Soddisfare i severi requisiti per i condensatori di sicurezza Y1

Non prendete scorciatoie nella scelta dei condensatori di sicurezza per applicazioni da linea a terra ad alta tensione. Lo standard internazionale è complesso e rigoroso in merito ai test e alla certificazione delle prestazioni dei condensatori di sicurezza di tipo Y1 e di altri condensatori fissi utilizzati principalmente nei circuiti collegati alla rete elettrica c.a.

Lo standard IEC 60384-14 è ampiamente adottato o adattato nelle normative nazionali in tutto il mondo. Specifica i requisiti che devono soddisfare i condensatori utilizzati per applicazioni da linea a linea (Classe X) e da linea a terra (Classe Y). Ogni categoria ha ulteriori sottoclassi e Y1 è specifica per la sicurezza dell'utente e la soppressione delle interferenze elettromagnetiche (EMI).

Lo standard per il tipo Y1 si occupa principalmente della sicurezza e i condensatori devono essere progettati con un meccanismo di sicurezza intrinseca, al fine di evitare guasti catastrofici. I condensatori sono estremamente diffusi nei prodotti elettronici consumer, come elettrodomestici, dispositivi di domotica, impianti HVAC, apparecchiature mediche e sistemi di controllo industriale.

I condensatori di tipo Y1 devono essere in grado di resistere a tensioni impulsive fino a 8 kV, principalmente negli alimentatori commutati e in altre applicazioni che richiedono l'isolamento a terra.

Pertanto è fondamentale che i progettisti selezionino i giusti condensatori di sicurezza pre-certificati in base ai valori di tensione e di capacità, ai fattori ambientali e ai requisiti specifici dell'applicazione. Inoltre, la presenza di condensatori Y1 su una scheda a circuiti stampati (PCB) può influire in modo significativo sulle prestazioni e sulle capacità di soppressione delle EMI. Per posizionarli nel modo migliore per la massima efficienza, si consiglia vivamente di seguire le best practice.

Requisiti di test rigorosi

Scegliendo condensatori di tipo Y1 pre-certificati potrete essere certi che siano stati sottoposti alle rigorose procedure di test richieste e che siano in grado di resistere a sovratensioni, funzionare in modo affidabile e guastarsi in sicurezza. Questi condensatori sono inoltre progettati per resistere a condizioni ambientali difficili, tra cui vibrazioni e temperature estreme.

Vengono sottoposti a test che ne valutano la rigidità dielettrica, la capacità e la perdita di energia, la dispersione di corrente, la stabilità in temperatura, la resistenza all'umidità e lo shock termico, nonché a stress di tensione a lungo termine, transitori ad alta tensione, infiammabilità, vibrazioni e urti.

I test sono monitorati e certificati da organizzazioni indipendenti come Underwriters Laboratories negli Stati Uniti ed enti simili in altri Paesi. Durante gli audit condotti dalle organizzazioni di certificazione, i produttori sono tenuti a fornire la documentazione completa dei risultati dei test, le specifiche dei materiali e i registri di produzione. Una volta ottenuta la certificazione, possono essere monitorati da autorità di vigilanza del mercato come la Commissione USA sulla sicurezza dei beni di consumo.

Il mancato rispetto delle norme e delle regole di certificazione può comportare il ritiro dell'etichettatura di certificazione, sanzioni pecuniarie, richiami di prodotti e persino divieti di commercializzazione.

Scelte del dielettrico Y1

I condensatori di sicurezza Y1 utilizzano materiali a film ceramico o polimerico per l'isolamento dielettrico e l'immagazzinaggio dell'energia. Il tipo di materiale influisce sulle prestazioni, ad esempio sulla capacità e sulla stabilità termica.

I condensatori ceramici offrono in genere una capacità inferiore nell'intervallo da picofarad (pF) a pochi nanofarad (nF), forniscono soppressione delle EMI ad alta frequenza dove è accettabile una capacità inferiore e sono generalmente disponibili in dimensioni più compatte. Ciò li rende idonei per applicazioni quali alimentatori a commutazione, circuiti automotive, driver LED e per una gamma crescente di dispositivi consumer.

I condensatori basati su film supportano un intervallo di capacità più ampio, da nF a un microfarad (μF) o più, e sono ampiamente utilizzati per applicazioni caratterizzate da un maggiore accumulo di energia o filtraggio a frequenze più basse. Essendo più grandi e ingombranti, in genere vengono scelti quando le dimensioni rappresentano un fattore meno critico, come le applicazioni industriali e ad alta potenza.

