Việc vận hành bất kỳ tụ điện nào dưới mức điện áp tối đa cho phép của nó giúp đảm bảo tuổi thọ hoạt động lâu dài hơn. Khi điện áp sử dụng gần chạm mức định mức và tụ hoạt động ở nhiệt độ cao, hiệu suất có thể suy giảm. Việc chọn mức điện áp thấp hơn giới hạn cho phép có thể giúp hạn chế hiện tượng này..

Tụ điện gốm là một trong những loại tụ phổ biến nhất hiện nay, nhờ vào kích thước nhỏ gọn và khả năng tương thích với linh kiện gắn bề mặt (SMD). Tên gọi của chúng bắt nguồn từ vật liệu chế tạo — các lớp xen kẽ giữa bột gốm và hồ dán kim loại được nung ở nhiệt độ cao để tạo thành cấu trúc cứng chắc. Là linh kiện không phân cực, tụ gốm có thể sử dụng linh hoạt trong cả mạch AC lẫn DC. Chúng cũng có dải giá trị dung lượng phong phú, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng ghép nối, tách tín hiệu và lọc nhiễu..

Điện áp định mức tối đa của tụ điện thường rất cao, đây là một lợi thế lớn. Khi điện áp vượt quá mức định mức một chút, dung lượng của chúng giảm mà không gặp phải hỏng hóc nào nghiêm trọng. Khi chịu điện áp vượt quá mức định mức tối đa, vật liệu gốm trong tụ điện có thể bị phá vỡ, dẫn đến hiện tượng đoản mạch giữa các bản cực kim loại. Nếu hệ thống có bảo vệ quá dòng, sự cố này thường không gây hậu quả nghiêm trọng. Tuy nhiên, để đảm bảo độ tin cậy và kéo dài tuổi thọ của thiết kế, các kỹ sư cần lựa chọn hệ số giảm áp (derating) phù hợp cho tụ điện gốm nhằm tránh hư hỏng trong quá trình vận hành..

Đặc điểm nổi bật

1. Điện dung (C)

Giá trị của điện dung , C của tụ điện là giá trị quan trọng nhất trong tất cả các đặc tính của tụ điện. Giá trị này được đo bằng pico-Farads (pF), nano-Farads (nF) hoặc micro-Farads (μF) và được đánh dấu trên thân tụ điện dưới dạng số, chữ cái hoặc dải màu.

Điện dung của tụ điện có thể thay đổi giá trị với tần số mạch (Hz) y bằng nhiệt độ môi trường. Tụ gốm nhỏ hơn có thể có giá trị danh nghĩa thấp bằng một pico-Farad, (1pF) trong khi tụ điện lớn hơn có thể có giá trị điện dung danh nghĩa lên đến một Farad, (1F).

Tất cả các tụ điện đều có xếp hạng dung sai có thể nằm trong khoảng từ -20% đến cao nhất là + 80% đối với điện phân nhôm ảnh hưởng đến giá trị thực hoặc giá trị thực của nó. Việc lựa chọn điện dung được xác định bởi cấu hình mạch nhưng giá trị đọc được trên mặt của tụ điện có thể không nhất thiết phải là giá trị thực của nó.

2. Điện áp làm việc, (WV)

Các điện áp làm việc là một đặc tính tụ quan trọng là định nghĩa tối đa liên tục điện áp hoặc DC hoặc AC có thể được áp dụng cho các tụ điện mà không gây hỏng tụ điện. Nói chung, điện áp làm việc được in trên mặt của thân tụ điện đề cập đến điện áp làm việc DC của nó, (WVDC).

Giá trị điện áp DC và AC thường không giống nhau đối với tụ điện vì giá trị điện áp AC đề cập đến giá trị rms chứ KHÔNG phải giá trị cực đại hoặc giá trị đỉnh lớn hơn 1,414 lần. Ngoài ra, điện áp làm việc DC được chỉ định có giá trị trong một phạm vi nhiệt độ nhất định, thường là -30 ° C đến + 70 ° C.

Bất kỳ điện áp DC nào vượt quá điện áp làm việc của nó hoặc dòng điện AC quá mức đều có thể gây ra hỏng hóc. Do đó, tụ điện sẽ có tuổi thọ làm việc lâu hơn nếu được vận hành trong môi trường mát mẻ và trong điện áp danh định của nó. Các điện áp một chiều làm việc phổ biến là 10V, 16V, 25V, 35V, 50V, 63V, 100V, 160V, 250V, 400V và 1000V và được in trên thân của tụ điện.

3. Nhiệt độ làm việc, (T)

Sự thay đổi nhiệt độ xung quanh tụ điện ảnh hưởng đến giá trị của điện dung vì những thay đổi trong đặc tính điện môi. Nếu không khí hoặc nhiệt độ xung quanh trở nên nóng hoặc lạnh đi, giá trị điện dung của tụ điện có thể thay đổi nhiều ảnh hưởng đến hoạt động chính xác của mạch. Phạm vi làm việc bình thường của hầu hết các tụ điện là -30 o C đến +125 o C với xếp hạng điện áp danh định được đưa ra cho nhiệt độ làm việc không quá +70 o C, đặc biệt là đối với các loại tụ điện bằng nhựa.

