Principais conclusões

• Independentemente do tipo de capacitor, os capacitores de cerâmica são reduzidos para evitar cargas imensas e outros efeitos nocivos causados ​​pela tensão e temperatura aplicadas.

• A redução pode ser feita limitando a tensão aplicada a cerca de 50% abaixo da tensão nominal. Este tipo de redução é chamado de redução de tensão.

• O método de desclassificação que limita a temperatura a 15°C abaixo da temperatura nominal máxima de operação é chamado de desclassificação de temperatura. 

A tensão de desclassificação do capacitor de cerâmica deve ser de pelo menos 50% da tensão esperada para garantir uma operação sem riscos

Os capacitores de cerâmica são frequentemente usados ​​em circuitos eletrônicos devido a características como precisão, tolerância, tamanho, alta tensão e capacidade de manuseio de alta potência. O processo de seleção de capacitores de cerâmica em qualquer aplicação de circuito deve levar em consideração a tensão esperada que aparece no capacitor de cerâmica, pois a degradação do capacitor causada pela tensão aplicada que se aproxima do valor de tensão nominal é prejudicial ao componente e ao circuito. A técnica de desclassificação, onde o capacitor é utilizado por sua capacidade nominal reduzida, ajuda a proteger os capacitores de cerâmica de tais riscos. A tensão de desclassificação do capacitor de cerâmica deve ser de pelo menos 50% da tensão esperada para garantir uma operação sem riscos. Neste artigo, veremos a desclassificação do capacitor de cerâmica e seus  requisitos de tensão . 

Tipos de capacitores cerâmicos 

Os capacitores de cerâmica são famosos por seu tamanho físico compacto, grande capacitância e alta resistência de isolamento. Eles são fabricados queimando uma fina película de metal em altas temperaturas em ambos os lados das  camadas dielétricas de cerâmica empilhadas . O filme de metal geralmente é feito de prata. Os terminais são soldados no filme de metal ou fixados por contato de pressão. Todo o pacote é encapsulado para proteção ambiental e isolamento elétrico. Este tipo de capacitor cerâmico é chamado de capacitor de disco cerâmico.

Outro tipo de capacitor de cerâmica, chamado capacitor de cerâmica multicamada (MLCC), é pequeno em tamanho e frequentemente usado em  tecnologias de montagem em superfície ,  sistemas de supressão de EMI ou RFI ou como capacitores de passagem. Independentemente do tipo de capacitor, os capacitores de cerâmica são desclassificados para evitar cargas imensas e outros efeitos nocivos causados ​​pela tensão e temperatura aplicadas. 

Redução de Capacitores de Cerâmica 

Confiabilidade, proteção contra picos de corrente excessivos e estabilidade dos principais parâmetros elétricos são razões físicas que levam à redução de capacidade de qualquer tipo de capacitor. A confiabilidade dos capacitores de cerâmica em condições de alta umidade é alta, pois a cerâmica oferece impermeabilidade à umidade. No entanto, os capacitores de cerâmica exibem baixa confiabilidade com a temperatura. Os capacitores de cerâmica também são vulneráveis ​​a falhas na forma de curtos-circuitos, circuitos abertos ou desvio de parâmetros. A corrente de surto excessiva é capaz de induzir degradação térmica, bem como falhas fatais. Com a tensão e a temperatura, os parâmetros elétricos como capacitância, resistência equivalente em série (ESR) e indutância equivalente em série (ESL) variam. 

Métodos de redução de capacitor de cerâmica

Derating significa reduzir a quantidade de fatores de aceleração de carga para que a operação do capacitor se torne menos suscetível a falhas. Tensão e temperatura são os fatores de aceleração de carga em capacitores. Os efeitos cumulativos de tensão e temperatura são críticos para o carregamento do capacitor. O valor da capacitância é influenciado pelo aumento da tensão e da temperatura. À medida que a tensão aplicada se aproxima da tensão nominal, observa-se degradação no valor do capacitor. Quando a temperatura aumenta, ocorre uma diminuição na capacitância nos circuitos.

Em capacitores cerâmicos, a desclassificação pode ser obtida controlando os parâmetros de desclassificação, ou seja, tensão e temperatura. A redução é considerada a maneira mais eficaz de evitar falhas, bem como desvios de parâmetros em capacitores de cerâmica. Isso pode ser feito limitando a tensão aplicada a cerca de 50% abaixo da tensão nominal. Este tipo de redução é chamado de redução de tensão. O outro método de redução é limitar a temperatura a 15℃ abaixo da temperatura nominal máxima de operação; esse método é chamado de redução de temperatura.

Tensão de Derating do Capacitor de Cerâmica

Os capacitores de cerâmica são vulneráveis ​​à degradação da capacitância com a tensão aplicada. Os capacitores cerâmicos X7R, X5R e Y5V experimentam uma diminuição na capacitância ao longo do tempo devido ao relaxamento ou realinhamento de dipolos elétricos dentro do capacitor. A diminuição da capacitância da cerâmica chega a 80% na tensão nominal. Este fenômeno é conhecido como o coeficiente de voltagem da capacitância.

Recomenda-se usar um capacitor de cerâmica com uma tensão menor que a tensão nominal para eliminar o efeito do coeficiente de tensão da capacitância. A redução de tensão é expressa como a porcentagem da tensão que é subtraída da tensão nominal. Por exemplo, uma tensão de desclassificação do capacitor de cerâmica de 30% significa que o capacitor de cerâmica deve estar operando a 70% da tensão nominal.

Selecionar um capacitor de cerâmica com uma classificação de tensão maior ou igual a duas vezes a tensão a ser aplicada em uma determinada aplicação é a melhor prática para desclassificação. Como a energia armazenada no capacitor depende da tensão ao quadrado, a redução da tensão do capacitor de cerâmica afeta a capacidade de manuseio de energia do capacitor de cerâmica.

Para evitar explosões e o coeficiente de tensão da capacitância, é melhor escolher uma tensão de desclassificação do capacitor de cerâmica que esteja em torno de 50% da tensão nominal.

Fonte: Cadência