Elettronica_Oggi_443

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POWER 7 - marzo 2015 XV
ALUMINIUM CAPACITORS
Tmax= temperatura nominale [°C]
Ta= temperatura ambiente [°C]
Nella figura 2 è riportato un esempio di
calcolo dell’aspettativa di vita che sfrutta la
relazione appena sopra delineata.
Questa equazione deve essere opportuna-
mente modificata nel caso dei condensato-
ri in alluminio presenti negli alimentatori,
perché in questo caso le perdite di tipo resistivo assumono una
notevole importanza. L’effetto della corrente di ondulazione sul-
le stime della durata può essere calcolato mediante la seguente
espressione:
Dove:
∆Tj0 = aumento di temperatura provocato dalla corrente di on-
dulazione nominale [°C]. Si tratta della massima differenza di
temperatura tra il core e il contenitore esternodel condensatore.
Questo valore varierà in funzione del materiale utilizzato per la
realizzazione del dispositivo. Poiché non esiste un metodo sem-
plice per calcolare questo valore, i produttori forniscono queste
informazioni su richiesta. Ogni serie di condensatori, e talvolta
anche contenitori di differenti dimensioni all’interno di uname-
desima famiglia, sarà caratterizzata da valori differenti di ∆Tj0.
∆Tj = aumento di temperatura imputabile dalla corrente di on-
dulazione effettiva [°C], espressa come:
Dove
I100kHz= Corrente di ondulazione effettiva a 100 kHz
I0= Corrente di ondulazione nominale a 100 kHz
Si tenga presente che se ∆Tj0 > 20 il progettista dovrebbe contat-
tare il rappresentante del costruttore per ulteriori delucidazioni.
Una stima della durata calcolata utilizzando l’equazione sopra
riportata, prevede un margine di errore; non si tratta infatti di
un valore garantito dal produttore. Di conseguenza i produtto-
ri di condensatori in alluminio raccomandano ai progettisti di
prevedere un ampio margine di sicurezza tra il valore calcolato
e la durata in esercizio prevista. Quin-
di, anche se i calcoli prevedono un’a-
spettativa di vita superiore a 15 anni,
i produttori consigliano di limitare
le aspettative della durata in eserci-
zio a 15 anni. Nella tabella 1 è ripor-
tato un esempio di calcolo relativo a
NRZJ182M35V12.5X35, un disposi-
tivo della serie NRZJ di condensatori
in alluminio prodotti da NIC Compo-
nents. Queste le informazioni fornite
dal datasheet:
Tmax = 105 °C
L 0 = 10000 hours
I0 = 4.12A
Il calcolo è stato utilizzato per stimare la
durata operativo del dispositivo alla tempe-
rature ambiente di 95°C. Il valore di ∆T j0 è
specificato dal produttore a 7 °C.
Condensatori “ad hoc” garantiscono
migliori prestazioni
Un confronto della durata di un condensatore elettrolitico in
alluminio, come ad esempio uno dei componenti la serie NRZJ,
espressamente ideato per applicazioni negli alimentatori, e quel-
la di un condensatore general purpose, evidenzierà una sostan-
ziale differenza quando i due componenti sono utilizzati in un
convertitore AC-DC o DC-DC. I condensatori ideati per l’uso
negli alimentatori sono realizzati da produttori quali ,
e (si faccia riferimento alla Tab. 2).
Queste aziende sviluppano condensatori miniaturizzati in grado
di operare in un intervallo di temperature esteso e caratterizzati
da vita utile molto lunga, capacità di supportare elevate correnti
di ripple e bassa impedenza. Alcuni di questi sono conformi allo
standard AEC-Q200 per l’uso in applicazioni automobilistiche.
Tra i prodotti al momento disponibili si possono ricordare quelli
di Nichicon (serie PS, CS, PH, PX, PW e PA), NIC Components
(serie NRZJ e NRE-JL) e Vishay (serie 150 RMI e 136 RVI). Un
confronto relativo alla durata aiuta il progettista a individuare il
dispositivopiù adattoper la particolare applicazione considerata.
Nel casonon si riesca a reperire undispositivo che offra la combi-
nazione richiesta tra prezzo e prestazioni, il progettista può pren-
dere inesame le opzioni di raffreddamento, al finedi aumentare
la vita di un condensatore più economico con prestazioni infe-
riori. Il metodo più semplice per raffreddare un condensatore
è montarlo nello spazio libero. La circolazione naturale dell’aria
attorno al condensatore fornirà un raffreddamento sufficiente
nella maggior parte delle applicazioni.
Se ciò non fosse sufficiente, un dissipatore di calore permetterà
di incrementare il flusso di calore che fuoriesce dal dispositivo. Il
tipo di dissipatore più diffuso è un estruso di alluminio attaccato
all’estremità chiusa del condensa-
tore. Come indicato in precedenza,
qualunque sia il condensatore utiliz-
zato in un alimentatore, il progettista
può garantire che il dispositivo sia in
grado di operare per tutta la durata
nominale prevista regolando tem-
peratura, corrente di ondulazione e
tensione applicata inmodo che i loro
valori rimangano all’interno dei limi-
ti specificati dal costruttore.
Tabella 2 – Confronto tra condensatori in alluminio con capacità di 3.300 µF
di differenti produttori qualificati per operate con una tensione di 35V
PW
(Nichicon)
NRE-JL
(NIC Components)
150 RMI
(Vishay)
Intervallo di temperatura [°C] Da -55 a 105 Da -40 a 105 Da -55 a 105
Ripple current (105, 100
kHz) [mArms]
3680 3450 3000
Vita utile a 105 °C [hours] 8000 10000 10000
I mpedenza a 20 °C a100
kHz [Ω]
0.015 0.019 0.019
Impedenza a -10 °C a 100
kHz [Ω]
0.03 0.056 0.044
Dimensione del package
[mm]
18 x 35.5 16 x 31.5 18 x 31
Tabella 1 – Calcolo della durata per il condensatore
NRZJ182M35V12 prodotto da NIC Components
I100 kHz [A] ∆Tj °C] Aspettativa di vita a 95 °C
ore anni
2.5 2.6 29752 3.4
3 3.7 27120 3.1
3.5 5.1 24121 2.8
4 6.6 20825 2.4
4.12 7.0 20000 2.3
4.5 8.4 17327 2.0