钽电容常见的失效模式包括击穿、烧毁或爆炸,特别是在开关电源或其它专用电源电路中。这些危险性使得许多工程师不敢轻易接触钽电容。本文将讨论钽电容失效原因分析中易忽略的细节,以便在未来的工作中敢于大胆使用钽电容。
冲击电压对钽电容的影响:
电源在启停瞬间通常会产生很高的冲击电压,尤其是低阻抗电路中。这些冲击电压通常能达到电源额定输出电压的1.5~3倍。因此,在首批样品调试时,所选钽电容的耐压值要达到电源额定输出电压的1.5~3倍,甚至更高。然后根据实测的电源冲击电压适当地降低钽电容的耐压值。
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冲击电流对钽电容的影响:
如果钽电容的ESR值、纹波电流和耐压值等参数选择合理,但钽电容仍会烧毁或爆炸。此时,如果无法找出原因,可以检查钽电容前面的滤波电感的磁饱和电流是否过小,如电感进入磁饱和状态,则电感已失去感性,那么前级的脉冲电压电流直接作用在钽电容两端,这样钽电容瞬间就会失效。
温度对钽电容的影响:
与铝电解电容相比,钽电容的高温特性更好。但在应用中,尤其是在高温环境下,需要仔细查阅规格书,了解高温环境下耐压值降低到几伏,耐冲击电压值降低到几伏,纹波电流降低到几伏。
影响钽电容故障率的因素:
影响钽电容故障率的因素有很多,如环境温湿度、振动、应力、电压(工作电压和冲击电压)、电流(工作电流和纹波电流)、工作频率等。但在实际工作中,我们很难对所有因素进行分析和精确的定量计算。这时,我们只需重点关注电压、温度和ESR值。
钽电容应用注意事项:
- 钽电容尽可能不要用在电源输入端,因为输入端的电压波动通常比较大,且没有电阻限流分压,容易过流烧毁。通常将钽电容用在电源输出端或IC电源端。
- 应用钽电容时需留意其耐久性,尤其是在汽车类这种要求苛刻的产品中,老化后各项参数是否仍能满足设计需求,比如漏电流、ESR值、纹波电流耐受性等参数。
- 钽电容应用时通常采用降额使用,尤其是在低阻抗输出电路中,降到钽电容额定电压的1/3甚至更低。
- 应用时,如明知钽电容已被施加过高的电压或反接,但钽电容性能仍很稳定,这种情况下建议不要怕费事,直接更换新的钽电容,这些电容不要再使用。
- 如在开关电源输出端使用钽电容,则需要在开关电源中加软启动电路。因电容充电瞬间,两端电压几乎为零,而开关电源的负载端电压降低时,就会增大输出电流以达到稳压的效果。如此一来,钽电容两端施加的电压虽然很低,但充电电流非常大,极易使钽电容烧毁。
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