Absorción dieléctrica es el nombre que se le da al efecto por el cual un condensador , que ha estado cargado durante mucho tiempo, se descarga solo de forma incompleta cuando se descarga brevemente. Aunque un capacitor ideal permanecería a cero voltios después de ser descargado, los capacitores reales desarrollarán un pequeño voltaje a partir de la descarga del dipolo retardado, [1] un fenómeno que también se llama relajación dieléctrica , "remojo" o "acción de la batería". Para algunos dieléctricos , como muchas películas de polímeros , el voltaje resultante puede ser inferior al 1-2% del voltaje original, pero puede llegar al 15% para los capacitores electrolíticos.. El voltaje en los terminales generado por la absorción dieléctrica puede causar problemas en el funcionamiento de un circuito electrónico o puede ser un riesgo para la seguridad del personal. Para evitar descargas, la mayoría de los capacitores muy grandes se envían con cables de cortocircuito que deben quitarse antes de usarse y / o resistencias de purga conectadas permanentemente . Cuando se desconectan en uno o ambos extremos, los cables de alto voltaje de CC también pueden "recargarse" a voltajes peligrosos.
Teoría
La carga de un condensador (debido a un voltaje entre las placas del condensador) hace que se aplique un campo eléctrico al dieléctrico entre los electrodos. Este campo ejerce un par de torsión en los dipolos moleculares , lo que hace que las direcciones de los momentos dipolares se alineen con la dirección del campo. Este cambio en los dipolos moleculares se llama polarización orientada y también hace que se genere calor, lo que resulta en pérdidas dieléctricas (ver factor de disipación ). La orientación de los dipolos no sigue el campo eléctrico de forma sincrónica, sino que se retrasa por una constante de tiempo que depende del material. Este retardo corresponde a una respuesta de histéresis de la polarización al campo externo.
Cuando el condensador se descarga, la fuerza del campo eléctrico disminuye y la orientación común de los dipolos moleculares vuelve a un estado no dirigido en un proceso de relajación . Debido a la histéresis, en el punto cero del campo eléctrico, un número de dipolos moleculares dependiente del material todavía está polarizado a lo largo de la dirección del campo sin que aparezca un voltaje medible en los terminales del condensador. Esto es como una versión eléctrica de la remanencia magnética . Los dipolos orientados se descargarán espontáneamente con el tiempo y el voltaje en los electrodos del condensador disminuirá exponencialmente . [2] El tiempo de descarga completo de todos los dipolos puede ser de días a semanas, dependiendo del material. Este voltaje "recargado" se puede retener durante meses, incluso en condensadores electrolíticos , causado por la alta resistencia de aislamiento en los dieléctricos de condensadores modernos comunes. La descarga de un condensador y la posterior recarga se pueden repetir varias veces.