Nói chung đối với tụ điện và đặc biệt là tụ điện nhôm, ở nhiệt độ cao (trên +85 o C, chất lỏng bên trong chất điện phân có thể bị bay hơi và thân của tụ điện (đặc biệt là kích thước nhỏ) có thể bị biến dạng do áp suất bên trong và rò rỉ hoàn toàn. Ngoài ra, không thể sử dụng tụ điện ở nhiệt độ thấp, dưới khoảng -10 o C, vì thạch điện phân đông lại.

4. Hệ số nhiệt độ, (TC)

Các Hệ số nhiệt độ của một tụ điện là sự thay đổi lớn nhất trong dung của nó trên một phạm vi nhiệt độ nhất định. Hệ số nhiệt độ của tụ điện thường được biểu thị tuyến tính dưới dạng phần triệu trên độ C. (PPM / o C), hoặc phần trăm thay đổi trong một phạm vi nhiệt độ cụ thể. Một số tụ điện là không tuyến tính (tụ điện loại 2) và tăng giá trị của chúng khi nhiệt độ tăng lên tạo cho chúng một hệ số nhiệt độ được biểu thị bằng “P” dương.

Một số tụ điện giảm giá trị của chúng khi nhiệt độ tăng lên tạo cho chúng một hệ số nhiệt độ được biểu thị bằng âm “N”. Ví dụ “P100” là +100 ppm / o C hoặc “N200”, là -200 ppm / o C, v.v. Tuy nhiên, một số tụ điện không thay đổi giá trị của chúng và không đổi trong một phạm vi nhiệt độ nhất định, các tụ điện như vậy có giá trị bằng không hệ số nhiệt độ hoặc “NPO”. Những loại tụ điện như Mica hoặc Polyester thường được gọi là tụ điện loại 1.

Hầu hết các tụ điện, đặc biệt là tụ điện mất điện dung khi chúng nóng lên nhưng các tụ bù nhiệt độ có sẵn trong khoảng ít nhất từ ​​P1000 đến N5000 (+1000 ppm / o C đến -5000 ppm / o C). Cũng có thể mắc nối tiếp một tụ điện có hệ số nhiệt độ dương hoặc song song với một tụ điện có hệ số nhiệt độ âm, kết quả thực là hai tác động ngược chiều sẽ triệt tiêu lẫn nhau trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Một ứng dụng hữu ích khác của tụ điện có hệ số nhiệt độ là sử dụng chúng để loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt độ lên các thành phần khác trong mạch, chẳng hạn như cuộn cảm hoặc điện trở, v.v.

Sử dụng hợp lý

Các tụ điện gốm có thể bị suy giảm điện dung khi có điện áp áp dụng. Các tụ điện gốm X7R, X5R và Y5V gặp phải hiện tượng giảm điện dung theo thời gian do sự thay đổi hoặc tái sắp xếp các dipole điện trong tụ. Sự giảm điện dung này có thể lên đến 80% khi có điện áp định mức. Hiện tượng này được gọi là hệ số điện dung theo điện áp.

Để loại bỏ tác động của hệ số điện dung theo điện áp, người ta khuyến nghị sử dụng tụ điện gốm với điện áp thấp hơn so với điện áp định mức. Việc giảm điện áp được biểu thị dưới dạng phần trăm giảm đi so với điện áp định mức. Ví dụ, nếu giảm điện áp tụ điện gốm 30%, có nghĩa là tụ điện chỉ hoạt động ở 70% điện áp định mức.

Lựa chọn tụ điện gốm với điện áp định mức gấp đôi hoặc lớn hơn điện áp thực tế trong ứng dụng là phương pháp tốt nhất để giảm điện áp. Vì năng lượng lưu trữ trong tụ điện phụ thuộc vào bình phương điện áp, việc giảm điện áp sẽ ảnh hưởng đến khả năng xử lý năng lượng của tụ điện gốm.

Để tránh việc nổ và hiện tượng hệ số điện dung theo điện áp, tốt nhất là chọn tụ điện gốm có điện áp giảm khoảng 50% so với điện áp định mức.

Ứng dụng thực tế

Tụ điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện và điện tử.

• Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi bởi tụ điện lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch đại được sử dụng.
• Tụ điện có thể để xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho các máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử.
• Trong các chế tạo đặc biệt về vấn đề quân sự, ứng dụng của tụ điện dùng trong các máy phát điện, thí nghiệm vật lý, radar, vũ khí hạt nhân,…
• Ứng dụng của tụ điện trong thực tế lớn nhất là việc áp dụng thành công nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng.
• Và nhiều hơn nữa những tác dụng của tụ điện như xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, mạch điều chỉnh,…