Serie DK1 in ceramica di Murata Electronics

Data la crescente diffusione di dispositivi più piccoli, anche i condensatori devono evolversi per mantenere prestazioni elevate con ingombri ridotti. Murata Electronics offre una linea di condensatori di sicurezza ceramici Y1 a montaggio superficiale, ideali per applicazioni con alimentatore a commutazione c.a./c.c. compatte, a profilo ribassato.

I condensatori ceramici Y1 serie DK1 di Murata misurano 11,4 x 6 mm e hanno uno spessore di soli 2,5 mm. Offrono pertanto ai progettisti l'opportunità di contribuire ad applicazioni di alimentazione a profilo ribassato (Figura 1). Nonostante la loro compattezza, forniscono valori di capacità che vanno da 10 pF a 1500 pF, con tensioni nominali Y1 disponibili da 250 a 500 V_c.a. (rms).

Figura 1: I condensatori Y1 serie DK1 di Murata offrono ai progettisti un'opzione a montaggio superficiale compatta e a profilo ribassato (11,4 x 6 x = 2,5 mm). (Immagine per gentile concessione di Murata Electronics)

I dispositivi serie DK1 sono sottoposti a test che ne verificano l'affidabilità a lungo termine in condizioni di sollecitazioni elevate. Assicurano un'ottima resistenza al calore, all'umidità e alle sollecitazioni elettriche. L'intervallo della temperatura di funzionamento si estende da -40 a +125 °C. La loro elevata resistenza di isolamento, superiore a 6000 MΩ, garantisce stabilità e sicurezza negli alimentatori, nei controlli industriali e nei dispositivi medici.

I condensatori Y serie DK1 possono essere utilizzati anche come condensatori di Classe X per incrementare ulteriormente il margine di sicurezza, offrendo un fattore di sovratensione più elevato rispetto ai 4 kV max dei condensatori X1 e ai 2,5 kV max dei condensatori X2. Un condensatore certificato per Y1 e X1/X2 può permettere di far fronte più facilmente alle sfide di progettazione e gestione delle scorte nei mercati globali. Ciò non esime comunque i progettisti dal valutare i costi, i requisiti di capacità e le certificazioni per garantire che i condensatori di sicurezza con doppia certificazione siano la scelta giusta per l'applicazione.

La serie DK1 di Murata comprende un'ampia gamma di opzioni che offrono versatilità per prodotti elettronici consumer, apparecchiature industriali e altri progetti con vincoli di spazio che richiedono una robusta sicurezza. I seguenti condensatori sono un esempio di tale versatilità:

• DK1B3EA101K86HAH01 (Figura 2) ha una bassa capacità di 100 pF con una potenza nominale di 300 V_c.a., che ne fa una valida opzione per filtrare le EMI ad alta frequenza senza incidere sulle prestazioni del circuito in applicazioni come i circuiti di elaborazione del segnale e le apparecchiature di comunicazione e dati ad alta velocità.
• DK1E3EA102M86HAH01 offre una capacità di 1000 pF e una tensione nominale di 400 V_c.a.. È più adatto per applicazioni che richiedono una soppressione delle interferenze elettromagnetiche da moderate a elevate, filtraggio ad ampia frequenza e resilienza in ambienti ad alta tensione o di grado industriale.
• DK1B3EA471K86RAH01 offre un buon compromesso tra maggiore soppressione del rumore e sicurezza, con una capacità di 470 pF. È idoneo per applicazioni che richiedono sia il filtraggio del rumore che la stabilità di tensione, come gli alimentatori c.a./c.c. per apparecchiature industriali e apparecchi consumer motorizzati. La sua tensione nominale è di 300 V_c.a..

Figura 2: La bassa capacità di DK1B3EA101K86HAH01 di Murata offre un filtraggio delle EMI senza influire sulle prestazioni. (Immagine per gentile concessione di Murata Electronics)

Conclusione

I condensatori di sicurezza Y1 sono fondamentali per le applicazioni ad alta tensione e vengono sottoposti a test rigorosi per garantire che possano resistere a tensioni impulsive, funzionare in modo affidabile e guastarsi in modo sicuro in varie applicazioni in condizioni ambientali difficili. La serie DK1 di condensatori ceramici Y1 di Murata Electronics offre ai progettisti una soluzione compatta e a profilo ribassato in una gamma versatile di valori di capacità e tensioni nominali.