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POWER 7 - marzo 2015
XIII
ALUMINIUM CAPACITORS
Un condensatore in alluminio è un componente molto comune
negli alimentatori, in quanto si tratta del tipo di condensatore più
adatto per svolgere funzioni quali immagazzinamento di energia
e filtraggio a bassa e alta frequenza. Per espletare tali compiti sono
necessari gli alti valori di capacità e di potenza nominale che un
condensatore in alluminio è in grado di offrire a un prezzo ragio-
nevole.
Per contro, i condensatori in alluminio sono spesso i componenti
più soggetti a guasti, per cui la vita operativa di un condensatore
in alluminio tenderà a determinare quella dell’intero alimentato-
re. Ciò significa che il progettista deve porre molta attenzione nel
calcolo dei parametri di un condensatore in alluminio, al fine di
scegliere il componente più adatto ai propri scopi. Nella scelta del
condensatore è anche necessario ricercare il miglior compromes-
so tra costi e prestazioni: insieme ai componenti magnetici, i con-
densatori in alluminio sono spesso i dispositivi
passivi più costosi di un alimentatore. Il compito
di un progettista di sistemi di potenza è selezio-
nare un componente che garantisca una vita
operativa prevista adeguata, senza per questo
sovra-specificare il dispositivo e senza incorrere
in spese inutili.
L’affidabilità di un condensatore elettrolitico in
alluminio è solitamente definita dalla sua aspet-
tativa di vita durante l’uso pratico. Tra i fattori
che influenzano in misura minore la vita di un
condensatore elettrolitico in alluminio si pos-
sono annoverare umidità, vibrazioni e calore
trasferito attraverso i pattern (ovvero i disegni
delle piste) della scheda PCB (Printed Circuit
Board). Temperatura ambiente, corrente di rip-
ple e tensione applicata sono invece i fattori che influenzano in
maniera sensibile la vita utile del condensatore.
I criteri applicativi fondamentali da rispettare nel caso dei con-
densatori elettrolitici in alluminio prevedono che temperature di
funzionamento, ripple current e tensione rimangano sempre al di
sotto dei valori massimi consentiti specificati.
Questi criteri base non forniscono sufficienti informazioni tali da
consentire al progettista di alimentatori di ottimizzare il prodotto
in termini di vita operativa. Per conseguire tale scopo il progettista
deve stimare gli effetti sulla vita operativa delle variazioni delle con-
dizioni di funzionamento all’interno dei limiti massimi consentiti.
Lo scopo di questo articolo è fornire, attraverso una dimostrazio-
ne delle modalità da seguire per valutare l’effetto delle variazioni
delle condizioni operative, una guida che permetta ai progettisti di
allungare la vita dei condensatori in alluminio, indipendentemen-
te dalla particolare applicazione considerata. Come si vedrà, i con-
densatori di ultima generazione ideati per l’uso negli alimentatori
che sfruttano le più recenti evoluzioni nel campo della progetta-
zione e dei materiali, possono assicurare una durata fino a 15 anni
in un’ampia gamma di condizioni operative, evitando il ricorso ai
più costosi condensatori ad altissima affidabilità.
Modalità di guasto dei condensatori
in alluminio
I condensatori in alluminio espletano una plu-
ralità di funzioni, a seconda del loro posiziona-
mento all’interno di un circuito. In qualità di
buffer di ingresso di un convertitore AC-DC,
un condensatore in alluminio fornisce l’energia
quando la tensione di rete in ingresso è troppo
bassa, oppure immagazzina energia quando
questa tensione è troppo alta. Usato come buf-
fer di uscita, il condensatore esegue operazioni
di filtraggio e agisce come assorbitore di corren-
te (current sink) per un induttore.
Durante il funzionamento questi condensatori
possono guastarsi secondo varie modalità, che
Marcin Chelminski
Central applications engineer
Future Electronics– Polonia
Come aumentare la durata
dei
condensatori in alluminio
Alcune semplici regole per calcolare gli effetti delle condizioni operative sui condensatori
utilizzati negli alimentatori
Power
Fig. 1- Le tre modalità secon-
do le quali il calore fuoriesce
da un condensatore di un
alimentatore [Fonte: Vishay,
Engineering Solutions docu-
ment ‘Aluminum capacitors
in power supplies’, pagina 9]