O que é a corrente de fuga do capacitor e como reduzi-la

O capacitor é o componente mais comum em eletrônicos e usado em quase todas as aplicações eletrônicas. Existem diversos tipos de capacitores disponíveis no mercado para atender a diversas finalidades em qualquer circuito eletrônico. Eles estão disponíveis em muitos valores diferentes, de 1 Pico-Farad a 1 capacitor Farad e Supercapacitor. Os capacitores também têm diferentes tipos de classificações, como tensão de trabalho, temperatura de trabalho, tolerância do valor nominal e corrente de fuga.

A corrente de fuga do capacitor é um fator crucial para a aplicação, especialmente se usado em eletrônica de potência ou eletrônica de áudio. Diferentes tipos de capacitores fornecem diferentes classificações de corrente de fuga. Além de selecionar o capacitor perfeito com o vazamento adequado, o circuito também deve ter a capacidade de controlar a corrente de vazamento. Portanto, primeiro devemos ter uma compreensão clara da corrente de fuga do capacitor.

Relação com Camada Dielétrica

A corrente de fuga de um capacitor tem uma relação direta com o dielétrico do capacitor. Vamos ver a imagem abaixo -

A imagem acima é uma construção interna do Capacitor Eletrolítico de Alumínio. Um capacitor eletrolítico de alumínio tem poucas partes que são encapsuladas em uma embalagem compacta e compacta. As peças são ânodo, cátodo, eletrólito, isolador de camada dielétrica, etc.

O isolador dielétrico fornece isolamento da placa condutora dentro do capacitor. Mas como não há nada perfeito neste mundo, o isolador não é um isolante ideal e tem uma tolerância de isolamento. Devido a isso, uma quantidade muito baixa de corrente fluirá através do isolador. Esta corrente é chamada de corrente de fuga.

O isolador e o fluxo de corrente podem ser demonstrados usando um capacitor e resistor simples.

O resistor tem um valor de resistência muito alto, que pode ser identificado como uma resistência de isoladore o capacitor é usado para replicar o capacitor real. Como o resistor tem um valor de resistência muito alto, a corrente que flui através do resistor é muito baixa, normalmente em vários nanoamperes. A resistência de isolamento depende do tipo de isolador dielétrico, pois diferentes tipos de materiais mudam a corrente de fuga. A baixa constante dielétrica fornece resistência de isolamento muito boa, resultando em uma corrente de fuga muito baixa. Por exemplo, condensadores de polipropileno, plástico ou teflon são exemplos de baixa constante dielétrica. Mas para esses capacitores, a capacitância é muito menor. Aumentar a capacitância também aumenta a constante dielétrica. Os capacitores eletrolíticos normalmente têm uma capacitância muito alta e a corrente de fuga também é alta.

Fatores dependentes da corrente de vazamento do capacitor

A corrente de vazamento do capacitor geralmente depende dos quatro fatores abaixo:

1. Camada Dielétrica
2. Temperatura ambiente
3. Armazenamento de temperatura
4. Tensão aplicada

1. A camada dielétrica não está funcionando corretamente

A construção do capacitor requer um processo químico. O material dielétrico é a principal separação entre as placas condutoras. Como o dielétrico é o isolador principal, a corrente de fuga tem grandes dependências com ele. Portanto, se o dielétrico for revenido durante o processo de fabricação, ele contribuirá diretamente para o aumento da corrente de fuga. Às vezes, as camadas dielétricas têm impurezas, resultando em uma fraqueza na camada. Um dielétrico mais fraco diminui o fluxo de corrente, o que contribui ainda mais para o lento processo de oxidação. Não apenas isso, mas o estresse mecânico impróprio também contribui para a fraqueza dielétrica em um capacitor.

2. Temperatura ambiente

O capacitor tem uma classificação da temperatura de trabalho. A temperatura de trabalho pode variar de 85 graus Celsius a 125 graus Celsius ou até mais. Como o capacitor é um dispositivo composto quimicamente, a temperatura tem relação direta com o processo químico dentro do capacitor. A corrente de fuga geralmente aumenta quando a temperatura ambiente é alta o suficiente.

