¿Qué es la corriente de fuga del condensador y cómo reducirla?

El condensador es el componente más común en la electrónica y se utiliza en casi todas las aplicaciones de la electrónica. Hay muchos tipos de condensadores disponibles en el mercado para diferentes propósitos en cualquier circuito electrónico. Están disponibles en muchos valores diferentes de 1 Pico-Farad a 1 Farad capacitor y Supercapacitor. El condensador también tiene diferentes tipos de clasificaciones, como voltaje de trabajo, temperatura de trabajo, tolerancia del valor nominal y corriente de fuga.

La corriente de fuga del condensador es un factor crucial para la aplicación, especialmente si se usa en electrónica de potencia o electrónica de audio. Los diferentes tipos de condensadores proporcionan diferentes clasificaciones de corriente de fuga. Además de seleccionar el condensador perfecto con la fuga adecuada, el circuito también debe tener la capacidad de controlar la corriente de fuga. Entonces, primero debemos tener una comprensión clara de la corriente de fuga del capacitor.

Relación con la capa dieléctrica

La corriente de fuga de un capacitor tiene una relación directa con el dieléctrico del capacitor. Veamos la imagen de abajo -

La imagen de arriba es una construcción interna del condensador electrolítico de aluminio. Un condensador electrolítico de aluminio tiene pocas partes que están encapsuladas en un empaque compacto y hermético. Las piezas son ánodo, cátodo, electrolito, aislante de capa dieléctrica, etc.

El aislante dieléctrico proporciona aislamiento de la placa conductora dentro del condensador. Pero como no hay nada perfecto en este mundo, el aislante no es un aislante ideal y tiene una tolerancia de aislamiento. Debido a esto, una cantidad muy baja de corriente fluirá a través del aislador. Esta corriente se denomina corriente de fuga.

El aislador y el flujo de corriente se pueden demostrar usando un condensador y una resistencia simples.

La resistencia tiene un valor de resistencia muy alto, que puede identificarse como una resistencia aislante.y el capacitor se usa para replicar el capacitor real. Dado que la resistencia tiene un valor de resistencia muy alto, la corriente que fluye a través de la resistencia es muy baja, típicamente en varios nanoamperios. La resistencia del aislamiento depende del tipo de aislante dieléctrico ya que diferentes tipos de materiales cambian la corriente de fuga. La constante dieléctrica baja proporciona una resistencia de aislamiento muy buena, lo que resulta en una corriente de fuga muy baja. Por ejemplo, los condensadores de tipo polipropileno, plástico o teflón son el ejemplo de constante dieléctrica baja. Pero para esos condensadores, la capacitancia es muy inferior. El aumento de la capacitancia también aumenta la constante dieléctrica. Los condensadores electrolíticos suelen tener una capacitancia muy alta y la corriente de fuga también es alta.

Factores dependientes de la corriente de fuga del condensador

La corriente de fuga del condensador generalmente depende de los siguientes cuatro factores:

1. Capa dieléctrica
2. Temperatura ambiente
3. Temperatura de almacenamiento
4. Voltaje aplicado

1. La capa dieléctrica no funciona correctamente

La construcción de condensadores requiere un proceso químico. El material dieléctrico es la principal separación entre las placas conductoras. Como el dieléctrico es el aislante principal, la corriente de fuga tiene grandes dependencias con él. Por lo tanto, si el dieléctrico se templa durante el proceso de fabricación, contribuirá directamente al aumento de la corriente de fuga. A veces, las capas dieléctricas tienen impurezas, lo que provoca una debilidad en la capa. Un dieléctrico más débil disminuye el flujo de corriente, lo que contribuye aún más al lento proceso de oxidación. No solo esto, sino que la tensión mecánica inadecuada también contribuye a la debilidad dieléctrica de un condensador.

2. Temperatura ambiente

El condensador tiene una clasificación de la temperatura de trabajo. La temperatura de trabajo puede oscilar entre 85 grados Celsius y 125 grados Celsius o incluso más. Como el capacitor es un dispositivo compuesto químicamente, la temperatura tiene una relación directa con el proceso químico dentro del capacitor. La corriente de fuga generalmente aumenta cuando la temperatura ambiente es lo suficientemente alta.

