經(jīng)常碰到很多客戶討論鉭電容爆炸問題，特別在開關(guān)電源、LED電源等行業(yè)，鉭電容燒毀或爆炸是令研發(fā)技術(shù)人員最頭痛的，讓他們百思不得其解。正因?yàn)殂g電容失效模式的危險(xiǎn)性，讓很多研發(fā)技術(shù)人員都不敢再使用鉭電容了，其實(shí)如果我們能夠全面的了解鉭電容的特性，找到鉭電容失效（表現(xiàn)形式為燒毀或爆炸）的原因，鉭電容并沒有那么可怕。畢竟鉭電容的好處是顯而易見的。鉭電容失效的原因總的來說可以分為鉭電容本身的質(zhì)量問題和電路設(shè)計(jì)問題兩大類：
電路設(shè)計(jì)和產(chǎn)品選型
要求鉭電容的產(chǎn)品性能參數(shù)可以滿足電路信號特點(diǎn)，但是,往往我們不能保證上述兩項(xiàng)工作都做的很到位,因此,在使用過程中就必然會出現(xiàn)這樣那樣的失效問題,現(xiàn)簡單總結(jié)如下:
1. 低阻抗電路使用電壓過高導(dǎo)致的失效
對于鉭電容器使用的電路,只有兩種;有電阻保護(hù)的電路和沒有電阻保護(hù)的低阻抗電路. 對于有電阻保護(hù)的電路,由于電阻會起到降壓和抑制大電流通過的效果,因此,使用電壓可以達(dá)到鉭電容器額定電壓的60%. 沒有電阻保護(hù)的電路有兩種:
a.前級輸入已經(jīng)經(jīng)過整流和濾波,輸出穩(wěn)定的充放電電路.在此類電路,電容器被當(dāng)作放電電源來使用,由于輸入?yún)?shù)穩(wěn)定沒有浪涌,因此,盡管是低阻抗電路,可安全使用的電壓仍然可以達(dá)到額定電壓的50%都可以保證相當(dāng)高的可靠性.
b.電子整機(jī)的電源部分; 電容器并聯(lián)使用在此類電路, 除了要求對輸入的信號進(jìn)行濾波外,往往同時(shí)還兼有按照一定頻率和功率進(jìn)行放電的要求. 因?yàn)槭请娫措娐?因此,此類電路的回路阻抗非常低,以保證電源的輸出功率密度足夠. 在此類開關(guān)電源電路中[也叫DC-DC電路], 在每次開機(jī)和關(guān)機(jī)的瞬間,電路中會產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)時(shí)間小于1微秒的高強(qiáng)度尖峰脈沖,其脈沖電壓值至少可以達(dá)到穩(wěn)定的輸入值的3倍以上,電流可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的10倍以上,由于持續(xù)時(shí)間極短,因此,其單位時(shí)間內(nèi)的能量密度非常高, 如果電容器的使用電壓偏高,此時(shí)實(shí)際加在產(chǎn)品上的脈沖電壓就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過產(chǎn)品的額定值而被擊穿. 因此,使用在此類電路中的鉭電解電容器容許的使用電壓不能超過額定值的1/3. 如果不分電路的回路阻抗類型,一概降額50%, 在回路阻抗最低的DC-DC電路,一開機(jī)就有可能瞬間出現(xiàn)擊穿短路或爆炸現(xiàn)象.在此類電路中使用的電容器應(yīng)該降額多少,一定要考慮到電路阻抗值的高低和輸入輸出功率的大小和電路中存在的交流紋波值的高低.因?yàn)殡娐纷杩垢叩涂梢詻Q定開關(guān)瞬間浪涌幅度的大小。內(nèi)阻越低的電路降額幅度就應(yīng)該越多。對于降額幅度大小,切不可一概而論. 必須經(jīng)過精確的可靠性計(jì)算來確定降額幅度.
2.電路峰值輸出電流過大(使用電壓合適)
鉭電容器在工作時(shí)可以安全承受的最大直流電流沖擊I,與產(chǎn)品自身等效串聯(lián)電阻ESR及額定電壓UR存在如下數(shù)學(xué)關(guān)系:
I=UR/1+ESR
如果一只容量偏低的鉭電容器使用在峰值輸出電流很大的電路,這只產(chǎn)品就有可能由于電流過載而燒毀.這非常容易理解.
3. 鉭電容器等效串聯(lián)電阻ESR過高和電路中交流紋波過高導(dǎo)致的失效
當(dāng)某只ESR過高的鉭電容器使用在存在過高交流紋波的濾波電路,即使是使用電壓遠(yuǎn)低于應(yīng)該的降額幅度, 有時(shí)候,在開機(jī)的瞬間仍然會發(fā)生突然的擊穿現(xiàn)象; 出現(xiàn)此類問題的主要原因是電容器的ESR和電路中的交流紋波大小嚴(yán)重不匹配. 電容器是極性元?dú)饧?在通過交流紋波時(shí)會發(fā)熱,而不同殼號大小的產(chǎn)品能夠維持熱平衡的容許發(fā)熱量不同.由于不同容量的產(chǎn)品的ESR值相差較高,因此,不同規(guī)格的鉭電容器能夠安全耐受的交流紋波值也相差很大, 因此,如果某電路中存在的交流紋波超過使用的電容器可以安全承受的交流紋波值,產(chǎn)品就會出現(xiàn)熱致?lián)舸┑默F(xiàn)象.同樣,如果電路中的交流紋波一定,而選擇的鉭電容器的實(shí)際ESR值過高,產(chǎn)品也會出現(xiàn)相同的現(xiàn)象.
