電源電路中的電容的選型和應(yīng)用：鉭電容/鋁電解電容

大家都知道，電解電容是很多電子設(shè)備壽命的短板，電源電路里離不開使用各種電容進行濾波、儲能、旁路等，了解電解電容的失效模式，根據(jù)應(yīng)用場合選擇參數(shù)合適的電解電容，是保障電源穩(wěn)定可靠必不可少的技能之一。

一、 鉭電容的應(yīng)用選型

1、鉭電容的優(yōu)越特性，可能讓你愛不離手

鉭電容的工作溫度范圍寬、溫度特性穩(wěn)定，比容量大，具有獨特的自愈特性，能滿足長期工作的穩(wěn)定性。

2、鉭電容的固有致命弱點，讓你恨鐵不成鋼

普通鉭電容的關(guān)鍵成分是Ta2O5，該介質(zhì)受熱后應(yīng)力會不穩(wěn)定，可靠使用的電壓低，抗浪涌電壓和浪涌電流能力都較差，且失效的模式是短路，容易引起高溫、火災(zāi)等其它傷害。

圖1 鉭電容的失效示意圖

3、可靠應(yīng)用鉭電容的關(guān)鍵

(1) 對于上述介紹的鉭二氧化錳電容，進行電壓降額，如圖1所示，鉭二氧化錳電容的工作電壓隨溫度升高而降低，溫度高于85℃時推薦使用電壓為額定電壓的33%，失效風(fēng)險可大大降低。

圖2 鉭電容溫度電壓降額曲線

(1) 控制鉭電容溫度，減小紋波電流和遠(yuǎn)離熱源。

(2) 盡量不要將鉭電容放在電源輸入側(cè)濾波，在接通電源瞬間，大沖擊電流易導(dǎo)致鉭電容失效。

(3) 改用鉭聚合物電容：上述介紹的是價格較低的鉭二氧化錳電容，它具有較多致命弱點，以致在某些場合被禁用。而鉭聚合物電容除了保留鉭二氧化錳電容的諸多優(yōu)點外，其失效風(fēng)險大大降低。圖3示出了鉭聚合物電容的推薦使用電壓，較鉭二氧化錳電容其電壓承受能力明顯提升。

圖3 鉭二氧化錳和鉭聚合物電容外觀

圖4 典型鉭聚合物電容的溫度電壓降額特性

二、 常規(guī)鋁電解電容的應(yīng)用選型

1、 鋁電解電容的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：具有易獲得大容量高耐壓、價格低廉等顯著優(yōu)點，常用在電源的輸入輸出濾波電路。

缺點：怕高溫。因為鋁電解電容的電解質(zhì)為液態(tài)，芯子發(fā)熱或環(huán)境溫度較高將導(dǎo)致電解液揮發(fā)，長期高溫導(dǎo)致電解液干涸失效。

圖1 鋁電解電容失效示意圖

2、 電源電路中鋁電解的應(yīng)用注意事項

(1) 防止鹵素腐蝕

鋁電解電容對氯元素、溴元素等非常敏感，如果使用含鹵素的助焊劑、清洗劑、固定劑、熏蒸劑，鹵化物可能透過封口膠塞侵入電容器內(nèi)部，極易引起電容陽極腐蝕，在上電后加速電容失效。因此必須嚴(yán)格管控生產(chǎn)工藝過程中使用的相關(guān)敏感制劑的鹵素成分。

(2)存儲環(huán)境的控制和定期激活

需控制電解電容的存放環(huán)境和時間，定期進行上電賦能。

鋁電解經(jīng)長時間在高溫環(huán)境下存放飯后，電容陽極氧化膜和電解液會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成耐壓下降、漏電流增大。當(dāng)突然上電，電容電壓接近額定電壓后，可能引起過壓失效或漏電流過大導(dǎo)致過熱失效。

對應(yīng)單體電容特別是高壓類電容，長期存放后需激活處理，建議串接1kΩ保護電阻，逐漸加壓到額定電壓，維持1小時左右，使得電容陽極氧化膜得以修復(fù)，漏電流回到正常水平。

(3)合理布局PCB上的器件，使鋁電解電容遠(yuǎn)離熱源

(4)根據(jù)產(chǎn)品特性，選取固態(tài)電容

如：在低壓大電流輸出的應(yīng)用場合，使用鋁固態(tài)電容。鋁固態(tài)電容具有極低的ESR和高紋波電流承受能力，非常適用于低壓大電流的整流濾波場合。

圖2 常見電解電容外觀與固態(tài)電容應(yīng)用