電容的分類和使用技術文件

1、 電容的分類和使用技 術 文 件 技術文件名稱：電容的分類和使用 技術文件編號： 版 本： 文件質(zhì)量等級：共 17 頁(包括封面) 擬 制 審 核 會 簽 標準化 批 準 目錄1前言22鋁電解電容器22.1等效電路模型22.2熱傳導等效電路模型及電容的安裝32.3電容的串聯(lián)和并聯(lián)52.4電容工作壽命計算62.5電解電容的失效防范63片式鉭電容83.1電性能及術語解釋83.2交流操作、紋波電壓和紋波電流133.3可靠性和失效率計算153.4鉭電容器的安裝193.5電容器的機械性能和熱性能214陶瓷貼片電容214.1陶瓷電容特性及與其它電容對比214.2應用領域224.3特點：234.4陶瓷電容的

2、等效電路模型294.5安裝指南（封裝形式）294.6器件的工作模式294.7陶瓷電容故障294.8供應商介紹315有機聚合物電解電容325.1應用領域325.2優(yōu)點：325.3缺點：325.4poscap電容的等效電路模型335.5安裝指南（封裝形式）335.6器件的工作模式335.7工作壽命計算345.8失效的模式和防范345.9計算實例355.10供應商介紹355.11不同公司產(chǎn)品的特性差異，以及特殊工藝方法介紹35電容的分類和使用1 前言我們的產(chǎn)品以往的很多故障都是因為元器件的使用不當造成的，所以說，在進行產(chǎn)品設計時，正確使用元器件是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵，由于元器件的種類比較多，我們按大類

3、來分別介紹，本部分主要介紹常用的幾種電容的特性和使用。2 鋁電解電容器2.1 等效電路模型鋁電解電容可以等效為：等效串聯(lián)電阻（esr），等效串聯(lián)電感（esl），純電容（c）和等效并聯(lián)漏電電阻（rleak）。（其中等效并聯(lián)漏電電阻的大小由電介質(zhì)的特性決定）電容器經(jīng)充放電以后，由于存在電介質(zhì)的電場殘余效應，部分場能仍將儲存在電介質(zhì)中，產(chǎn)生剩余電壓。因此大容值鋁電解電容器會在兩極間跨接一短路放電電阻，以防意外。由于等效串聯(lián)電阻（esr）的存在，電流流過電容時，會產(chǎn)生一定的功率損耗。esr值會隨著電容“熱點溫度”的升高及電流頻率的增加而減少。（“熱點溫度”是指電容繞組內(nèi)部的最高溫度），下圖1是電容的等

4、效esr與溫度和頻率的關系曲線：圖1若電流由基頻和多次諧波構成，則須計算每次諧波產(chǎn)生的功率損耗值，并將計算結果相加以求得總損耗值。電容工作時的功率損耗會使其內(nèi)部的溫度上升，電容“熱點溫度”（th）值將直接影響到電容器工作壽命(lop)：熱點溫度越高，工作壽命越短。為計算“熱點溫度”（th）值，就必須知道電容器的等效熱阻（rth）。注意：在頻率很高時，還應考慮到等效串聯(lián)電感產(chǎn)生的熱效應。電容的諧振頻率(fr)，因電容器種類不同而不同。對于軸向穿心電容（peg系列），諧振頻率范圍可從20khz到1mhz以上；對于焊片式和螺栓連接式鋁電解電容，諧振頻率在1.5khz至150khz之間。如果電容器在高

5、于諧振頻率時使用，對外特性呈感性。2.2 熱傳導等效電路模型及電容的安裝電容器內(nèi)部的熱量，總是從溫度最高的“熱點”向周圍溫度相對較低的部分傳導。熱量傳遞的途徑有幾種：其一是通過鋁箔和電解液傳導。如果電容被安裝在散熱片上，一部分熱量還將通過散熱片傳遞到環(huán)境中。從“熱點”傳遞到周圍環(huán)境中的總熱阻用rth 來表示。以下圖例1和2呈現(xiàn)的是：分別采用夾片安裝和螺栓安裝方式，將電容安裝在熱阻為2/w的散熱片上，所得到的電容熱阻值；圖例3呈現(xiàn)的是采用螺栓安裝方式，將電容安裝在熱阻為2/w散熱片上、強迫風冷速率為2m/s時，所得到的電容熱阻值。另外將延長的陰極鋁箔與電容器鋁殼直接接觸，也是很好的降低熱阻的方法

