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贴片钽电容失效原因分析

贴片钽电容爆炸一直是让研发人员最头疼的问题。特别是在开关电源行业,让一部份研发人员在电路设计时不敢使用贴片钽电容。其实只要我们了解了贴片钽电容的特性,就能分析出贴片钽电容爆炸的原因,一些总结有以下几点:


1、低阻抗高电压导致贴片钽电容爆炸


在设计电子整机的电源部份时,我们有些研发人员会把电容器并联使用在此类电路上,贴片钽电容一方面要对输入的信号进行滤波,另一方面又要按照一定的频率和功率进行放电。由于此类电路的回路阻抗非常低,以保证电源输出的功率。在每次开关机的瞬间,电路中会产生一个持续时间小于1微秒的高强度的尖峰脉冲,其脉冲电压值至少达到了贴片钽电容稳定输入值的3倍以上,电流可达到贴片钽电容稳态值的10倍以上。在这种持续时间极短,能量密度高的情况下,我们的贴片钽电容就会被远远超过钽电容耐压值的脉冲电压给击穿,即使你使用的是KEMET、AVX钽电容情况也一样。


因此,在这类电路中选用的贴片钽电容其额定耐压值应该是该电路中稳定电压值的3倍。如果不分电路的回路阻抗类型,一概降额50%,在回路阻抗最低的DC-DC电路中,一定要考虑到电路阻抗值的高低和输入输出功率的大小和电路中存在的交流纹波值的高低。因为电路阻抗高低可以决定开关瞬间浪涌幅度的大小。内阻越低的电路降额幅度就应该越多。对于降额幅度大小。切不可一概而论。必须经过精确的可靠性计算来确定降额幅度。


2、在使用电压合适的情况下,电路峰值输出电流过大导致贴片钽电容爆炸


在贴片钽电容器工作时可以安全承受的最大直流电流冲击I,与产品自身等效串联电阻ESR及额定电压UR可以用该公式计算:I=UR/1+ESR。

如果一只容量偏低的钽电容器使用在峰值输出电流很大的电路,这只产品就有可能由于电流过载而烧毁。这非常容易理解。


3、贴片钽电容等效串联电阻ESR过高和电路中交流纹波过高导致爆炸


当在过高交流纹波的滤波电路中使用ESR过高的贴片钽电容器,即使使用的电压远低于应用的降额幅度,有时候,在开机的瞬间仍然会发生突然的击穿现象;出现此类问题的主要原因是电容器的ESR和电路中的交流纹波大小严重不匹配。钽电容器是极性元气件,在通过交流纹波时会发热,而不同壳号大小的产品能够维持热平衡的允许发热量不同。由于不同容量的产品的ESR值相差较高,因此,不同规格的贴片钽电容器能够安全耐受的交流纹波值也相差很大,因此,如果某电路中存在的交流纹波超过使用的贴片钽电容可以安全承受的交流纹波值,产品就会出现热致击穿的现象。同样,如果电路中的交流纹波一定,而选择的贴片钽电容器的实际ESR值过高,产品也会出现相同的现象。

一般来说,在滤波和大功率充放电电路中,必须使用ESR值尽可能低的贴片钽电容器。对于电路中存在的交流纹波过高而导致的电容器失效问题,很多电路设计师都忽略其危害性或认识不够。只是简单认定贴片钽电容的质量存在问题。这种现像在业内非常常见。

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