Керамические конденсаторы в светодиодной осветительной аппаратуре

Опубликовано 29.01.2011 Ведущий Антон Степанов

Одна из часто встречающихся проблем при проектировании светодиодных осветительных схем — воздействие очень высоких напряжений на конденсаторы, которое может приводить к выходу их из строя задолго до окончания расчетного срока службы изделия. Происходит это за счёт подверженности керамических конденсаторов электрострикционному эффекту. При приложении переменного напряжения конденсатор растягивается и сжимается в разных направлениях. У края внешнего электрода конденсатора сосредотачиваются механические искажения и напряжения. Если приложенное переменное напряжение велико, а материал имеет достаточно выраженные диэлектрические свойства, через некоторое время под внешним электродом могут образоваться трещины, которые могут привести к отказу компонента с коротким замыканием. В конденсаторах Murata электрострикционный эффект ослабляется за счет применения ряда методов, связанных с приданием конденсатору особой структуры. Первый фактор, который необходимо учесть — это толщина слоя диэлектрика между внутренними электродами конденсатора. Она непосредственно влияет на силу электрострикционного эффекта. Поэтому при конструировании высоковольтных конденсаторов важно сделать слой диэлектрика достаточно толстым, чтобы ослабить внутренние механические напряжения в конденсаторе. Во-вторых, электрострикционный эффект может зависеть от структуры внутренних электродов. Вот так, например, выглядит типовая структура внутренних электродов. А вот так – структура внутренних электродов одного из типов высоковольтных конденсаторов Murata. Центральная область этой структуры неактивна и поэтому свободна от электрострикционного эффекта. Это один из нескольких методов, с помощью которых компании Murata удается защитить свои конденсаторы от внутренних механических напряжений. Кроме того, на образование трещин может влиять толщина внешнего, нерабочего слоя диэлектрика. Именно в нем обычно берут начало трещины, поэтому увеличив
его толщину, а тем самым и механическую прочность, можно продлить срок службы конденсатора. Наконец, немаловажную роль играют свойства самого диэлектрического материала, так как данный эффект свойственен только для материалов с высокой диэлектрической постоянной. Компания Murata внимательно учитывает свойства материалов, с тем чтобы изделия на высокое номинальное напряжение конструировались из подходящих диэлектриков. Принимая во внимание все эти факторы, Murata рекомендует в типовой светодиодной осветительной схеме применять в качестве конденсаторов C4 и C5, многослойные керамические конденсаторы серии GRM, которые превосходят требования к минимальному сроку службы. Эти компоненты имеют температурную характеристику X7R и выпускаются в ряде номиналов; конденсаторы на номинальное напряжение 630 В постоянного тока имеют номинальную емкость от 0,001 до 0,22 мкФ, а конденсаторы на номинальное напряжение 1 кВ постоянного тока — от 47 пФ до 0,1 мкФ. В общем и целом не следует недооценивать нагрузки, которым подвергаются керамические конденсаторы в светодиодных осветительных схемах. По опыту Murata, неверный выбор конденсатора может сократить срок службы конечного продукта из-за образования трещин в диэлектрике. При проектировании такого рода продукции конструкторам следует позаботиться об использовании бескорпусных керамических конденсаторов с адекватными номинальными
параметрами и усовершенствованной конструкцией, позволяющей ослабить электрострикционный эффект.