Punti chiave

• Indipendentemente dal tipo di condensatore, i condensatori ceramici sono declassati per prevenire carichi immensi e altri effetti negativi causati dalla tensione e dalla temperatura applicate.

• Il declassamento può essere effettuato limitando la tensione applicata a circa il 50% al di sotto della tensione nominale. Questo tipo di derating è chiamato derating di tensione.

• Il metodo di declassamento che limita la temperatura a 15 ℃ al di sotto della temperatura operativa nominale massima è chiamato declassamento della temperatura. 

La tensione di derating del condensatore ceramico deve essere almeno il 50% della tensione prevista per garantire un funzionamento senza rischi

I condensatori ceramici sono spesso utilizzati nei circuiti elettronici a causa di caratteristiche quali precisione, tolleranza, dimensioni, alta tensione e capacità di gestione della potenza elevata. Il processo di selezione dei condensatori ceramici in qualsiasi applicazione circuitale dovrebbe tenere conto della tensione prevista che appare attraverso il condensatore ceramico, poiché il degrado del condensatore causato dalla tensione applicata che si avvicina al valore di tensione nominale è dannoso per il componente e per il circuito. La tecnica di declassamento, in cui il condensatore viene utilizzato per la sua ridotta capacità nominale, aiuta a proteggere i condensatori ceramici da tali rischi. La tensione di derating del condensatore ceramico deve essere almeno il 50% della tensione prevista per garantire un funzionamento senza rischi. In questo articolo, esamineremo il declassamento del condensatore ceramico e i suoi  requisiti di tensione . 

Tipi di condensatori ceramici 

I condensatori ceramici sono famosi per le loro dimensioni fisiche compatte, la grande capacità e l'elevata resistenza di isolamento. Sono prodotti cuocendo un sottile film di metallo ad alte temperature su entrambi i lati degli  strati dielettrici ceramici impilati . Il film metallico è solitamente realizzato in argento. I terminali sono saldati sulla pellicola metallica o fissati mediante contatto a pressione. L'intero pacchetto è incapsulato per la protezione ambientale e l'isolamento elettrico. Questo tipo di condensatore ceramico è chiamato condensatore a disco ceramico.

Un altro tipo di condensatore ceramico, chiamato condensatore ceramico multistrato (MLCC), è di piccole dimensioni e spesso utilizzato nelle  tecnologie a montaggio superficiale ,  nei sistemi di soppressione EMI o RFI o come condensatori passanti. Indipendentemente dal tipo di condensatore, i condensatori ceramici sono declassati per prevenire carichi immensi e altri effetti negativi causati dalla tensione e dalla temperatura applicate. 

Declassamento del condensatore ceramico 

L'affidabilità, la protezione contro sovracorrenti eccessive e la stabilità dei principali parametri elettrici sono ragioni fisiche che portano al declassamento di qualsiasi tipo di condensatore. L'affidabilità dei condensatori ceramici in condizioni di elevata umidità è elevata, in quanto la ceramica offre impermeabilità all'umidità. Tuttavia, i condensatori ceramici mostrano una scarsa affidabilità con la temperatura. I condensatori ceramici sono anche vulnerabili a guasti sotto forma di cortocircuiti, circuiti aperti o deriva dei parametri. Un'eccessiva sovracorrente è in grado di indurre il degrado termico e guasti fatali. Con la tensione e la temperatura, i parametri elettrici come la capacità, la resistenza in serie equivalente (ESR) e l'induttanza in serie equivalente (ESL) variano. 

Metodi di declassamento dei condensatori ceramici

Declassamento significa ridurre la quantità di fattori di accelerazione del carico in modo che il funzionamento del condensatore diventi meno soggetto a guasti. Tensione e temperatura sono i fattori di accelerazione del carico nei condensatori. Gli effetti cumulativi di tensione e temperatura sono fondamentali per il caricamento dei condensatori. Il valore della capacità è influenzato dall'aumento della tensione e della temperatura. Quando la tensione applicata si avvicina alla tensione nominale, si osserva un degrado del valore del condensatore. Quando la temperatura aumenta, si verifica una diminuzione della capacità nei circuiti.

Nei condensatori ceramici, il derating può essere ottenuto controllando i parametri di derating, vale a dire tensione e temperatura. Il declassamento risulta essere il modo più efficace per prevenire guasti e deriva dei parametri nei condensatori ceramici. Può essere fatto limitando la tensione applicata a circa il 50% al di sotto della tensione nominale. Questo tipo di derating è chiamato derating di tensione. L'altro metodo di declassamento consiste nel limitare la temperatura a 15 ℃ al di sotto della temperatura operativa nominale massima; questo metodo è chiamato declassamento della temperatura.

Tensione di declassamento del condensatore ceramico

I condensatori ceramici sono vulnerabili al degrado della capacità con la tensione applicata. I condensatori ceramici X7R, X5R e Y5V subiscono una diminuzione della capacità nel tempo a causa del rilassamento o del riallineamento dei dipoli elettrici all'interno del condensatore. La diminuzione della capacità ceramica arriva fino all'80% alla tensione nominale. Questo fenomeno è noto come coefficiente di tensione della capacità.

Si consiglia di utilizzare un condensatore ceramico a una tensione inferiore alla tensione nominale per eliminare l'effetto del coefficiente di tensione della capacità. Il derating di tensione è espresso come percentuale della tensione che viene sottratta dalla tensione nominale. Ad esempio, una tensione di declassamento del condensatore ceramico del 30% significa che il condensatore ceramico dovrebbe funzionare al 70% della tensione nominale.

Selezionare un condensatore ceramico con una tensione nominale maggiore o uguale a due volte la tensione da applicare su di esso in una data applicazione è la migliore pratica per il declassamento. Poiché l'energia immagazzinata nel condensatore dipende dal quadrato della tensione, il declassamento della tensione del condensatore ceramico influisce sulla capacità di gestione dell'energia del condensatore ceramico.

Per evitare esplosioni e il coefficiente di tensione della capacità, è meglio scegliere una tensione di declassamento del condensatore ceramico che sia circa il 50% della tensione nominale.

Fonte: cadenza