3. Armazenamento do capacitor

Armazenar um capacitor por um longo tempo sem tensão não é bom para o capacitor. A temperatura de armazenamento também é um fator importante para a corrente de fuga. Quando os capacitores são armazenados, a camada de óxido é atacada pelo material eletrolítico. A camada de óxido começa a se dissolver no material eletrolítico. O processo químico é diferente para diferentes tipos de material eletrolítico. O eletrólito à base de água não é estável, enquanto o eletrólito à base de solvente inerte contribui com menos corrente de fuga devido à redução da camada de oxidação.

No entanto, essa corrente de fuga é temporária, pois o capacitor tem propriedades de autocura quando aplicado a uma tensão. Durante a exposição a uma voltagem, a camada de oxidação começa a se regenerar.

4. Tensão aplicada

Cada capacitor tem uma classificação de tensão. Portanto, usar um capacitor acima da tensão nominal é uma coisa ruim. Se a tensão aumentar, a corrente de fuga também aumenta. Se a tensão no capacitor for maior do que a tensão nominal, a reação química dentro do capacitor cria gases e degradam o eletrólito.

Se o capacitor for armazenado por um longo tempo, como por anos, o capacitor precisa ser restaurado ao estado de funcionamento fornecendo tensão nominal por alguns minutos. Durante este estágio, a camada de oxidação se acumula novamente e restaura o capacitor em um estágio funcional.

Como reduzir a corrente de vazamento do capacitor para melhorar a vida útil do capacitor

Como discutido acima, um capacitor tem dependências com muitos fatores. A primeira pergunta é como a vida útil do capacitor é calculada? A resposta é calculando o tempo até que o eletrólito acabe. O eletrólito é consumido pela camada de oxidação. A corrente de fuga é o principal componente para medir o quanto a camada de oxidação é prejudicada.

Portanto, a redução da corrente de fuga no capacitor é um componente importante para a vida útil de um capacitor.

1. A fabricação ou a planta de produção é o primeiro lugar do ciclo de vida de um capacitor, onde os capacitores são cuidadosamente fabricados para baixa corrente de fuga. É necessário ter cuidado para que a camada dielétrica não seja danificada ou prejudicada.

2. O segundo estágio é o armazenamento. Os capacitores precisam ser armazenados em temperatura adequada. A temperatura inadequada afeta o eletrólito do capacitor, o que diminui ainda mais a qualidade da camada de oxidação. Certifique-se de operar os capacitores em temperatura ambiente adequada, abaixo do valor máximo.

3. No terceiro estágio, quando o capacitor é soldado na placa, a temperatura de soldagem é um fator chave. Porque para os capacitores eletrolíticos, a temperatura de soldagem pode se tornar alta o suficiente, mais do que o ponto de ebulição do capacitor. A temperatura de soldagem afeta as camadas dielétricas através dos pinos de chumbo e enfraquece a camada de oxidação, resultando em alta corrente de fuga. Para superar isso, cada capacitor vem com uma folha de dados onde o fabricante fornece uma classificação de temperatura de soldagem segura e tempo máximo de exposição. É preciso ter cuidado com essas classificações para a operação segura do respectivo capacitor. Isso também é aplicável para os capacitores do Dispositivo de montagem em superfície (SMD), a temperatura de pico de soldagem por refluxo ou soldagem por onda não deve exceder a classificação máxima permitida.

4. Como a tensão do capacitor é um fator importante, a tensão do capacitor não deve exceder a tensão nominal.

5. Balanceamento do capacitor na conexão em série. A conexão em série do capacitor é um trabalho um tanto complexo para equilibrar a corrente de fuga. Isso ocorre devido ao desequilíbrio da corrente de fuga dividir a tensão e dividir entre os capacitores. A tensão dividida pode ser diferente para cada capacitor e pode haver uma chance de que a tensão em um determinado capacitor possa ser superior à tensão nominal e o capacitor comece a funcionar mal.

Para superar essa situação, dois resistores de alto valor são adicionados ao capacitor individual para reduzir a corrente de fuga.

Na imagem abaixo, a técnica de balanceamento é mostrada onde dois capacitores em série são balanceados usando resistores de alto valor.

Usando a técnica de balanceamento, a diferença de tensão influenciada pela corrente de fuga pode ser controlada.