出产钽电容器的钽金属是一种稀有的高密度重金属,它具有古怪的特性;在耐酸性上,它几乎不和任何腐蚀性极强的酸发生反响,因而,运用它出产的钽电容器的稳定性十分高,能够保持几十年功能不变.因而,在钽电容器诞生初期,它是专用的军用电容器.
别的,它又是一种十分简单氧化的金属.在室温就能够和氧发生简单的氧化反响.此现象根本违背了根本的化学规律;简单发生氧化反响的金属一般都不耐酸腐蚀,可是,钽金属是个个例. 因而,出产出的钽电容器就必定具有十分特殊的功能. 高稳定性,长寿命,高温功能优秀.最高的容量体积比.当然,还有高本钱和过于杂乱的出产技术.AVX代理商
在长处杰出的前提下,钽电容器也具有要命的弱点,耐纹波功能与其它电容器比较较差,不能接受过高的反向电压.这与天才的艺术家相同;在具有超凡才干的一起,还有远不如人的缺点......当然,假如运用办法和条件适宜,钽电容器依然具有最高的可靠性.这是它一至在军用职业里运用成为首选的根本原因.
钽电容器的这种两面性即被人诟病,也被人赞赏;它即或许是运用几十年后的仪器上依然功能完好如初的器材,也或许因为其它要素在加电测验时就突然失效.
实践上,钽电容器的长处能够经过适宜的运用和规划完全发挥出来,前提是咱们运用者有必要对它的优缺点有满足的了解,在选择类型和规划电路时把问题消灭在萌芽状况.
我常常见到许多院所在进行电子整机的研制时,仅仅经过一下实践的加电测验,再经过各种条件下的负载试验就能够定型,但比及大批出产时,问题频出.到出问题时,仅仅对某些进程细节进行查找,但没有对系统的规划可靠性进行客观评估. 以事实为根底的开发验证无可厚非,但一个合理的规划不但需求小批次的实践验证,更应该能够经过科学核算验证. 因为一个规划可靠性不行的电路是有或许经过小批的试验验证的,但到大批出产时就会不断呈现问题.此问题的预防办法只能有一个; 能够经过可靠性核算的规划+实践试验验证的规划.从更科学的视点看,咱们显着疏忽了规划的可靠性核算验证.
咱们有必要认识到;可靠性首要应该是规划出来的而不是别的.而规划的可靠性怎么,有必要一起能够经过可靠性核算验证和实践的整机负载试验验证.
当经历能够运用数学来验证时,这个经历才干够称为科学.否则,仅仅是带含糊性质的经历.
关于片式钽电容器来说,它的运用可靠性是完全能够事前核算出来的.不能等试验时问题频频,才倒回去查找规划的问题.这是缘木求鱼的欠科学行为.
运用在电子电路中的钽电容器在不同运用条件下的可靠性核算见下面的详细阐明.只要把这些都顾及的满足,整机的可靠性关于电容器部分的可靠性就能够保证了.关于电子整机,最简单失效的部分便是电源部分,关于电源部分,最简单失效的元件便是电容器,处理了电容器的失效问题,根本上就能够把整机的可靠性规划进步到一个较高的水平.
以下的阐明会告诉钽电容器运用者,假如恪守以下条件去运用,您的电路里的钽电容器的可靠性和您规划的设备的可靠性将能够到达很高的规范;
1.整机系统可靠性和子系统的可靠性核算[根底]
不同品种的电子整机的可靠性规划因为用途而不同很大,例如个人用的IT产品,一般能够保证在3年内不呈现大的问题,质量反映较好的N0KIA个人产品,实践上是因为可靠性规范就拟定的较高,所以才会呈现比较耐用的形象.而一些军用的电子设备,因为作业环境的改动规模很大,因而,在规划可靠性时,有必要考虑鲁棒性[即应付意外条件改动的才能]怎么.因而,不同用途的电子产品的可靠性规划取决于它的运用条件和运用环境约束.咱们不能要求把一个作业在室内的个人IT产品的可靠性等级进步到几十年,这是一种浪费.同样,你不能把武器的可靠性规划到个人用IT产品的水平.这是违法.可是,一部电子设备的可靠性首要是规划出来的,绝不是简单出产决定的.因而,整机的可靠性规划,有必要有清晰的能够量化的满足完善的参数目标.详细的规范实践上是各家公司或用户的协议目标.根本没有能够遵循的固定值.
可是,电子整机的可靠性是建立在电路规划可靠性和进程操控水平之上的.因而,整机的可靠性又能够分解为许多个详细的规范.
关于运用钽电容器的电子整机,因为其元件的可靠性是能够核算出来的,因而,分电路的可靠性就能够核算出来.值得注意的是,整机的可靠性有必要以可靠性最低的电路或元件的可靠性为基准. 整机的可靠性假如能够事前量化,那么就能够经过适当的核算来进步可靠性最低的部分的可靠性规划等级.
2.不同运用温度下的可靠性核算.
钽电容器漏电流随温度的添加而添加。作业在 85℃和 125℃之间，最大作业电压Vmax有必要降额，适宜的降额幅度能够从
下面的公式中求得：
Vmax=( 1-(T-85)/125)×VR
这里： T 是要求的作业温度
VR是额外电压
值得注意的是上述公式只适用于高阻抗的放电电路. 一起,上述公式并没有考虑沟通分量和浪涌的影响,因而当运用温度较
高时,有必要运用更大的降额电压才干稳定可靠地作业.
