La corriente de fuga (DCL) es un efecto común a todos los condensadores y su valor, y su comportamiento bajo diversas condiciones eléctricas y ambientales están relacionados con la tecnología del condensador. La fuga de corriente en los condensadores de Óxido de Tantalio y Niobio consiste en la absorción dieléctrica y el fallo de corriente que se produce debido a las impurezas y las irregularidades en el dieléctrico.

Como las corrientes de funcionamiento son significativamente mayores que las fugas de corriente de un condensador, el funcionamiento de un circuito no se ve afectado por la DCL. Sin embargo, si la aplicación funciona con pilas, tales como aplicaciones de consumo, teléfonos móviles, reproductores de MP3/MP4, reproductores de DVD o aplicaciones de automoción en las que los condensadores se utilizan en un transmisor que funciona con baterías, la corriente de fuga del condensador influirá directamente en el tiempo de espera, ya que descarga energía directamente de la batería.

En equipos portátiles a pilar, los condensadores de uso general de usan normalmente con baterías litio-ion recargables de 3.7V para varias funciones: copia de seguridad de datos y configuración cuando la batería está siendo reemplazada o el cargador esté desconectado; para suavizar la tensión y los picos de corriente en el instante en que la batería está insertada y cuando el cargador está enchufado / desenchufado, y para apoyar la batería con la energía almacenada cuando se exige una corriente mayor.

En las aplicaciones de automoción, los sistemas de gestión de presión de los neumáticos, transmiten de forma inalámbrica los datos de presión y temperatura de los sensores de las ruedas a una unidad de control central que proporciona alertas de información y advertencias al conductor. Un condensador “bulk” (paralelo) se utiliza en unión con el sensor que debe emitir un pulso de energía cuando la medición o secuencia de transmisión se inicia, especialmente a temperaturas ambiente muy bajas. Una pila de botón de litio de 3V se utiliza a menudo para los sistemas de advertencia de presión de los neumáticos debido a su excepcional vida útil de más de diez años. Las baterías de litio también funcionan bien a bajas temperaturas, sin embargo, en tales condiciones que tienen una mayor resistencia interna que resulta en una caída de tensión mayor.

Requisitos del condensador
La resistencia eléctrica nominal necesaria para circuitos de batería está típicamente en el rango de 22 a 220?F, y un tamaño pequeño y de bajo perfil es un requisito común para que coincida con el pequeño tamaño del dispositivo final. Es obvio que se necesita de un excelente rendimiento a temperaturas bajas y muy bajas para asegurar un funcionamiento fiable. Por lo tanto, los condensadores de Tantalio y Óxido de Niobio son la mejor opción. El consumo de energía en espera debe reducirse al mínimo para maximizar la vida útil máxima. Ambas partes activas y funciones pasivas deben ser consideradas, y - como hemos dicho anteriormente - la corriente de fuga del condensador bulk es un mecanismo que directamente drena una batería, por lo que reducir la corriente de fuga es importante. La correcta selección del condensador de Tantalio o de Óxido de Niobio es imperativa si la corriente de fuga se reduce al mínimo. Existen diferentes fórmulas para las diferentes series de condensadores de AVX para determinar la corriente de fuga básica (especificada a plena tensión nominal y temperatura ambiente, 20degC):20degC):

Los condensadores profesionales de Tantalio serie Trj tienen un DCL menor en las mismas condiciones que los productos estándar de Taj. Los dispositivos de Óxido Niobio Noj Oxicap® tienen mayor DCL. Sin embargo, la temperatura ambiente y “derating” de tensión, como se muestra en las figuras 1 y 2, son factores muy importantes a tener en cuenta en el cálculo de DCL. Los condensadores de Tantalio serie TAJ con sufijo *LE se han desarrollado para reducir aún más los valores de DCL mostrados en las ecuaciones 1; el “derating2 de tensión es una forma de reducir aún más la corriente de fuga.
El rango típico de DCL frente a la tensión nominal puede verse en la Figura 2. Esta relación se puede aproximar en medida lineal por la función logarítmica decimal inversa con offset - ver Figura 3.

“Derating” de tensión optimo para DCL mínima
Para lograr los ratios de corriente de fuga óptimos para la aplicación (DCLa) a temperatura ambiente, debemos tener en cuenta dos factores: el DCL básico definido en la tensión nominal Vr como en las ecuaciones 1; y el ratio DCL frente al “derating” de tensión, ver Figura 3.

El máximo multiplicador DCL frente a  Va/Vr para una aplicación de tensíon fija Va, ver figura 4.

El valor máximo de DCL real varía con diferentes condiciones de entrada (serie de condensador elegida, capacidad eléctrica nominal, tensión nominal), sin embargo la forma del gráfico (Fig. 4) será la misma. Así que podemos identificar la gama de valores Va/Vr (derating) con mínimo DCL real como el ‘óptimo’ rango. Por lo tanto la DCL mínima se obtiene cuando el condensador se utiliza al 25-40% de la tensión nominal - cuando la tensión nominal del condensador es de 2,5 a 4 veces mayor que la tensión de la aplicación real.

Comparación del rendimiento DCL del condensador en una aplicación típica de circuito de batería
Como hemos dicho, la fuente de energía típica de un dispositivo portátil es una batería recargable de litio-ion con una tensión nominal Va = 3.7V. Para apoyar el funcionamiento del dispositivo, los diseñadores pueden elegir entre varias series de condensadores diferentes. La Figura 5 compara la DCL máxima de diferentes series de condensadores, todos con una capacidad eléctrica nominal de 47?F.
En este ejemplo donde el Va es de 3,7 V, la tensión nominal óptica (Vr) = 10 V (Fig. 5), lo que significa que las condiciones óptimas de funcionamiento son al 37% de la tensión nominal (ver fig. 4). Para diferentes capacidades eléctricas, la tensión nominal óptima también será 10V.

Conclusión
La serie TRJ de condensadores de Tantalio y NOJ de condensadores de Niobio de AVX, son adecuados para apoyar la batería en aplicaciones portátiles y transmisores TPMS. Estas piezas presentan diferentes corrientes de fuga básicas con condensadores de la serie Trj con la menor DCL. Sin embargo, el derating de tensión puede ser aplicado para reducir la DCL a menos del valor de catálogo definido en la tensión nominal Vr. La condición óptima para la mínima DCL es utilizar el condensador al 25 y 40% de su tensiónnominal. Para aplicaciones de 3.7V, el voltaje nominal óptimo es 10V, por lo tanto, la mejor opción disponible de AVX es usar un condensador TRJ con Vr = 10V, seguido de cerca por un dispositivo TAJ con la misma calificación. También los condensadores de Tantalio especiales TAJ con sufijo *LE sufijo están disponibles con una mínima DCL garantizada.

Autor:

Por Radovan Faltus, Marketing técnico de Tantalio en AVX

Ing. Radovan Faltus
Ingeniero de Aplicaciones de Campo
División de Tantalio de AVX

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