Como as correntes de funcionamento são significativamente mais elevadas do que a corrente de fuga de um condensador, o funcionamento de um circuito não é afetado pela corrente de fuga em curto-circuito (DCL). No entanto, se a aplicação for alimentada por bateria, como em dispositivos eletrónicos de consumo, telemóveis, leitores de MP3/MP4, leitores de DVD ou aplicações automóveis onde são utilizados condensadores num transmissor alimentado por bateria, a corrente de fuga do condensador afetará diretamente o tempo de espera, uma vez que consome energia diretamente da bateria.
Em equipamentos portáteis alimentados por bateria, os condensadores de uso geral são normalmente utilizados com baterias recarregáveis de iões de lítio de 3,7 V para diversas funções: fazer cópias de segurança de dados e definições quando a bateria está a ser substituída ou o carregador é desligado; suavizar os picos de tensão e corrente no instante em que a bateria é inserida e quando o carregador é ligado/desligado; e fornecer energia armazenada à bateria quando é necessária uma corrente mais elevada.
Nas aplicações automóveis, os sistemas de monitorização da pressão dos pneus transmitem sem fios os dados de pressão e temperatura dos sensores das rodas para uma unidade de controlo central, que fornece alertas e avisos ao condutor. Um condensador de grande capacidade é utilizado em conjunto com o sensor, o qual deve emitir um impulso de energia quando a sequência de medição ou transmissão é iniciada, especialmente a temperaturas ambiente muito baixas. Uma bateria de lítio tipo moeda de 3 V é frequentemente utilizada em sistemas de alerta de pressão dos pneus devido à sua excecional vida útil de mais de dez anos. As baterias de lítio também funcionam bem a baixas temperaturas; no entanto, nestas condições, apresentam uma maior resistência interna, resultando numa maior queda de tensão.
Requisitos do condensador:
A resistência elétrica nominal exigida para os circuitos de bateria varia geralmente entre 22 a 220 µF, e um tamanho pequeno e discreto é um requisito comum para combinar com o tamanho reduzido do dispositivo final. Obviamente, é necessário um excelente desempenho a temperaturas baixas e muito baixas para garantir um funcionamento fiável. Por isso, os condensadores de óxido de tântalo e nióbio são a melhor escolha. O consumo de energia em modo de espera deve ser minimizado para maximizar a vida útil. As funções ativas e passivas devem ser consideradas e, como mencionado anteriormente, a corrente de fuga do condensador é um mecanismo que drena diretamente a bateria, pelo que a redução desta corrente é importante. A seleção correta de um condensador de óxido de tântalo ou nióbio é essencial para minimizar a corrente de fuga. Existem diferentes fórmulas para as diferentes séries de condensadores AVX para determinar a corrente de fuga básica (especificada à tensão nominal máxima e à temperatura ambiente de 20 °C).
Os condensadores de tântalo da série profissional Trj apresentam uma DCL (corrente de fuga) mais baixa nas mesmas condições que os produtos Taj standard. Os dispositivos de óxido de nióbio Noj Oxicap® apresentam uma DCL mais elevada. No entanto, a temperatura ambiente e a redução da tensão nominal, como se pode observar nas Figuras 1 e 2, são fatores muito importantes a considerar no cálculo da DCL. Os condensadores de tântalo da série TAJ com o sufixo *LE foram desenvolvidos para reduzir ainda mais os valores de DCL apresentados na Equação 1; a redução da tensão nominal é uma forma de reduzir ainda mais a corrente de fuga.
O intervalo típico de DCL em função da tensão nominal pode ser observado na Figura 2. Esta relação pode ser aproximada linearmente pela função logarítmica decimal inversa com offset – ver Figura 3.
Redução de tensão ideal para um DCL mínimo
Para atingir as relações de corrente de fuga ideais para a aplicação (DCLa) à temperatura ambiente, devemos considerar dois fatores: o DCL básico definido à tensão nominal Vr, de acordo com as equações 1; e a relação DCL versus a redução de tensão, ver Figura 3.
O multiplicador DCL máximo em função de Va/Vr para uma aplicação de tensão fixa Va, ver figura 4.
O valor máximo real de DCL varia com as diferentes condições de entrada (série de condensadores selecionada, capacitância nominal, tensão nominal); no entanto, o formato do gráfico (Fig. 4) será o mesmo. Assim sendo, podemos identificar o intervalo de valores de Va/Vr (redução) com o menor valor real de DCL como o intervalo ‘óptimo’. Assim, o valor mais baixo de DCL é obtido quando o condensador é utilizado com 25-40% da sua tensão nominal – quando a tensão nominal do condensador é 2,5 a 4 vezes superior à tensão real de aplicação.
Comparação do desempenho DCL de condensadores numa aplicação típica de circuito de bateria.
Como referido, a fonte de alimentação típica para um dispositivo portátil é uma bateria recarregável de iões de lítio com uma tensão nominal Va = 3,7 V. Para suportar o funcionamento do dispositivo, os designers podem escolher entre diversas séries de condensadores. A Figura 5 compara o DCL máximo de diferentes séries de condensadores, todas com uma capacitância nominal de 47 µF.
Neste exemplo, em que Va é de 3,7 V, a tensão nominal ideal (Vr) = 10 V (Figura 5), o que significa que as condições ideais de funcionamento estão a 37% da tensão nominal (ver Figura 4). Para diferentes capacitâncias, a tensão nominal ideal será também de 10 V.
Conclusão:
Os condensadores de tântalo da série TRJ e os condensadores de nióbio da série NOJ da AVX são adequados para o suporte de baterias em aplicações portáteis e transmissores TPMS. Estes componentes apresentam diferentes correntes de fuga básicas, sendo que os condensadores da série TRJ apresentam o menor DCL (Limite de Corrente Contínua). No entanto, a redução da tensão nominal pode ser aplicada para diminuir o DCL para um valor abaixo do especificado no catálogo para a tensão nominal (Vr). A condição ideal para o DCL mínimo é utilizar o condensador entre 25% e 40% da sua tensão nominal. Para aplicações de 3,7 V, a tensão nominal ideal é de 10 V; assim, a melhor opção disponível da AVX é utilizar um condensador TRJ com Vr = 10 V, seguido de perto por um dispositivo TAJ com a mesma especificação. Os condensadores de tântalo TAJ especiais com o sufixo *LE também estão disponíveis com DCL mínimo garantido.
Autor:
Por Radovan Faltus, Marketing Técnico de Tântalo da AVX
Eng.º Radovan Faltus
Engenheiro de Aplicações de Campo
AVX Divisão de Tântalo