6、。同時應注意鋁殼會因此帶負電，不能作負極連接。夾片安裝方式：rth = 3.6/w螺栓安裝方式：rth = 2.1/w螺栓安裝方式：rth = 1.8/w電容必須正確安裝才能達到它的設計工作壽命。安裝時確保安全閥朝上，這樣熱的電解液及蒸氣才能在電容失效的情況下，從安全閥順利排出。請看下圖中安全閥的朝向。正確的朝向 不正確的方式相比較夾片安裝方式，螺栓連接的鋁電解電容與底部散熱片之間的接觸更緊密，從而散熱更有效。（夾片安裝的電容器往往與底部散熱片之間存有一個空氣間隙）相比較夾片安裝，螺栓連接電容器的安裝方式要方便得多。固定用尼龍螺母的耐壓從2.5kv到4 kv不等。當電容排列很緊湊時相鄰電容間至

7、少應留出5mm的間隔以保證適量的空氣流動。使用螺栓安裝時，螺母扭矩的控制非常重要。如果擰得太松，則電容與散熱片間就不能緊密接觸；如果擰得太緊，又可能使螺紋損壞。同時應注意電容器不應倒置安裝，否則可能造成螺栓的折斷。在高頻應用中，電容兩端引線應盡量短以減小等效電感。右下圖為較佳的安裝方式。鋁電解電容安裝時應盡量遠離發(fā)熱元件，否則過高的溫度會縮短電容器的使用壽命，從而使得電容器成為整個電路中壽命最短的部件。2.3 電容的串聯(lián)和并聯(lián)若采用串聯(lián)方式連接電容，需要注意鋁電解電容器的分壓問題。容值的誤差可以使容值較小的電容分配到很高的電壓，例如：兩顆額定電壓為350vdc, 容值公差為+20%鋁電解電容器

8、串接，并在兩端加載700vdc電壓。那么在最糟糕的情況，一顆電容容值20%正偏差，另一顆為20%負偏差，負偏差的電容分配到的電壓為：使用分壓電阻是在各電容之間正確分配電壓的一種較好的方式。分壓電阻阻值的計算公式為：最好使用高品質(zhì)的分壓電阻，否則電阻的失效會導致電容因分壓不均而擊穿。在可靠性要求高的領域，電阻的發(fā)熱功率應低于其額定值的50%。分壓電阻間的阻值誤差不應大于+5%，同時還要考慮阻容回路的充放時間常數(shù)，以防電壓穩(wěn)定時間過長。有兩種方法連接分壓電阻：在大電流的應用中，可以采用并聯(lián)方式連接，但需確保分配到每個電容支路上的電流相等。在圖1中，在高頻應用時，電感可以導致每個電容上的電流分配不均

9、勻。圖2中，每個電容電流分配是相等的。使用低電感的母線棒能降低電感，可降至1 n h。原則上，陰極應該設置在陽極上方。2.4 電容工作壽命計算為計算電容工作壽命（lop），必須知道：工作電壓（uapplied），電容流過的電流的有效值(irms)，環(huán)境溫度 (ta)和熱阻 (rth) 。您可以從evox rifa公司的銷售機構得到本公司產(chǎn)品的esr值和熱阻矩陣。首先，在esr矩陣中，查出不同頻率及熱點溫度(th，假設值)時對應的“esr”值，然后計算出irms流過時電容產(chǎn)生的“功率損耗（ploss）”。若irms由多次諧波構成，則需計算每次諧波產(chǎn)生的功率損耗并依次相加。電容繞組熱點至環(huán)境溫度的

10、“熱阻值”可以在熱阻矩陣查出，由此可以計算出實際“熱點溫度(th)”，若此實際值與先前選取esr值時的假設值th不符，則需修正假設，重新查出esr值，重復疊代計算，直至結果吻合。得到正確的th值后，就可利用下述公式很容易計算出電容工作壽命。2.5 電解電容的失效防范電容器在過壓狀態(tài)下容易被擊穿，而實際應用中的瞬時高電壓是經(jīng)常出現(xiàn)的。ur額定電壓us浪涌電壓，1000個周期，無載330秒，帶載30秒 (us一般為110%115%倍ur)ut瞬態(tài)高電壓lc濾波器中，開關動作時，也可能產(chǎn)生瞬時過電壓。該瞬時過電壓會對電容產(chǎn)生“過沖擊”采用半導體元件的軟開關技術可有效地防止瞬時過電壓。整流器前的濾波器

