Fuga de condensador y diseño para dispositivos alimentados por batería de baja energía.

Para el diseño de un dispositivo portátil que funciona con batería, tengo algunos circuitos de alimentación que requieren un convertidor CC-CC y algunos otros reguladores, cargador de batería IC, etc.

Mientras estaba en el proceso de seleccionar capacitores para el diseño del sistema de energía, noté algunas corrientes de fuga que eran bastante altas, como 220 microamperios. Si mi batería está expuesta constantemente a este tipo de corriente de fuga, estoy seguro de que habrá problemas de almacenamiento/uso a largo plazo.

¿Qué química/tipos de capacitores usan ustedes para dispositivos que funcionan con baterías, pero aún se usan en funciones de filtrado/suministro de energía? El IC del cargador de batería tiene diodos de bloqueo inverso/FET incorporados, por lo que puedo suponer que en el lado de entrada (entrada de alimentación externa) está bien para condensadores con fugas. ¿Qué hago con el lado de la batería del sistema? ¿Confiar en condensadores cerámicos?

El tipo de parámetros que estaba buscando tenían una clasificación de 16-20 V (para el lado de entrada) y una clasificación de 6,3 V para la salida del convertidor CC-CC, y clasificaciones de corriente de ondulación de hasta 1A

Respuestas (2)

La cerámica suele ser la primera opción para los condensadores. Una de sus varias ventajas es la fuga muy baja. La única razón para no usar cerámica es si necesita tanta capacitancia que ocuparía demasiado espacio o costaría demasiado.

A 16-20 V, puede obtener decenas de µF de la cerámica. Si eso es suficiente, no hay razón para buscar más. Si no es suficiente, primero intente conectar en paralelo algunos, luego intente diseñar específicamente el circuito para que requiera menos capacitancia. Si ninguno de esos funciona, entonces probablemente necesite usar electrolíticos y vivir con la corriente de fuga más alta.

Tenga en cuenta que la fuga probablemente se especifique en la peor condición, que será el voltaje más alto y la temperatura más alta. Tal vez la hoja de datos le diga qué fuga es a una temperatura más baja, pero es posible que deba ponerse en contacto con un ingeniero de aplicaciones de la empresa para obtener especificaciones definitivas. Probablemente sea una buena idea de todos modos, ya que pueden sugerir otras cosas que puede hacer para minimizar las fugas.

Una vez más, sin embargo, la primera reacción debería ser resolver el problema con los condensadores cerámicos.

Puedo diseñar este primer prototipo con un uso liberal de tapas de cerámica a granel, con buenas clasificaciones térmicas (el X7R para uso automotriz/externo) y si la ondulación de entrada/salida en mi sistema es inaceptable, primero depuraré soldando algunos electrolíticos. y si eso lo soluciona, haga una revisión de PCB para montar los electros donde trabajaron/fueron necesarios.
¿Puedo preguntar si el uso de la capacitancia a granel de cerámica como alternativa para suministrar la capacitancia requerida para un convertidor CC-CC (reductor) funcionará correctamente? ¿Pueden las tapas de cerámica manejar corrientes de "ondulación" calculadas en alrededor de 1A mientras funciona el convertidor?
@Kyran: Lea la hoja de datos. La cerámica tiene una ESR mucho más baja, por lo que puede tolerar una corriente de ondulación mucho más alta que un electrolítico de la misma capacitancia. Nuevamente, todo esto está en la hoja de datos.
De hecho, sé que las cerámicas tienen una ESR ultrabaja. Supongo que eso significa que pueden soportar un cinturón sin calentar/fallar. gracias de nuevo
@Kyran: Sí, como le dirá la hoja de datos de cualquiera de ellos. ESR bajo significa baja disipación debido a la corriente de ondulación.

Si está utilizando el tipo de fórmula típico de 0.01CV + 2uA para calcular la corriente de fuga de un electrolítico, generalmente no es así después de un tiempo. Más como unos pocos uA a decenas de uA, que a menudo es mucho menor que la corriente de descarga interna de una batería.

Aquí hay una nota de aplicación útil de Tadiran (que fabrica baterías diseñadas para un suministro de energía semipermanente como para medidores de servicios públicos).

Si bien quizás en algunas aplicaciones valga la pena el costo adicional de la cerámica, si puede obtener suficiente capacitancia para cumplir con las especificaciones (teniendo en cuenta la capacitancia reducida con el voltaje y el cambio característico de la capacitancia inicial), a menudo no vale la pena el costo. El coeficiente de voltaje puede ser un factor muy importante en la cerámica:

Editar:

http://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/5527

Como puede ver, un capacitor X5R de 4.7uF 16V (tempco razonable) prácticamente desaparece (cae a 1uF) cuando lo atraviesa con solo 12V. También envejecen (al igual que los electrolíticos) pero de manera diferente: disminuyen la capacitancia mientras que las tapas electrolíticas aumentan en ESR. La tapa de cerámica tiene una vida útil indefinida (a menos que se produzca un cortocircuito), mientras que el electrolítico eventualmente se desgastará a medida que aumente la ESR, pero con un diseño adecuado que puede exceder la vida útil del producto.

Evitaría el uso de capacitores electrolíticos de polímero conductor en este tipo de aplicación. Puede considerar el uso de una tapa electrolítica regular en paralelo con una cerámica (si es necesario).

de su fórmula, asumo que las unidades para C son microfaradios, y obtengo una fuga de ~ 11.4 uA. Verifique la característica de "corriente de fuga" para este capacitor panasonic: industrial.panasonic.com/www-cgi/…
¿Estás diciendo que una vez que se liquidan es mucho menos de lo que normalmente se cotiza?
Efectivamente. La nota de la aplicación a la que se hace referencia muestra por qué/cómo el fabricante puede citar valores tan altos. Parece mucho menos loco de lo que pensaba. ¡Gracias por el documento! Encontré un documento similar de AVX si está interesado: avx.com/docs/techinfo/LowDCL.pdf
@KyranF Sin embargo, vea mi edición, no creo que las tapas electrónicas de polímero conductor sean tan buenas para este tipo de cosas. Y evite las tapas de tantalio por completo si puede, demasiada tendencia a volverse incendiario sobre usted.
Bien, intentaré encontrar una tapa SMD electrolítica estándar entonces.
@KyranF Le sugiero que mire la serie KL de tapas con plomo de Nichicon. Después de 1 minuto, 0.001CV, por lo que una capacitancia decente como 1000uF solo perderá 10uA a 10V.
La capacitancia más grande que necesito es ~ 47uF, pero el problema principal es en realidad ESR para una operación adecuada / ondulación baja en la salida de mi convertidor, pero va a un cargador Li-Po lineal, por lo que dudo mucho que deba preocuparme demasiado por la ondulación, puede ser 200-300mV pico a pico sin mucho problema. Me gustan las gorras de la marca Nichicon, veré esa serie. Gracias.
En realidad, esa es una pregunta secundaria, la razón por la que inicialmente tenía electrolíticos de aluminio estilo polímero conductivo fue porque no pude encontrar condensadores electrolíticos normales con clasificaciones de corriente de ondulación útiles, lo mejor parecía ser solo unos pocos cientos de mA, pero todos los polímeros eran 1A+ fácilmente . Tal vez debería sacrificar la alta corriente de carga por las mejores propiedades de fuga del otro tipo de tapas.
Fuga de condensador y diseño para dispositivos alimentados por batería de baja energía.
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