽ dẫn đến việc lựa chọn các linh kiện có kích thước lớn hơn hoặc đắt tiền hơn nhiều. Không gian bảng mạch bổ sung cần thiết có thể không khả thi hoặc có thể gây ra các thách thức khác với bố cục và định tuyến của bảng mạch. Các linh kiện lớn hơn cũng mang theo rủi ro tăng cao về việc nứt vỡ bên trong linh kiện trong môi trường có thể có rung động cơ học. Như với tất cả các quyết định thiết kế, một số hậu quả cần được suy nghĩ cẩn thận.

Nếu bạn muốn biết thêm thông tin, tại sao không xem qua trang sản phẩm của chúng tôi để có mô tả tính năng chi tiết hơn hoặc gọi cho một chuyên gia tại Altium? Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.