11、可濾除一些高速瞬時高壓，但不可能全部。如果鋁電解電容器的正負極連接錯誤，只需很短的時間就會造成電容器的損壞。因此為避免類似的連接錯誤，電容器上正極會旋轉(zhuǎn)90°。超出額定值的電流會造成電容內(nèi)部溫升過高，而縮短其工作壽命。但如果紋波電流的持續(xù)時間與熱傳導時間常數(shù)相比更短，則不會對電容造成損害。電容內(nèi)部的熱點溫度決定了電容器的工作壽命?？墒褂脺囟葌鞲衅鳒y量電容工作時的內(nèi)部溫升。（溫度傳感器須直接接觸電容鋁殼）對于螺栓端連接鋁電解電容器，可在電容內(nèi)部插入熱偶的方法測量。3 片式鉭電容3.1 電性能及術語解釋3.1.1 標稱電容量（cr） 這是標稱額定電容量，對鉭電容器來說， 20用測量電橋測

12、量等效串聯(lián)電路的電容量。3.1.2 電容量偏差這是實際電容量值所允許的變化。3.1.3 電容量與溫度的關系（曲線） 鉭電容器的電容量隨溫度變化。該變化自身與額定電壓和電容器的大小有點關系。 電容量與溫度%電容量150-15 -25 0 25 50 75 100 125溫度（）3.1.4 電容量與頻率的關系（曲線）頻率增加則電容量減少。超過100khz，電容量繼續(xù)下降達到諧振（典型的介于0.55mhz）。超過諧振頻率。 電容量（f） 1000 10000 100000 1000000 頻率（hz） 3.1.5 直流額定電壓（vr）這是85持續(xù)施加的直流額定電壓。3.1.6 類別電壓（vc） 這是

13、可施加到電容器上的最大電壓。在85時它等于額定電壓，超過該溫度，它將呈直線下降，在125達到vr的2/3。最大類別電壓與溫度 %額定電壓10090 7050 75 95 115 溫度（） 3.1.7 浪涌電壓（vs）用最小串聯(lián)電阻為1千歐的電阻在電路中對電容器在短時間內(nèi)施加的最大電壓。在每小時內(nèi)每次為期30秒的浪涌電壓可達10次。在電路設計中，浪涌電路不能作為參數(shù)使用，在常規(guī)操作中，電容器要定期充電、放電。85125額定電壓(vr)浪涌電壓(vs)降額電壓(vc)浪涌電壓(vs)46.31016202535505.281320263246652.747.010131723323.2581216

14、2028403.1.8 浪涌效應 固體鉭電容器承受浪涌電壓和浪涌電流的能力有限。這和其它電容器有共同之處，因為通過電介質(zhì)的電場強度很大。例如一個25v的電容器在額定電壓下操作時就具備147kv/mm的電場強度。 確保電壓通過電容器引出端時不超過規(guī)定的標稱額定浪涌電壓是相當重要的。在低阻抗線路中，電容器易受到浪涌電壓的應力。降低電容器額定電壓的50%或更多，可增加元件的可靠性。在需承受快速充電和放電的電路中，我們推薦1/v的保護電阻。如果可能的話，應使用達到70%的降額度。作為一個單獨的電容器，在這種情況下則需要比原有更高的電壓。應使用串聯(lián)的方法以提高電容器的工作電壓：如兩個22f 50v的元件

15、串聯(lián)等效于一個11f 50v的元件。3.1.9 反向電壓 提供的數(shù)值是隨時出現(xiàn)在電容器上的反向電壓的最大值。此類限制是以假設電容器在正確的方向極化為條件的。連續(xù)施加反向電壓而無正常的極化將導致漏電流變差。連續(xù)施加反向電壓的情況可能出現(xiàn)在有陰極引出端相連的對頭拼接結構的兩個相似的電容器上。在大多數(shù)情況下這種組合的容量只有其中一只的標稱容量的一半在分離脈沖或最初的幾次循環(huán)下，容量可接近標稱值。 設計反向額定電壓是用于控制偶爾出現(xiàn)的極性偏差。提供的數(shù)值不用于控制連續(xù)的反向操作。 施加到電容器的反向電壓的峰值不能超過： 25，最大值為1.0v時，不超過額定直流工作電壓的10%； 85，最大值為0.5v

16、時，不超過額定直流工作電壓的3%； 125，最大值為0.1v時，不超過類別直流工作電壓的1%。3.1.10 疊加交流電壓（vr.m.s）紋波電壓 這是交流電壓的最大均平方根值，疊加于直流電壓上，可施加于電容器上。直流電壓值及疊加交流電壓的峰值不能超過類別電壓vc。3.1.11 形成電壓這是陽極氧化形成時的電壓。對鉭電容器來說，該氧化層的厚度與形成電壓成比例，是設置額定電壓的一個因素。3.1.12 損耗因素損耗因素是用來測量損耗角正切，用百分比加以表示。用提供0.5vpk-pk120hz正弦訊號，無諧振，且最大偏壓為2.2vdc的測量電橋，可測出損耗因素。損耗因素值與溫度、頻率有關系。3.1.1