一般來說,在濾波和大功率充放電電路,必須使用ESR值盡可能低的鉭電容器. 對于電路中存在的交流紋波過高而導(dǎo)致的電容器失效問題,很多電路設(shè)計(jì)師都忽略其危害性或認(rèn)識不夠. 只是簡單認(rèn)定電容器質(zhì)量存在問題. 此現(xiàn)象很多.
4 . 鉭電容器漏電流偏大導(dǎo)致實(shí)際耐壓不夠
此問題的出現(xiàn)一般都由于鉭電容器的實(shí)際耐壓不夠造成.當(dāng)電容器上長時(shí)間施加一定場強(qiáng)時(shí),如果其介質(zhì)層的絕緣電阻偏低,此時(shí)產(chǎn)品的實(shí)際漏電流將偏大.而漏電流偏大的產(chǎn)品,實(shí)際耐壓就會下降.
出現(xiàn)此問題的另外一個(gè)原因是關(guān)于鉭電容器的漏電流標(biāo)準(zhǔn)制定的過于寬松,導(dǎo)致有些根本不具備鉭電解電容器生產(chǎn)能力的公司在生產(chǎn)質(zhì)量低劣的鉭電容器. 普通的室溫時(shí)漏電流就偏大的產(chǎn)品,如果工作在較高的溫度下,其漏電流會成指數(shù)倍增加,因此其高溫下的實(shí)際耐壓就會大幅度下降. 在使用溫度較高時(shí)就會非常容易出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象.
高溫時(shí)漏電流變化較小是所有電容器生產(chǎn)商努力的最重要目標(biāo)之一,因此,此指標(biāo)對可靠性的決定性影響不言而愈. 如果你選擇使用的鉭電容器的漏電流偏大,實(shí)際上它已經(jīng)是廢品,出問題因此成為必然.
5 .鉭電容器使用時(shí)的生產(chǎn)過程因素導(dǎo)致的失效
很多用戶往往只注意到鉭電容器性能的選擇和設(shè)計(jì),而對于貼片鉭電容安裝使用時(shí)容易出現(xiàn)的問題視而不見,舉例如下:
A 不使用自動(dòng)貼裝而使用手工焊接, 產(chǎn)品不加預(yù)熱,直接使用溫度高于300度的電烙鐵較長時(shí)間加熱電容器,導(dǎo)致電容器性能受到過高溫度沖擊而失效.
B 手工焊接不使用預(yù)熱臺加熱,焊接時(shí)一出現(xiàn)冷焊和虛焊就反復(fù)使用烙鐵加熱產(chǎn)品.
C 使用的烙鐵頭溫度甚至達(dá)到500度. 這樣可以焊接很快,但非常容易導(dǎo)致片式元?dú)饧?nbsp;
貼片鉭電容實(shí)際使用時(shí)的可靠性實(shí)際上可以通過計(jì)算得出來,而我們的很多用戶使用時(shí)設(shè)計(jì)余量不夠,魯棒性很差,小批實(shí)驗(yàn)通過純屬僥幸,在批生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)一致性質(zhì)量問題. 此時(shí),問題原因往往簡單被推到電容器生產(chǎn)商身上,忽略對設(shè)計(jì)可靠性的查找. 鉭電容器使用時(shí)的無故障間隔時(shí)間MTBF對于很多用戶來講還是一個(gè)陌生的概念. 很多使用者對可靠性工程認(rèn)識膚淺.過于重視實(shí)驗(yàn)而忽略數(shù)學(xué)計(jì)算. 導(dǎo)致分電路設(shè)計(jì)可靠性比整機(jī)可靠性低,因此,批量生產(chǎn)時(shí)不斷出現(xiàn)問題. 不懂得失效是一個(gè)概率問題,非簡單的個(gè)體問題.實(shí)際上鉭電容器使用時(shí)容易出現(xiàn)的故障原因和現(xiàn)象還很多, 無法在此一一論述.如果有使用時(shí)的新問題,可以及時(shí)交流.
鉭電容質(zhì)量問題
目前來說AVX和KEMET兩個(gè)品牌算是一線品牌，占了市場90%以上的份額，其質(zhì)量也是最好的，當(dāng)然價(jià)格也是最貴的。國內(nèi)也有幾家生產(chǎn)鉭電容的工廠，但因?yàn)樯a(chǎn)工藝和原材料質(zhì)量問題，與AVX和KEMET的質(zhì)量相差還是非常大的，國產(chǎn)鉭電容的ESR普遍要高一個(gè)等級。鉭電容器如果性能不過關(guān),其可靠性不光很低,而且非常容易失效.因此,選擇正確且合適的產(chǎn)品是保證可靠性的首要條件.? 質(zhì)量差的鉭電容器如果被裝到電路上,與安裝了一個(gè)小沒有什么區(qū)別. 如果不能保證你選擇的產(chǎn)品質(zhì)量絕對過硬,我建議你不要使用鉭電容器.特別是在DC-DC電路和大功率充放電電路.