3. Almacenamiento del condensador

Almacenar un capacitor durante mucho tiempo sin voltaje no es bueno para el capacitor. La temperatura de almacenamiento también es un factor importante para la corriente de fuga. Cuando se almacenan los condensadores, la capa de óxido es atacada por el material electrolítico. La capa de óxido comienza a disolverse en el material electrolítico. El proceso químico es diferente para diferentes tipos de material electrolítico. El electrolito a base de agua no es estable, mientras que el electrolito a base de disolvente inerte contribuye con menos corriente de fuga debido a la reducción de la capa de oxidación.

Sin embargo, esta corriente de fuga es temporal ya que el condensador tiene propiedades de autocuración cuando se aplica a un voltaje. Durante la exposición a un voltaje, la capa de oxidación comienza a regenerarse.

4. Voltaje aplicado

Cada condensador tiene una clasificación de voltaje. Por lo tanto, usar un capacitor por encima del voltaje nominal es algo malo. Si aumenta el voltaje, también aumenta la corriente de fuga. Si el voltaje a través del capacitor es más alto que el voltaje nominal, la reacción química dentro de un capacitor crea gases y degrada el electrolito.

Si el condensador se almacena durante mucho tiempo, por ejemplo, durante años, es necesario restaurar el condensador al estado de funcionamiento proporcionando una tensión nominal durante unos minutos. Durante esta etapa, la capa de oxidación se acumuló nuevamente y restaura el capacitor en una etapa funcional.

Cómo reducir la corriente de fuga del condensador para mejorar la vida útil del condensador

Como se discutió anteriormente, un capacitor tiene dependencias con muchos factores. La primera pregunta es ¿cómo se calcula la vida útil del condensador? La respuesta es calculando el tiempo hasta que se agote el electrolito. El electrolito es consumido por la capa de oxidación. La corriente de fuga es el componente principal para la medición de cuánto se obstaculiza la capa de oxidación.

Por lo tanto, la reducción de la corriente de fuga en el capacitor es un componente clave importante para la vida útil de un capacitor.

1. La fabricación o la planta de producción es el primer lugar del ciclo de vida de un condensador donde los condensadores se fabrican cuidadosamente para una corriente de fuga baja. Se debe tener la precaución de que la capa dieléctrica no se dañe ni obstaculice.

2. La segunda etapa es el almacenamiento. Los condensadores deben almacenarse a la temperatura adecuada. La temperatura inadecuada afecta el electrolito del condensador, lo que degrada aún más la calidad de la capa de oxidación. Asegúrese de operar los condensadores a la temperatura ambiente adecuada, por debajo del valor máximo.

3. En la tercera etapa, cuando se suelda el condensador en la placa, la temperatura de soldadura es un factor clave. Porque para los condensadores electrolíticos, la temperatura de soldadura puede llegar a ser lo suficientemente alta, más que el punto de ebullición del condensador. La temperatura de soldadura afecta las capas dieléctricas a través de los pines de plomo y debilita la capa de oxidación, lo que resulta en una alta corriente de fuga.. Para superar esto, cada condensador viene con una hoja de datos donde el fabricante proporciona una clasificación de temperatura de soldadura segura y un tiempo máximo de exposición. Es necesario tener cuidado con esas clasificaciones para el funcionamiento seguro del condensador respectivo. Esto también se aplica a los capacitores del dispositivo de montaje en superficie (SMD), la temperatura máxima de la soldadura por reflujo o soldadura por ola no debe exceder la clasificación máxima permitida.

4. Como el voltaje del capacitor es un factor importante, el voltaje del capacitor no debe exceder el voltaje nominal.

5. Equilibrio del condensador en conexión en serie. La conexión en serie del condensador es un trabajo un poco complejo para equilibrar la corriente de fuga. Esto se debe al desequilibrio de la corriente de fuga que divide el voltaje y se divide entre los condensadores. El voltaje dividido puede ser diferente para cada capacitor y puede existir la posibilidad de que el voltaje a través de un capacitor en particular sea superior al voltaje nominal y el capacitor comience a funcionar mal.

Para superar esta situación, se agregan dos resistencias de alto valor a través del capacitor individual para reducir la corriente de fuga.

En la imagen de abajo, se muestra la técnica de equilibrio donde dos condensadores en serie se equilibran utilizando resistencias de alto valor.

Mediante el uso de la técnica de equilibrio, se puede controlar la diferencia de voltaje influenciada por la corriente de fuga.