17、3 損耗角正切（tan）這是用來測量電容器能量損失的。在規(guī)定頻率的正弦電壓下，所消耗的有功功率與無功功率的比值稱為損耗角正切。常用的術語還有功率因素，損耗因素和介質(zhì)損耗。余弦（90-）是功率因素。用提供0.5vpk-pk 120hz正弦訊號、無諧振，且最大偏壓為2.2vdc的測量電橋可測出損耗角正切。3.1.14 損耗因素與頻率的關系如圖所示損耗因素隨頻率而提高： 損耗因素與頻率損耗因素 0 1 10 100 頻率（hz）3.1.15 損耗因素與溫度的關系如圖所示，損耗因素隨溫度變化而變化。 損耗因素與溫度 損耗因素 1.8 1.4 1 0.8 -55 -5 0 45 95 溫度（）3.1.1

18、6 阻抗z在規(guī)定頻率下電壓與電流之比。影響鉭電容器的阻抗有三個因素：mno2半導體層的電阻、電容量值以及電極和引線的電感。引線的電感在高頻時成為限制因素。這三個因素的溫度和頻率特征決定了阻抗z的特征。阻抗應在20和100khz進行測量。3.1.17 等效串聯(lián)電阻esr等效串聯(lián)電阻esr發(fā)生在電容器各種實際應用形式上。這是由幾種不同機理產(chǎn)生的，包括元件的電阻和接觸電阻，介質(zhì)內(nèi)的缺陷產(chǎn)生的旁路電流電阻。這些電阻都作為電容器的esr來考慮。esr值及頻率有關系，用下式來計算： esr=tan/2f c式中f為頻率（用hz表示），c為容量（用法拉表示）esr在20，100khz進行測量。對于阻抗來說，

19、esr是起作用的因素之一，在高頻時（100khz以上）它成為決定性因素。因此esr和阻抗幾乎等同，阻抗只是略高一點。3.1.18 阻抗、esr與頻率的關系 esr和阻抗均隨頻率的增加而增加。在低頻時，數(shù)值因輔助因素對阻抗的作用增加而下降（由于電容器的電抗）。超過1mhz（超出電容器的諧振點），阻抗因電容器的電感而再次上升。esr與頻率 esr 4 2 0 0.1 1 10 100 1000頻率（khz） 阻抗與頻率 阻抗 100 10 1 0.1 0.1 1 10 100 1000頻率（khz）3.1.19 阻抗、esr與溫度的關系 如圖所示，在100khz時，阻抗和esr表現(xiàn)一致，隨溫度增加

20、而下降。 100khz esr與溫度esr變化 -55 -40 -20 0 20 40 60 80 100 125溫度（）3.1.20 直流漏電流漏電流與施加的電壓，加壓時間和所處的環(huán)境溫度有關。應在20時施加額定電壓測量。在測量電路中電容器串聯(lián)一個1000歐的保護電阻。施加額定電壓后3至5分鐘，漏電流不得超過標稱表中的規(guī)定值。這些是以0.01cv或0.5a（取大者）為基礎的。3.1.21 漏電流與溫度的關系 如圖所示，漏電流隨溫度的提高而增大。在85至125操作時，最大工作電壓（vmax）必須降額使用，可按下式計算：vmax=（1-（t-85）/125）×vr（伏）其中，t為要求的

21、工作溫度。漏電流與溫度 i/ir20 10 1 0.1 -55 0 40 80 125 溫度（）3.1.22 漏電流與電壓的關系當施加降額電壓時，漏電流迅速降低到與額定電壓vr相對應的值以下。漏電流的降壓效果見圖。這也有助于提高產(chǎn)品應用的可靠性。詳細情況見3.1。 漏電流與額定電壓 i/ivr 1 0.1 范圍 0.01 0 20 40 60 80 100 額定電壓（vr）%3.1.23 紋波電流對于給定溫度上升超過環(huán)境溫度，所允許的最大紋波電流來自于功率耗散限制。3.2 交流操作、紋波電壓和紋波電流在交流應用中，電容器內(nèi)不論是交流信號元件（視信號形式，振幅和頻率而定），還是直流漏電流都要產(chǎn)生

22、熱。實際上第二個因素并不重要。電容器的實際損耗功率可用下式計算： p=i2r 或變形為i= （p/r） （方程式） p=e2r/z2其中，i=均平方根紋波電流，安培r=等效串聯(lián)電阻，歐姆e=均平方根紋波電壓，伏p=損耗功率，瓦特z=阻抗，歐姆，考慮頻率 最大交流紋波電壓（emax） 從前一個方程式可得： emax=z（p/r） 方程式2其中p是最大允許耗散功率（見下表），但必須確保以下二點：1. 電容器的直流工作電壓不能超過所施加的交流電壓的正向峰值和直流偏壓。2. 施加的直流偏壓值和交流電壓的反向峰值不能允許電壓反向超過“反向電壓”。以前的紋波計算： 以前的紋波電流和紋波電壓是用以實驗為基礎

23、所取得的功率損失，來加以計算的，該功率損失要求電容器本體在大氣中其溫度比室溫提高10，這些數(shù)值可見表1。方程式1和2分別允許有最大紋波電流和最大紋波電壓。片式鉭電容器的熱傳導變化很大程度上視其安裝方法而定。 表1：功率損失標稱（在大氣中）系列模壓片式鉭 系列模壓片式鉭紋波電流的溫度糾正因素tempfactor+251.0+550.95+850.90+1250.40殼號最大功率損失wa0.075b0.085c0.110d(e) 0.150 對于電容器來說溫度的上升可用紅外線探測器測出。這就確保了通過固定在電容器表面的任何熱電偶時都不會有熱量損失。 c、d殼的結果 溫升（） cd(e) 0 0.2

24、 0.4 功率w幾種電容器的測試結果如上圖所示。所有的電容器都在fr4枚上測量，沒有其他的散熱。在1khz至1mhz的不同頻率提供紋波（電流/電壓）。如上圖所示，c號殼電容器的平均最大功率（pmax）為0.11瓦。這和表1中所列舉的數(shù)值相同。d號殼電容器的平均pmax值偽0.125瓦，這比表1中的值0.025瓦要低一些。如果考慮到電容器esr及頻率，從圖1就可看出有變化。因此對于指定的紋波電流來說，損耗的功率隨頻率而變化。這一點從圖2中可清楚地看出，元件表面的溫度在1mhz時比在100khz時上升得多。下圖就是關于esr隨頻率變化的情況。對100khz和1mhz正弦波輸入量時的紋波電流與溫度對

25、比情況。 esr與頻率 esr 1 0.1 0 100 1000 10000 100000 1000000頻率（hz） 溫升() 60 1000khz 40 1mhz 20 0 0.0 0.6 1.2 有效值電流(amps) 如果把i2r繪成圖，就如看出兩條線實際上是重合的。如下圖所示。溫升() 60 40 20 0 0.00 0.20 0.40 fr 舉例：鉭電容器做濾波用，要求能夠應付峰值為2安的、200khz矩形波的電流。矩形波是正弦波的無窮級數(shù)在矩形波基本頻率的奇次諧波的總和。相關的方程式為：i方=ipksin(2f)+ipksin(6f)+ipksin(10f)+ipksin(14f

26、)+頻率電流全幅值a有效值電流a200khz600khz1mhz1.4mhz2.0000.6670.4000.2860.7070.2360.1410.101讓我們假設該電容器是6v68f，可測出esr。頻率esr 歐功率w200khz600khz1mhz1.4mhz0.1200.1150.0900.1000.0600.0060.0020.001總的功率損失為0.069瓦。從前而圖中d號殼的結果可看出，該功率可導致電容器表面溫度上升約5。2.2 熱控制 紋波電流造成功率消耗而使電容器發(fā)熱。該熱量等于i2r，其中i為給定頻率的有效值電流，r為相同頻率時的esr。熱量由外表面?zhèn)魅搿脑擖c傳入的效果如

27、何視熱控制而定。 在2.1中給出了功率損失（消耗）標稱值。如果充分散熱或強行制冷就可接近該標稱值。實際上，在無特殊的熱控制高密度裝配單元，要求高與周圍溫度10的功率損耗可能達到接近10倍。在這種情況下應規(guī)定電容器的實際溫度（用熱電偶探測器或紅外線掃描儀都行），如果超過以上極限則有必要指定一個低esr的元件或教高的額定電壓。 片式安裝的熱損耗熱阻抗曲線圖 c號殼 電容器本體 236cw 121cw 73cw120100 80 60 40 20 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 功率、直流瓦 紋波電流測試的結果樹

28、脂本體3.3 可靠性和失效率計算3.3.1 穩(wěn)態(tài) 鉭電介質(zhì)基本上無磨損機理，在某些情況下還有一定的自愈作用。然而在操作中可能出現(xiàn)不規(guī)則的失效。鉭電容器的失效率會隨時間而降低，而不會象其它電解電容器和其它電子元件那樣增高。圖1 鉭可靠性曲線 初期失效率無窮使用壽命 使用壽命可靠性受到電壓下降、溫度和串聯(lián)電阻的影響。使用壽命的可靠性受三個因素的影響?？捎嬎愠鍪实姆匠倘缦拢?f=fu ×ft× fr×fb其中fu是工作電壓/降額電壓引起的糾正因素。 ft是操作溫度所引起的糾正因素。 fr是電路的串聯(lián)電阻引起的糾正因素。 fb是基本失效率等級。對標準鉭產(chǎn)品來說是1%/

29、1000小時?；臼蕵藴抒g產(chǎn)品在額定電壓、標稱溫度和0.1歐/伏電路阻抗與m級可靠性一致（即：1%/1000小時）。這就是我們所知道的基本失效率fb，用于計算操作可靠性。改變失效率的操作環(huán)境的結果在 頁有說明。工作電壓/降額電壓如果電容器所具備的電壓級別高于所使用的電壓上限，則可提高操作可靠性。這就是所謂壓額電壓。圖2a，就說明了降額電壓（施加電壓和額定電壓間的比例）與失效率之間的關系。圖中給出了任何工作電壓的糾正因素fu。 圖2a 降額電壓對失效率f的糾正因素（60%） 糾正因素 1.0 0.01 0.0001 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 施加電壓/額定電壓 圖2b 我們

30、推薦的降額電壓 工作電壓v40 一般電路中的 20 規(guī)定范圍 低阻抗電路中 的規(guī)定范圍 0 4 10 20 50額定電壓v 圖2c 作為電路阻抗中的推薦降額電壓工作電壓/額定電壓1.0 0.5 推薦范圍 0 0.01 1.0 100 10000電路阻抗（0hm/v）工作溫度 如果電容器的工作溫度低于標稱溫度，則工作可靠性會提高，見圖3。該圖給出了任何溫度下工作時的糾正因素。 圖3 環(huán)境溫度對失效率f的糾正因素（60%置信度） 糾正因素 100 1.0 0.01 20 40 60 80 100 120 溫度電路阻抗所有固體鉭電容器都需要限流電阻以保護介質(zhì)免手浪涌電壓的破壞。我們推薦使用串聯(lián)電阻。

31、較低的電路阻抗可導致失效率的提高，尤其是當溫度高于20。導電低阻抗電路可能對電容器施加浪涌電壓，非導電電路可能對電容器施加浪涌電流，導致局部過熱和失效。推薦的阻抗為1歐1伏。如不適用的話，應使用相應的降額電壓（見mil手冊217e）。圖4就說明了對于提高串聯(lián)電阻來說的糾正因素fr。 圖4 對于串聯(lián)電阻r來說就基礎fr方面，對失效率f的糾正措施（60%置信度） 電路電阻 歐/伏fr3.02.01.00.80.60.40.20.10.070.10.20.30.40.60.81.0對于低于0.10hm/v的電路阻抗，或者飛行任務的關鍵應用上，應考慮電路保護問題。理想的解決方法是采用avx表面安裝技術

32、薄膜保險絲串聯(lián)。計算舉例：假設一個12v的電源線。設計者需要容量約為10f的電容器來充當視頻帶寬放大器附近的去耦電容器。因此電路的阻抗僅受電路板電源設備輸出阻抗和印制線電阻的限制。讓我們假設它最小為2歐，即0.167歐/伏，工作溫度范圍為-2585。如果計算10f 16v的電容器，其工作失效率如下：a ft=1.085b fr=0.850.167歐/伏c fu=0.08施加電壓/額定電壓=75%d fb=1%1000小時，基本失效率等級因此換用20v的電容器，工作失效率變化如下：fu=0.018施加電壓/額定電壓=60%f=1.0 0.85 0.018 1=0.0153%/1000小時3.3.

33、2 動態(tài)固體鉭電容器耐浪涌電壓和浪涌電流的能力有限。上述浪涌電流會導致電容器失效，其失效率不能象穩(wěn)態(tài)可靠性那樣通過一個簡單的公式計算出來。大家知道，由電路設計師所控制的用來減少失效發(fā)生率的兩個參數(shù)是降額和串聯(lián)電阻。 下表總結出不對電容器施加壓額電壓，即施加額定電壓的結果。 施加降額電壓的實驗結果容量和電壓試驗個數(shù)施加50%降額不降額47f 16v1,547,5870.03%1.1%100f 10v632,8760.01%0.5%22f 25v2,256,2580.05%0.3%從實驗結果我們可清楚地看出，施加的降額幅度越大，發(fā)生浪涌失效的可能越小。必須記注的是該結果是由高效加速浪涌試驗機測試而

34、來，以百萬分之幾來計算的低失效率可適合于終端客戶。通常大家都會有個錯誤的概念，即鉭電容器的漏電流可預測出浪涌電壓的失效率。用47f 10v表面安裝電容器針對不同漏電流所做的實驗結果可推翻這一點。實驗結果見下表。 漏電流與浪涌失效率的數(shù)量試驗數(shù)浪涌失效數(shù)標稱漏電流范圍0.1a1a10,00025超出目錄限制5a50a10,00026歸入短路類50a500a10,00025再次重申，大家必須記住的是該結果由高頻加速浪涌試驗機測試而來，以百萬分之幾來計算的低失效率更適用于終端用戶。 推薦降額表降額電壓工作電壓3.36.351010201225153524串聯(lián)組合(11)假設一個6.3伏的電容器降額到

35、5伏使用。鉭電容器的穩(wěn)態(tài)可靠性受三個參數(shù)的影響：溫度、串聯(lián)電阻和降額電壓。再40和串聯(lián)電阻為0.1歐/伏的情況下，電容器的可靠性為： 失效率：=fu×ft ×fr× 1%/1000小時 =0.15×0.1×1×1%/1000小時 =0.015%/1000小時如果用一個10伏的電容器來代替，則換算系數(shù)為0.006，穩(wěn)定可靠性則為： 失效率 =fu×ft ×fr ×1%/1000小時 =0.006×0.1×1×1%/1000小時 =6×10-4%1000小時3.4 鉭電

36、容器的安裝焊接方式和主板安裝焊接溫度和時間控制到最低有助于連接。對于波焊來說合適的結合為230250，3至5秒。下圖表明了氣相以及紅外線再流焊溫度，并被設計來確保電容器內(nèi)部溫度不超過220。預熱方式根據(jù)所使用的再流焊設備而有所變化，時間和溫度的最大值為10分鐘和150。再流焊后可能立即發(fā)現(xiàn)小的參數(shù)變化，在電性能試驗前元件應在室溫下穩(wěn)定。 紅外線再流焊結合溫度時間 最大值的允許范圍 溫度() 260 250 240230220210 0 15 30 45 60時間(秒)推薦范圍 允許范圍 危險范圍 用再流焊和波峰焊。 波焊結合溫度/時間 最大值的允許范圍 溫度()2702602502402302

37、20210200 0 2 4 6 8 10 12焊接時間(秒)預熱允許范圍 謹慎允許范圍 危險范圍 紅外線再流焊：允許基片均勻加熱的額外加熱時間元件焊接區(qū)溫度 組件不再加熱，不強行冷卻240186焊接熔化溫度120200 1 2 3 4 5 時間（分） 焊接熔點均熱時間 1）激活焊劑 2）允許主板中心溫度跟上邊緣溫度組件進入預熱區(qū) 推薦斜率低于2/秒波焊：3-5秒溫度（）240200100 - 150最大160自然冷卻120波80見相近的產(chǎn)品規(guī)范400 100 110 120無鉛方案 引出端可與下列無鉛焊膏兼容：sncu、sncuag及sncuagbi。它也可與現(xiàn)有snpb焊膏/設備兼容。推薦

38、的紅外線再流焊圖如下： 無鉛再流焊圖 300250150100 500 0 50 100 150 200 250 300預熱：150±15/60-90秒最大斜率：2.5c/秒 峰值溫度：240±5c大于230c的時間：最多40秒3.5 電容器的機械性能和熱性能5.1 加速 98.1m/s2（10g）5.2 振動頻率 102000hz，0.75mm， 98.1m/s2（10g）5.3 沖擊 不規(guī)則四邊形脈沖，6ms， 98.1m/s25.4 基片粘接 iec384-3。最小5n。5.5 耐基片彎折 元件的柔性引線可減少電容器基片彎折所帶來的壓力。5.6 焊接方式 只有焊接溫度

39、270，焊接時間3秒，電路板厚度1.0mm，允許浸焊。5.7 安裝說明 即使在安裝電容器時是處于最差狀況，也不允許超過溫度上限（電容器表面溫度的最大值）。尤其是在輻射熱很強的附近測定時更要考慮這一點。此外還應注意，在彎折引線時，彎折力不能使電容器外殼變形。5.8 安裝位置 無限制。5.9 焊接說明 不能使用含酸的焊劑。5.10 印刷電路板的情況 鉭電容器和大多數(shù)印制板清洗設備兼容。如進行帶水清洗，試驗前應允許元件被烘干。如使用超聲波，功率不應低于10w/升。還須注意避免振動點。4 陶瓷貼片電容4.1 陶瓷電容特性及與其它電容對比從封裝形式來說陶瓷電容有引線和smd型，模塊電源中一般為smd型，

40、下面均指smd型。按介質(zhì)材料來分，陶瓷電容可分兩大類：i類介質(zhì)和ii類介質(zhì)。i類介質(zhì)主要有鈦酸鹽構成，但鈦酸鋇不是主要成分，特點是介電系數(shù)低，構成的電容器容量小，但電性能穩(wěn)定，沒有隨時間老化的特性，電容量隨溫度、電壓、頻率變化小，絕緣電阻高，損耗?。╭值高）。最常見的i類介質(zhì)電容是cog（npo）型溫度補償電容（可小于正負30 ppm/）。ii類介質(zhì)一般有鈦酸鋇組成，最常用的是x7r和y5v型。ii類介質(zhì)相對i類介質(zhì)來說介電系數(shù)大得多，因此可以做出大容量電容，特點是容量隨溫度、電壓、頻率變化大，絕緣電阻低，損耗大。常用的x7r等類別代號是由eia給出的（electronic industrie

41、s association），ii類介質(zhì)代號含義如下表。第一位代表工作溫度范圍下限，第二位代表工作溫度上限，第三位則代表在工作溫度范圍內(nèi)容值的變化。可以看出z5u介質(zhì)特性介于x7r和y5v之間。表1、ii類介質(zhì)類型及其溫度特性陶瓷電容的容量/體積比比不上鋁電解電容，更比不上鉭電容。鉭電容在e型封裝里最大可以做到1000uf 4v，片式陶瓷電容在廠家資料中有100uf的產(chǎn)品，但一般說來容量大于22uf的產(chǎn)品產(chǎn)量少，不易采購，體積大于1210封裝的陶瓷電容的裝配焊接難度也更大，容易出現(xiàn)故障。引線框架型陶瓷電容可以獲得較大容量，但由于生產(chǎn)廠家少，價格昂貴，且同樣容易出現(xiàn)可靠性問題。4.2 應用領域4

42、.2.1 時鐘電路電容、補償電路電容 cog類型陶瓷電容穩(wěn)定性好，容值隨時間、溫度、直流偏壓、工作頻率改變小，適合于精度要求一般的時鐘電路。x7r乃至y5v之類的ii類介質(zhì)陶瓷電容不適合用作時鐘電路電容。時間常數(shù)很大的場合有時會用到電解電容，這樣的情況在模塊電源中不會碰到。反饋補償網(wǎng)絡中的電容一般可以選擇c0g和x7r類型電容。使用y5v類型時在不同工作溫度下容值變化太大，導致補償零、極點位置變動大，容易導致模塊工作不穩(wěn)定。. 4.2.2 退耦電容 用于單ic的退耦時，陶瓷電容優(yōu)于鉭電容，前者的esr 、esl比后者小，高頻響應更好，在維持同樣的電壓時陶瓷電容需要的容值比鉭電容小。聚合物電解電

43、容的esr一般大大小于普通低esr鉭電容，但其esl還是要大于陶瓷電容。設計時應當考慮當溫度升高、加有直流偏壓時陶瓷電容的容值會下降（這一點鉭電容由于陶瓷電容），特別是y5v和z5u類型的陶瓷電容。當要求的退耦電容容值較大時，使用鉭電容還是比較節(jié)省空間和成本的。4.2.3 濾波電容用于濾波時應針對不同頻率來考慮。鉭電容由于容值較大，在低于數(shù)百khz的頻率下阻抗小，濾波效果好；陶瓷電容則適合于更高頻率的濾波。對于陶瓷電容也要考慮溫度、直流偏壓對容值的影響。鉭電容則應考慮溫度對esr的影響。聚合物電解電容是比較合適的選擇。x5r和y5v的陶瓷電容容量可以做到很大，適合用作輸出濾波。由于x5r的工作上限溫度和y5v一樣，下限溫度比y5v低，且容值的溫度穩(wěn)定性好得多（±10），在工作電壓下容量變化也小得多，更適合用作濾波電容。太陽誘電陶瓷電容中1210封裝x5r電容容值最大有47uf 6.3v(型號為jmk325bj476mm，df值為10，可以計計算出300khz下esr為1.1m)和22uf 16v（型號為emk325bj226mm，df值為5，可以計算出在300khz下esr為1.