Medición
La absorción dieléctrica es una propiedad que se conoce desde hace mucho tiempo. Su valor se puede medir de acuerdo con la norma IEC / EN 60384-1. El condensador se cargará a la tensión nominal de CC durante 60 minutos. Luego, el condensador se desconectará de la fuente de alimentación y se descargará durante 10 s. El voltaje recuperado en los terminales del condensador (voltaje de recuperación) en 15 minutos es el voltaje de absorción dieléctrica. El tamaño de la tensión de absorción dieléctrica se especifica en relación con la tensión aplicada en porcentaje y depende del material dieléctrico utilizado. Muchos fabricantes lo especifican en las hojas de datos. [3] [4] [5] [6]
Tipo de condensador | Absorción dieléctrica |
---|---|
Condensadores de aire y vacío | No medible |
Condensadores cerámicos de clase 1 , NP0 | 0,6% |
Condensadores cerámicos de clase 2, X7R | 2,5% |
Condensadores de película de polipropileno (PP) | 0,05 a 0,1% |
Condensadores de película de poliéster (PET) | 0,2 a 0,5% |
Condensadores de película de sulfuro de polifenileno (PPS) | 0,05 a 0,1% |
Condensadores de película de naftalato de polietileno (PEN) | 1.0 a 1.2% |
Condensadores electrolíticos de tantalio con electrolito sólido | 2 a 3%, [7] 10% [8] |
Condensadores electrolíticos de aluminio con electrolito no sólido | 10 a 15% [9] |
Condensador de doble capa | informacion no disponible |
Consideraciones de diseño y seguridad
El voltaje en los terminales generado por la absorción dieléctrica posiblemente puede causar problemas en el funcionamiento de un circuito electrónico. Para circuitos analógicos sensibles, como circuitos de muestreo y retención , se utilizan integradores , amplificadores de carga o circuitos de audio de alta calidad, condensadores cerámicos o de polipropileno de clase 1 en lugar de condensadores cerámicos de clase 2, condensadores de película de poliéster o condensadores electrolíticos. [10] Para la mayoría de los circuitos electrónicos, en particular las aplicaciones de filtrado, la pequeña tensión de absorción dieléctrica no influye en la función eléctrica adecuada del circuito. Para los condensadores electrolíticos de aluminio con electrolito no sólido que no están integrados en un circuito, la tensión de absorción dieléctrica generada puede ser un riesgo para la seguridad del personal. [11] El voltaje puede ser bastante importante, por ejemplo 50 V para condensadores electrolíticos de 400 V, y puede causar daños a los dispositivos semiconductores o provocar chispas durante la instalación en el circuito. Los condensadores electrolíticos de aluminio más grandes y los condensadores de potencia de alto voltaje se transportan y se entregan en cortocircuito para disipar esta energía no deseada y posiblemente peligrosa.
Otro efecto de la absorción dieléctrica se describe a veces como "remojo". Esto se manifiesta como un componente de la corriente de fuga y contribuye al factor de pérdida del condensador. Este efecto se ha conocido sólo recientemente: [ verificación fallida ] ahora es una parte proporcionalmente mayor de la corriente de fuga debido a las propiedades significativamente mejoradas de los condensadores modernos. [8]
Los fabricantes no ofrecen cifras para los condensadores de doble capa .
Ver también
Referencias
- ^ "Modelado de absorción dieléctrica en condensadores, por Ken Kundert" (PDF) .
- ^ "Productos de sonido Elliot, 2.1 - Absorción dieléctrica" .
- ^ WIMA, características de los condensadores de película metalizadaen comparación con otros dieléctricos "Copia archivada" . Archivado desde el original el 5 de noviembre de 2012 . Consultado el 14 de diciembre de 2012 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Capacitores de película, TDK Epcos, información técnica general" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 1 de febrero de 2012 . Consultado el 23 de enero de 2012 .
- ^ AVX, Cuadro de comparación dieléctrica
- ^ "Holystone, comparación dieléctrica de condensadores, nota técnica 3" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 1 de febrero de 2012 . Consultado el 23 de enero de 2012 .
- ^ "Kemet, condensadores de chip de polímero de tantalio" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 23 de noviembre de 2014 . Consultado el 23 de enero de 2012 .
- ^ a b R. W. Franklin, AVX, Análisis de la corriente de fuga del condensador de tantalio sólido, PDF , PDF
- ^ CDE, Guía de aplicación de condensadores electrolíticos de aluminio, PDF
- ^ National Semiconductors, Understand Capacitor Soakage to Optimize Analog Systems Archivado 2010-01-23 en Wayback Machine
- ^ ¿Qué es todo esto de la carga atrapada y la compresión dieléctrica de todos modos?
Otras lecturas
- Entender la saturación del condensador para optimizar sistemas analógicos , Bob Pease, EDN , 13 de octubre de 1982.
- ¿Qué es todo esto de remojo, de todos modos? , Bob Pease, Electronic Design , 12 de mayo de 1998.
- Introducción a los condensadores