Qu'est-ce que le courant de fuite du condensateur et comment le réduire

Le condensateur est le composant le plus courant en électronique et utilisé dans presque toutes les applications électroniques. Il existe de nombreux types de condensateurs disponibles sur le marché pour servir à des fins différentes dans n'importe quel circuit électronique. Ils sont disponibles dans de nombreuses valeurs différentes allant de 1 Pico-Farad à 1 Condensateur Farad et Supercondensateur. Les condensateurs ont également différents types de valeurs nominales, telles que la tension de fonctionnement, la température de fonctionnement, la tolérance de la valeur nominale et le courant de fuite.

Le courant de fuite du condensateur est un facteur crucial pour l'application, surtout s'il est utilisé dans l'électronique de puissance ou l'électronique audio. Différents types de condensateurs fournissent différentes valeurs de courant de fuite. En plus de sélectionner le condensateur parfait avec une fuite appropriée, le circuit doit également avoir la capacité de contrôler le courant de fuite. Nous devons donc d'abord avoir une compréhension claire du courant de fuite des condensateurs.

Relation avec la couche diélectrique

Le courant de fuite d'un condensateur a une relation directe avec le diélectrique du condensateur. Voyons l'image ci-dessous -

L'image ci-dessus est une construction interne du condensateur électrolytique en aluminium. Un condensateur électrolytique en aluminium comporte peu de pièces qui sont encapsulées dans un emballage compact et étanche. Les pièces sont l' anode, la cathode, l'électrolyte, l'isolant de couche diélectrique, etc.

L'isolant diélectrique assure l'isolation de la plaque conductrice à l'intérieur du condensateur. Mais comme il n'y a rien de parfait dans ce monde, l'isolant n'est pas un isolant idéal et possède une tolérance d'isolation. Pour cette raison, une très faible quantité de courant circulera à travers l'isolateur. Ce courant est appelé courant de fuite.

L'isolant et le flux de courant peuvent être démontrés en utilisant un simple condensateur et une résistance.

La résistance a une valeur de résistance très élevée, qui peut être identifiée comme une résistance d'isolantet le condensateur est utilisé pour reproduire le condensateur réel. Étant donné que la résistance a une valeur de résistance très élevée, le courant qui traverse la résistance est très faible, typiquement dans un certain nombre de nano-ampères. La résistance d'isolement dépend du type d'isolant diélectrique car différents types de matériaux modifient le courant de fuite. La faible constante diélectrique fournit une très bonne résistance d'isolement, ce qui se traduit par un courant de fuite très faible. Par exemple, les condensateurs de type polypropylène, plastique ou téflon sont l'exemple de faible constante diélectrique. Mais pour ces condensateurs, la capacité est très inférieure. L'augmentation de la capacité augmente également la constante diélectrique. Les condensateurs électrolytiques ont généralement une capacité très élevée et le courant de fuite est également élevé.

Facteurs dépendants du courant de fuite du condensateur

Le courant de fuite du condensateur dépend généralement de quatre facteurs ci-dessous:

1. Couche diélectrique
2. Température ambiante
3. Stockage de la température
4. Tension appliquée

1. La couche diélectrique ne fonctionne pas correctement

La construction du condensateur nécessite un processus chimique. Le matériau diélectrique est la principale séparation entre les plaques conductrices. Comme le diélectrique est l'isolant principal, le courant de fuite a des dépendances majeures avec lui. Par conséquent, si le diélectrique est revenu pendant le processus de fabrication, il contribuera directement à l'augmentation du courant de fuite. Parfois, les couches diélectriques ont des impuretés, ce qui entraîne une faiblesse de la couche. Un diélectrique plus faible diminue le flux de courant qui contribue en outre au lent processus d'oxydation. Non seulement cela, mais une contrainte mécanique inappropriée contribue également à la faiblesse diélectrique d'un condensateur.

2. Température ambiante

Le condensateur a une estimation de la température de fonctionnement. La température de travail peut être comprise entre 85 degrés Celsius et 125 degrés Celsius ou même plus. Comme le condensateur est un dispositif composé chimiquement, la température a une relation directe avec le processus chimique à l'intérieur du condensateur. Le courant de fuite augmente généralement lorsque la température ambiante est suffisamment élevée.