3.不同运用电压下的可靠性核算.
固体钽电容器的可靠性受环境条件的影响很大。例如：温度、湿度、冲击、振动、机械应力和电场强度，包含应用电压、
波纹电流、瞬间电流和电压以及频率。
电子整机的可靠性是建立在电子元件的更高可靠性根底之上，因而，在运用选型前有必要保证运用的元件的故障率高于整机
故障率要求，固体钽电容器的现场故障率[MTBF]能够从下面的表达式中核算出来：
MTBF=λ0(V/V0)3×2(T-T0)/10
这里：
MTBF：实践作业条件下的故障率
最高容许运用温度T：85度
V：实践运用电压
λ0：额外负载下的故障率 (1% /1000h)
T0：实践运用温度
V0：额外电压
测验条件：
温度： 85 ℃
电压： 额外电压
Rs： 3Ω[要求的线路保护电阻]
上式阐明在实践运用中过高的温度和运用电压对产品的可靠性影响十分大。在最高运用温度和作业电压限制的条件下，
应该尽或许选择额外电压更高的产品故障率才能够到达要求。
4.滤波电路中的可靠性核算.
假如在电容器上施加波纹电流，在电容器内会发生焦耳热（功率损耗），因而纹波电流大小会影响电容器的可靠性。
(1) 功率损耗
电容器经过沟通纹波时发生的实践功率损耗能够使用下面的公式核算：
P=I2 × ESR……………….公式 1
这里：
P: 功率损耗 (瓦特)
I: 波纹电流 (安倍)
ESR: 等效串联电阻 (Ω)
钽电容以其呈现色的高低温特性而成为运用者在作业条件恶劣时的首选,但其可靠性因为钽电容固有的缺点而遭到影响.特别是运用在高温和高浪涌时,产品的可靠性遭到突然失效的威胁十分大（钽电容爆破、钽电容烧毁）.因而,进步钽电容可靠性是咱们十分重要的尽力目标.
进步钽电容介质层厚度和质量
贴片钽电容的介质层具有很高的介电强度, 当直流电压进步1V,产品的介质层厚度能够添加16埃[每埃为百万分之一毫米]. 因而,进步贴片钽电容可靠性的最有用办法便是经过添加钽粉用量或比容,使产品的介质层更厚,使其能够耐受的电压更高.在体积容许的情况下,尽或许使规划的产品的构成电压更高.
别的,,不同的原材料质量和出产工艺及进程操控水平也能够使产品的介质层在厚度一定时具有更好的质量.它对产品的可靠性影响相同较显着.
下降钽电容的ESR值
钽电解电容在作业状况,其ESR与产品可耐受的浪涌电流成反比,ESR越低的产品,能够耐受的浪涌电流越大,因而想法下降产品的ESR值,也是进步产品可靠性的有用途径. 别的,ESR较低的产品在作业频率较高时产品的阻抗更小,而且容量改动也更小,因而对可靠性也能够构成有利影响.
改动钽电容电连接结构
咱们现在出产的钽电容根本上都是单芯子结构，假如咱们把阳极芯子做成多个更小的再组装后,依据并联电路里总阻抗值与分阻抗值之间的分数联系，把产品的阳极分红几部分，这样产品的总阻抗值将成倍下降。这样产品的耐浪涌才能将成倍进步,可靠性也成倍进步.这是不选用新阴极材料就能够扩展产品运用频率规模的一个成功办法。选用多芯子结构的产品因为其极低的ESR值和优秀的耐浪涌才能,被职业电路专家建议为直流开关电源滤波电路的推荐产品.其可靠性只需求添加成型磨具就能够成倍进步.因而咱们能够在不添加出产本钱太多的条件下就能够做到此点.
选用先进的贴片钽电容出产工艺
科学无止境,在经过改进出产工艺,使出产出的产品的参数功能更优秀,相同能够进步产品的可靠性.例如,在关键的介质层构成时,假如咱们能够运用两步发构成,先在产品的表面生成厚度较高的介质膜,然后再构成内部对容量有决定作用的介质膜,因为贴片钽电容的内部结构是一个海绵状的网络结构,因为其存在很多微观上的杰出部位,因而其表面在构成时,顶级部位的介质膜因为电场强度散布的趋肤效应而实践散布到的电场强度大的多,因而,此处构成的介质膜的晶体物理结构简单呈现问题,十分简单构成可经过较大电流的导电通道.而且十分简单呈现晶化现象.假如运用在低阻抗电路里,呈现浪涌时,加在产品上的实践电压大于产品能够耐受的额外电压,而因为趋肤效应,加在产品外层的电压场强比产品内部介质膜上的场强更高,相当于加在产品边际处的场强被扩大,因而在产品边际十分简单呈现击穿现象.最风险的是这种扩大速度极快,导致产品介质膜上瞬间接受的场强远超过容许值.因而,添加外表层介质层厚度在粉量遭到严厉约束时,是一个进步产品可靠性的十分有用的途径.
