Nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa hiện tượng tăng nhiệt độ của tụ điện SMD

Nhiều thông số của tụ điện SMD có mối quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ. Khi sử dụng, cần chú ý đến ảnh hưởng của nhiệt độ đối với tụ điện để tránh sự suy giảm hiệu suất và tuổi thọ.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tuổi thọ của tụ điện

Nhiệt độ tăng cao sẽ làm giảm tuổi thọ của tụ điện. Do đó, cần cân nhắc kỹ về điều kiện nhiệt độ khi sử dụng tụ điện SMD, đảm bảo chúng hoạt động ở khoảng 20°C để tránh ảnh hưởng đến thông số kỹ thuật.

Dù là tụ gốm chịu nhiệt độ cao, tụ nhôm điện phân hay tụ tantalum điện phân, các đặc tính như điện dung, độ chính xác và khả năng chịu điện áp đều tỷ lệ nghịch với nhiệt độ. Cụ thể:

• Dung lượng lớn → Điện áp chịu đựng thấp → Độ chính xác giảm
• Dung lượng lớn → Kích thước tụ điện lớn hơn
• Giá thành tụ chịu nhiệt cao phụ thuộc vào dải nhiệt độ hoạt động và dung lượng tụ

Nguyên nhân dẫn đến tăng nhiệt độ của tụ điện SMD

1. Tản nhiệt kém

   • Nếu hệ thống không có giải pháp tản nhiệt hiệu quả, tụ điện có thể tích tụ nhiệt, gây suy giảm hiệu suất.

2. Lắp đặt gần nguồn nhiệt

   • Nếu tụ điện được đặt gần các linh kiện tỏa nhiệt cao như MOSFET, IC công suất, cuộn cảm… nó có thể hấp thụ nhiệt từ các linh kiện này, khiến nhiệt độ tăng lên.

3. Hiện tượng tự gia nhiệt và quá tải

   • Tụ điện sinh nhiệt do điện trở nối tiếp tương đương (ESR)
     • Khi tụ điện được sử dụng trong mạch xoay chiều (AC), ESR sẽ tạo ra nhiệt nội tại, đặc biệt trong các mạch có tần số cao.
   • Sạc và xả nhanh gây nóng tụ
     • Khi tụ điện liên tục sạc và xả nhanh, ESR sẽ sinh nhiệt, làm tăng nhiệt độ tụ điện. Vì vậy, trong mạch tần số cao, cần để dư mức an toàn đủ lớn.
   • Hoạt động quá điện áp định mức
     • Khi sử dụng tụ điện ở mức điện áp vượt quá phạm vi làm việc, nó có thể sinh nhiệt nhanh chóng.
   • Lưu ý:
     • Giữ nhiệt độ bề mặt tụ dưới giới hạn nhiệt độ làm việc tối đa, bao gồm cả nhiệt do chính tụ phát ra.

4. Tác động của nhiệt độ tăng cao đối với tụ điện
   Khi tụ điện bị tăng nhiệt độ quá mức, các vấn đề sau có thể xảy ra:

   • Ứng dụng điện xoay chiều (AC):
     • Tụ sinh nhiệt do điện trở ESR, đặc biệt trong các mạch tần số cao.
   • Quá trình sạc và xả nhanh:
     • Dòng điện thay đổi đột ngột gây nóng ESR.
   • Vượt quá điện áp danh định:
     • Nếu tụ điện bị quá điện áp, nhiệt độ sẽ tăng nhanh và gây hỏng hóc.
   • Lưu ý:
     • Nếu tụ điện được sử dụng trong cuộn dây tạo nhiệt, hãy đảm bảo rằng nhiệt độ bề mặt tụ không tăng quá 20°C và giữ nhiệt độ tổng thể dưới mức giới hạn làm việc.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất tụ điện

1. Ở nhiệt độ cao:

   • Điện dung giảm
   • Điện trở nối tiếp ESR tăng, tổn hao năng lượng cao hơn
   • Điện trở cách điện giảm, tuổi thọ sản phẩm ngắn lại

2. Ở nhiệt độ thấp:

   • Điện dung giảm
   • Điện trở nối tiếp ESR tăng
   • Đối với tụ MLCC loại II, dung lượng có thể thay đổi lớn nếu nhiệt độ làm việc thay đổi quá rộng

Giải pháp đảm bảo ổn định điện dung của tụ điện

1. Kiểm soát dải nhiệt độ hoạt động, giúp giảm thiểu sự thay đổi điện dung do nhiệt độ.
2. Lựa chọn tụ điện có vật liệu phù hợp để đảm bảo độ ổn định điện dung.

Lưu ý:

• Khi chọn tụ điện, cần cân nhắc đến đặc tính điện áp DC và ảnh hưởng của vị trí lắp đặt đến điện dung.