1. Tầm quan trọng của tụ điện
Tụ điện là một linh kiện điện tử phổ biến, được sử dụng trong hầu hết các mạch điện. Nó có vai trò quan trọng trong các mạch lọc, trễ, ghép nối, cộng hưởng và nhiều ứng dụng khác. Vậy tại sao tụ điện có thể bị rò rỉ dung dịch điện phân hoặc thậm chí phát nổ?
2. Phân tích nguyên nhân gây nổ tụ điện
Có nhiều nguyên nhân khiến tụ điện phát nổ, chẳng hạn như:
- Dòng điện vượt quá mức dòng gợn tối đa cho phép
- Điện áp sử dụng cao hơn điện áp hoạt động của tụ
- Điện áp bị ngược hoặc mạch có sự sạc và xả điện liên tục
Nhiệt độ cao là nguyên nhân trực tiếp nhất gây nổ tụ điện.
Một thông số quan trọng của tụ điện là khả năng chịu nhiệt, thể hiện qua điểm sôi của dung dịch điện phân bên trong tụ. Hầu hết các tụ điện hóa đều ghi rõ phạm vi nhiệt độ hoạt động, ví dụ: từ -40°C đến 105°C.
Khi nhiệt độ tăng cao, nếu nhiệt độ bên trong tụ đạt đến điểm sôi của dung dịch điện phân, chất điện phân sẽ bắt đầu sôi, làm tăng áp suất bên trong tụ. Nếu áp suất này vượt quá giới hạn chịu đựng của van chống nổ, tụ điện sẽ phát nổ. Chính vì vậy, các nhà sản xuất thiết kế van chống nổ để khi xảy ra sự cố, áp suất dư thừa sẽ được xả theo hướng an toàn.
3. Tại sao nhiệt độ lại ảnh hưởng lớn đến tụ điện?
Với bất kỳ linh kiện nào, nhiệt độ là yếu tố quan trọng quyết định độ bền và hiệu suất. Đối với tụ điện hóa, nhiệt độ cao làm đẩy nhanh các phản ứng hóa học, khiến lớp cách điện xuống cấp theo thời gian.
Tuổi thọ thiết kế thông thường của tụ điện khoảng 20.000 giờ, nhưng yếu tố nhiệt độ môi trường có tác động rất lớn. Đặc biệt, đối với các tụ điện dùng trong mạch hạ áp, cần phải tính toán kỹ sự suy giảm điện dung theo thời gian, nếu không toàn bộ thiết bị có thể hỏng sau vài năm.
Thực nghiệm cho thấy, cứ mỗi 10°C nhiệt độ môi trường tăng thêm, tuổi thọ của tụ điện sẽ giảm một nửa.
4. Những lưu ý trong thiết kế mạch để bảo vệ tụ điện
Để tránh nguy cơ nổ tụ điện, cần chú ý những điểm sau khi thiết kế mạch:
A. Để đảm bảo độ ổn định, tụ điện cần được kiểm tra trong điều kiện nhiệt độ cao trước khi sản xuất hàng loạt nhằm đảm bảo chất lượng.
B. Nhiệt độ hoạt động và dòng điện gợn phải tuân theo thông số kỹ thuật của tụ điện.
C. Dung môi hóa học trong chất điện phân và giấy điện phân có tính dễ cháy, đồng thời chất điện phân có tính dẫn điện. Nếu nó rò rỉ ra bảng mạch, có thể gây ăn mòn hoặc đoản mạch, dẫn đến bốc khói hoặc cháy. Vì vậy, không nên có đường mạch bên dưới phần niêm phong của tụ điện.
D. Đối với mạch có yêu cầu sạc và xả nhanh, tần suất cao, không nên dùng tụ điện hóa nhôm, mà nên chọn loại tụ có tuổi thọ cao, được thiết kế chuyên biệt.
E. Điện áp đỉnh (tổng của điện áp DC và điện áp gợn) không được vượt quá mức điện áp danh định của tụ.
F. Nếu nối hai hoặc nhiều tụ điện nối tiếp, cần đảm bảo điện áp đặt lên mỗi tụ nhỏ hơn giá trị danh định, đồng thời mắc song song điện trở cân bằng để phân bố điện áp đều giữa các tụ.
Trong mọi trường hợp, để đảm bảo mạch hoạt động ổn định và bền bỉ, cần xem xét kỹ các thông số ngay từ giai đoạn thiết kế, chọn loại tụ phù hợp với yêu cầu của mạch, đồng thời ưu tiên sử dụng tụ điện hóa chất lượng cao, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật.