經(jīng)常碰到很多客戶討論鉭電容爆炸問(wèn)題，特別在開(kāi)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(méi)有那么可怕。畢竟鉭電容的 好處是顯而易見(jiàn)的。鉭電容失效的原因總的來(lái)說(shuō)可以分為鉭電容本身的質(zhì)量問(wèn)題和電路設(shè)計(jì) 問(wèn)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(hào)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(guò)程中就必然會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的失效問(wèn)題;現(xiàn)簡(jiǎn)單總結(jié)如下;
1. 低阻抗電路使用電壓過(guò)高導(dǎo)致的失效;
對(duì)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(méi)有電阻保護(hù)的低阻抗電路. 對(duì)于 有電阻保護(hù)的電路,由于電阻會(huì)起到降壓和抑制大電流通過(guò)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(méi)有電阻保護(hù)的電路有兩種; 一;前級(jí)輸入已經(jīng)經(jīng)過(guò)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(lái)使用,由于輸入?yún)?shù)穩(wěn)定沒(méi)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. 二;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(duì)輸入 的信號(hào)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(kāi)關(guān)電源電路中 [也叫 DC-DC 電路], 在每次開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)的瞬間,電路中會(huì)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(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(duì)于降額幅度大小,切不可一概 而論. 必須經(jīng)過(guò)精確的可靠性計(jì)算來(lái)確定降額幅度.
2.電路峰值輸出電流過(guò)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(guò)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(guò)高和電路中交流紋 波過(guò)高導(dǎo)致的失效
當(dāng)某只 ESR 過(guò)高的鉭電容器使用在存在過(guò)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(kāi)機(jī)的瞬間仍然會(huì)發(fā)生突然的擊穿現(xiàn)象; 出現(xiàn)此類問(wèn)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(guò)交 流紋波時(shí)會(huì)發(fā)熱,而不同殼號(hào)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(guò)使用的電容器可以安全承受的交流紋波值,產(chǎn)品 就會(huì)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(guò)高,產(chǎn)品也會(huì)出現(xiàn)相同的現(xiàn)象.
一般來(lái)說(shuō),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(duì)于電路中 存在的交流紋波過(guò)高而導(dǎo)致的電容器失效問(wèn)題,很多電路設(shè)計(jì)師都忽略其危害性或認(rèn)識(shí)不夠. 只是簡(jiǎn)單認(rèn)定電容器質(zhì)量存在問(wèn)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(wèn)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(zhǎng)時(shí)間施加一定場(chǎng)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(huì)下降.
出現(xiàn)此問(wèn)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(guò)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(huì)成指數(shù)倍增加,因此其高溫下的實(shí)際耐壓就 會(huì)大幅度下降. 在使用溫度較高時(shí)就會(huì)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(duì)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(wèn)題因此成為必然.
5 .鉭電容器使用時(shí)的生產(chǎn)過(guò)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(duì)于貼片鉭電容安裝使用時(shí)容易出現(xiàn) 的問(wèn)題視而不見(jiàn);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(zhǎng) 時(shí)間加熱電容器,導(dǎo)致電容器性能受到過(guò)高溫度沖擊而失效.
B,手工焊接不使用預(yù)熱臺(tái)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(guò)計(jì)算得出來(lái),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(guò)純屬僥幸,在批生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)一致性質(zhì)量問(wèn)題. 此時(shí),問(wèn)題 原因往往簡(jiǎn)單被推到電容器生產(chǎn)商身上,忽略對(duì)設(shè)計(jì)可靠性的查找. 鉭電容器使用時(shí)的無(wú)故 障間隔時(shí)間 MTBF 對(duì)于很多用戶來(lái)講還是一個(gè)陌生的概念. 很多使用者對(duì)可靠性工程認(rèn)識(shí) 膚淺.過(guò)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(wèn)題. 不懂得失效是一個(gè)概率問(wèn)題,非簡(jiǎn)單的個(gè)體問(wèn)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(wú)法在此一一論述.如果有使用時(shí)的新問(wèn)題,可以及時(shí)交流.
鉭電容質(zhì)量問(wèn)題
目前來(lái)說(shuō) AVX 和 KEMET 兩個(gè)品牌算是一線品牌，占了市場(chǎng)份額很大，其 質(zhì)量好，當(dāng)然價(jià)格也是最貴的。國(guó)內(nèi)也有幾家生產(chǎn)鉭電容的工廠，但因?yàn)?生產(chǎn)工藝和原材料質(zhì)量問(wèn)題，與 AVX 和 KEMET 的質(zhì)量相差還是非常大的，國(guó)產(chǎn)鉭 電容的 ESR 普遍要高一個(gè)等級(jí)。鉭電容器如果性能不過(guò)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)小炸彈沒(méi)有什么區(qū)別. 如果不能保證你選擇 的產(chǎn)品質(zhì)量絕對(duì)過(guò)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.
信息來(lái)源：宗盛源