3. Stockage du condensateur

Stocker un condensateur pendant une longue période sans tension n'est pas bon pour le condensateur. La température de stockage est également un facteur important pour le courant de fuite. Lors du stockage des condensateurs, la couche d'oxyde est attaquée par le matériau électrolyte. La couche d'oxyde commence à se dissoudre dans le matériau d'électrolyte. Le processus chimique est différent pour différents types de matériaux d'électrolyte. L'électrolyte à base d'eau n'est pas stable tandis que l'électrolyte à base de solvant inerte contribue à moins de courant de fuite en raison de la réduction de la couche d'oxydation.

Cependant, ce courant de fuite est temporaire car le condensateur a des propriétés d'auto-guérison lorsqu'il est appliqué à une tension. Lors de l'exposition à une tension, la couche d'oxydation commence à se régénérer.

4. Tension appliquée

Chaque condensateur a une tension nominale. Par conséquent, utiliser un condensateur au-dessus de la tension nominale est une mauvaise chose. Si la tension augmente, le courant de fuite augmente également. Si la tension aux bornes du condensateur est supérieure à la tension nominale, la réaction chimique à l'intérieur d'un condensateur crée des gaz et dégrade l'électrolyte.

Si le condensateur est stocké pendant une longue période, par exemple pendant des années, le condensateur doit être remis en état de fonctionnement en fournissant une tension nominale pendant quelques minutes. Au cours de cette étape, la couche d'oxydation se reconstitue et restaure le condensateur dans une étape fonctionnelle.

Comment réduire le courant de fuite du condensateur pour améliorer la durée de vie du condensateur

Comme indiqué ci-dessus, un condensateur a des dépendances avec de nombreux facteurs. La première question est de savoir comment la durée de vie du condensateur est calculée? La réponse est en calculant le temps jusqu'à ce que l'électrolyte soit épuisé. L'électrolyte est consommé par la couche d'oxydation. Le courant de fuite est le principal composant pour mesurer le degré de gêne de la couche d'oxydation.

Par conséquent, la réduction du courant de fuite dans le condensateur est un élément clé majeur pour la durée de vie d'un condensateur.

1. La fabrication ou l'usine de production est le premier lieu du cycle de vie d'un condensateur où les condensateurs sont soigneusement fabriqués pour un faible courant de fuite. Il faut prendre la précaution que la couche diélectrique ne soit pas endommagée ou gênée.

2. La deuxième étape est le stockage. Les condensateurs doivent être stockés à une température appropriée. Une température incorrecte affecte l'électrolyte du condensateur, ce qui dégrade davantage la qualité de la couche d'oxydation. Assurez-vous de faire fonctionner les condensateurs à une température ambiante appropriée, inférieure à la valeur maximale.

3. Dans la troisième étape, lorsque le condensateur est soudé sur la carte, la température de soudage est un facteur clé. Parce que pour les condensateurs électrolytiques, la température de soudage peut devenir suffisamment élevée, plus que le point d'ébullition du condensateur. La température de soudage affecte les couches diélectriques à travers les broches de connexion et affaiblit la couche d'oxydation, ce qui entraîne un courant de fuite élevé. Pour surmonter cela, chaque condensateur est livré avec une fiche technique dans laquelle le fabricant fournit une température de soudage sûre et un temps d'exposition maximal. Il faut faire attention à ces valeurs pour le fonctionnement en toute sécurité du condensateur respectif. Cela s'applique également aux condensateurs SMD (Surface Mount Device) également, la température de pointe du brasage par refusion ou du brasage à la vague ne doit pas dépasser la valeur nominale maximale autorisée.

4. La tension du condensateur étant un facteur important, la tension du condensateur ne doit pas dépasser la tension nominale.

5. Équilibrage du condensateur en connexion série. La connexion en série du condensateur est un travail un peu complexe pour équilibrer le courant de fuite. Cela est dû au déséquilibre du courant de fuite qui divise la tension et se partage entre les condensateurs. La tension divisée peut être différente pour chaque condensateur et il peut y avoir un risque que la tension à travers un condensateur particulier soit supérieure à la tension nominale et que le condensateur commence à mal fonctionner.

Pour surmonter cette situation, deux résistances de grande valeur sont ajoutées à travers le condensateur individuel pour réduire le courant de fuite.

Dans l'image ci-dessous, la technique d'équilibrage est illustrée où deux condensateurs en série sont équilibrés à l'aide de résistances de haute valeur.

En utilisant la technique d'équilibrage, la différence de tension influencée par le courant de fuite peut être contrôlée.