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CAPACITOR PERFORMANCE VERSUS TEMPERATURE

The capacitors’ performance versus temperature essentially depends upon the dielectric

type. Figure 1 shows ranges of operating temperatures.

Important differences affect the laws governing the changes of the main electrical

characteristics. They are highlighted by the following curves :

COMPORTEMENTDESCONDENSATEURSENFONCTIONDELATEMPERATURE

Le comportement des condensateurs en fonction de la température dépend

essentiellement de la nature du diélectrique. Les gammes de températures d’utilisation

sont données par la figure 1.

Des différences importantes affectent les lois de variations des principaux paramètres

électriques et sont mises en évidence sur les courbes suivantes :

Tg 1 kHz (10-4)

-55 -40 -25

0

40

70 85 100

200

155

125

20

°C

50

100

0

Tg = f (O)

102

103

104

105

106

MΩµF(s)

°C

-55 -40 -25

0

40

55 70 85 100

200

155

125

20

-55 -40 -25

0

40 55 70 85 100

200

155

125

20

°C

C/C (%) @ 1 kHz

-2

-4

0

+6

+4

+2

C/C = f(O)

-55 -40 -25

0

40

70 85 100

200

125

155

20

°C

Reconstituted Mica /Mica reconstitué

Mica /Mica

Polystyrene /Polystyrène

PEN /PEN

Polypropylene /Polypropylène

Polycarbonat /Polycarbonate

P.P.S. /P.P.S.

Polyester /Polyester

Teflon®/Téflon

Fig. 1 : Ranges of operating temperatures

Gammes de températures d’utilisation

Fig. 3 : Loss angle change versus temperature

Variation de la tangente de l’angle de pertes en fonction de la température

Fig. 2 : Capacitance drift versus temperature

Variation de la capacité en fonction de la température

Fig. 4 : Insulation resistance change versus temperature

Variation de la résistance d’isolement en fonction de la température

Ri

C

Rd

Rs

Ls

Cd

CAPACITOR PERFORMANCE VS. FREQUENCY

A real capacitor may be represented by the diagram below:

Ls Series inductance

Rs Resistance of metal foil and connections

Ri Insulation resistance

Cd Dielectric absorption

Rd Resistance equivalent to the dielectric losses

C Capacitance

The resistive terms generate temperature rises when the

capacitors carry A.C. current (IRA). Depending on the frequency

range, they may be more or less preponderant. The equivalent

ESR series resistance is the sum of these terms :

When frequency increases, the term 1/Ri C2 2 becomes rapidly

negligible.

The metal foil and the connections are designed to obtain

a resistance value (Rs) as low as possible. This value is

dependent on the capacitors technology and geometry.

Inductance Ls also disturbs the operation of the capacitors at

high frequencies. Impedance Z is stated as follows :

When frequency increases, the effect of Ls will gradually

nullify the capacitance component of the capacitors until it

reaches the resonance frequency where Z = Rs and LC 2 = 1

COMPORTEMENT DES CONDENSATEURS EN FONCTION DE LA FRÉQUENCE

Un condensateur réel peut être représenté par le schéma ci-dessous :

Ls Inductance série

Rs Résistance des armatures et des liaisons

Ri Résistance d’isolement

Cd Absorption du diélectrique

Rd Résistance équivalente aux pertes du diélectrique

C Capacité

Les termes résistifs sont à l’origine des échauffements lorsque

les condensateurs sont parcourus par un courant efficace

(IRA). Selon la gamme de fréquences F, ils peuvent être plus ou

moins prépondérants. La résistance série équivalente ESR est la

somme de tous ces termes :

Lorsque la fréquence augmente, le terme 1/Ri C2 2 devient

rapidement négligeable.

Les armatures et les liaisons doivent être conçues pour obtenir une

résistance (Rs) aussi faible que possible. De plus, celle-ci dépend

de la technologie et de la géométrie du condensateur. L’inductance

Ls perturbe également le fonctionnement des condensateurs à des

fréquences élevées. L’impédance Z s’écrit : Lorsque la fréquence

augmente, l’influence de Ls se traduira par une annulation

progressive de la composante capacitive des condensateurs

jusqu’à la fréquence de résonance où Z = Rs et LC 2 = 1

ESR = Rs + Tg

δ /C + 1/Ri C2 2

ou Tg

δ = Rd C

et = 2 π f

ESR = Rs + Tg

δ /C

Z =V Rs2 + (Ls. – 1/ C. )2