Comme les courants de fonctionnement sont nettement supérieurs au courant de fuite d'un condensateur, le fonctionnement d'un circuit n'est pas affecté par le courant continu. Cependant, si l'application est alimentée par batterie, comme les appareils grand public, les téléphones portables, les lecteurs MP3/MP4, les lecteurs DVD ou les applications automobiles où des condensateurs sont utilisés dans un émetteur alimenté par batterie, le courant de fuite du condensateur affectera directement l'autonomie en veille, car il puise son énergie directement dans la batterie.
Dans les équipements portables alimentés par batterie, des condensateurs à usage général sont généralement utilisés avec des batteries lithium-ion rechargeables de 3,7 V pour plusieurs fonctions : sauvegarde des données et des paramètres lors du remplacement de la batterie ou de la déconnexion du chargeur ; lissage des pics de tension et de courant au moment de l’insertion de la batterie et lors du branchement/débranchement du chargeur ; et assistance à la batterie grâce à l’énergie stockée lorsqu’un courant plus élevé est nécessaire.
Dans le secteur automobile, les systèmes de gestion de la pression des pneus transmettent sans fil les données de pression et de température des capteurs de roue à une unité de commande centrale. Celle-ci fournit des alertes et des avertissements au conducteur. Un condensateur de forte capacité est utilisé avec le capteur ; il doit émettre une impulsion d'énergie au début de la séquence de mesure ou de transmission, notamment par très basses températures ambiantes. Une pile bouton au lithium de 3 V est souvent utilisée pour les systèmes d'avertissement de pression des pneus en raison de son exceptionnelle durée de vie, supérieure à dix ans. Les piles au lithium fonctionnent également bien à basse température ; cependant, dans ces conditions, leur résistance interne est plus élevée, ce qui entraîne une chute de tension plus importante.
Exigences relatives aux condensateurs :
La résistance électrique nominale requise pour les circuits de batterie se situe généralement entre 22 et 220 µF. Un format compact et discret est souvent indispensable pour s’adapter à la taille réduite de l’appareil final. D’excellentes performances à basses et très basses températures sont évidemment nécessaires pour garantir un fonctionnement fiable. C’est pourquoi les condensateurs au tantale et à l’oxyde de niobium sont le choix idéal. La consommation en veille doit être minimisée afin d’optimiser la durée de vie. Les fonctions actives et passives doivent être prises en compte et, comme mentionné précédemment, le courant de fuite des condensateurs de forte puissance contribue directement à la décharge de la batterie ; il est donc important de le réduire. Le choix approprié d’un condensateur au tantale ou à l’oxyde de niobium est impératif pour minimiser le courant de fuite. Différentes formules existent pour les différentes séries de condensateurs AVX afin de déterminer le courant de fuite de base (spécifié à la tension nominale et à température ambiante de 20 °C).
Les condensateurs au tantale professionnels de la série TRJ présentent un courant de fuite (DCL) inférieur à celui des produits TAJ standard, dans les mêmes conditions. Les dispositifs à l'oxyde de niobium Noj Oxicap® affichent un DCL supérieur. Toutefois, la température ambiante et la réduction de tension, illustrées dans les figures 1 et 2, sont des facteurs essentiels à prendre en compte lors du calcul du DCL. Les condensateurs au tantale de la série TAJ, avec le suffixe *LE, ont été développés pour réduire davantage les valeurs de DCL indiquées dans l'équation 1 ; la réduction de tension permet de diminuer encore le courant de fuite.
La plage typique de DCL en fonction de la tension nominale est présentée dans la figure 2. Cette relation peut être approximée linéairement par la fonction logarithmique décimale inverse avec décalage (voir figure 3).
Réduction optimale de la tension pour un DCL minimal
Pour obtenir les rapports de courant de fuite optimaux pour l'application (DCLa) à température ambiante, nous devons considérer deux facteurs : le DCL de base défini à la tension nominale Vr comme dans les équations 1 ; et le rapport DCL par rapport à la réduction de tension, voir Figure 3.
Le multiplicateur DCL maximal en fonction de Va/Vr pour une application à tension fixe Va, voir figure 4.
La valeur maximale de la DCL réelle varie selon les conditions d'entrée (série de condensateurs sélectionnée, capacité nominale, tension nominale), mais la forme du graphique (Fig. 4) reste inchangée. On peut donc identifier la plage de valeurs de Va/Vr (déclassement) correspondant à la DCL réelle minimale comme étant la plage « optimale ». Ainsi, la DCL minimale est obtenue lorsque le condensateur est utilisé à 25-40 % de sa tension nominale, soit lorsque cette dernière est 2,5 à 4 fois supérieure à la tension d'application réelle.
Comparaison des performances de la capacité de courant continu (DCL) des condensateurs dans une application typique de circuit de batterie.
Comme mentionné précédemment, la source d'alimentation typique d'un appareil portable est une batterie lithium-ion rechargeable d'une tension nominale Va = 3,7 V. Pour assurer le fonctionnement de l'appareil, les concepteurs peuvent choisir parmi plusieurs séries de condensateurs. La figure 5 compare la DCL maximale de différentes séries de condensateurs, toutes d'une capacité nominale de 47 µF.
Dans cet exemple, pour une tension Va de 3,7 V, la tension nominale optimale (Vr) est de 10 V (figure 5), ce qui signifie que les conditions de fonctionnement optimales correspondent à 37 % de la tension nominale (voir figure 4). Pour différentes capacités, la tension nominale optimale sera également de 10 V.
Conclusion :
Les condensateurs au tantale des séries TRJ et au niobium NOJ d’AVX conviennent à la gestion de batteries dans les applications portables et les transmetteurs TPMS. Ces composants présentent des courants de fuite différents, les condensateurs de la série TRJ affichant le courant de fuite continu (DCL) le plus faible. Toutefois, une réduction de tension peut être appliquée pour ramener le DCL en dessous de la valeur nominale indiquée dans le catalogue (Vr). Pour un DCL minimal, il est recommandé d’utiliser le condensateur entre 25 % et 40 % de sa tension nominale. Pour les applications 3,7 V, la tension nominale optimale est de 10 V ; par conséquent, le meilleur choix chez AVX est un condensateur TRJ avec Vr = 10 V, suivi de près par un condensateur TAJ de même tension nominale. Des condensateurs au tantale TAJ spéciaux, portant le suffixe *LE, sont également disponibles avec un DCL minimal garanti.
Auteur:
Par Radovan Faltus, marketing technique du tantale chez AVX
Ing. Radovan Faltus
Ingénieur d'applications sur le terrain
Division Tantale AVX
