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军用电解电容器的应用可靠性选择
电容器一般由两个接近并相互绝缘的导体构成,是军用电子整机不可缺少的基础元件。
在军用电子产品中,电解电容器占有相当大的比重,其可靠性在整机中起省至关重要的作用。
根据国内有关部门的统计,在整机枚障原因中,由电容器选择和应用方面的原因造成的
故障约占电容器总失效率的55~85%:电容器自身质量造成的失效约占15~45%。从以上
数据可以看出,电容器失效的主要原因与选择和使用不当有关。因此,做好电解电容器的选
择和应用,对保证军工产品质量和可靠性具有重要的意义
1电解电容器的选择
在军用电子产品中,为了保证整机系统的可靠性,选用电解电谷器时,应逆从以下原则
(1)尽量选用列入军用电子元器件合格清单(QPL)的元器件
(2)尽量选川优选元器件清单的产品(PPL)
(3)正确选择元器件的质量等级
(4)尽量选用标准和通用元器件,慎重选用新品种和非标准元器件
5)在提供元器件清单时,必须清楚元器件标志的含义,避勉采购回来的元器件不符合
整机系统的可靠性要求
设计人员在选择电容器时,要对电解电容器的主要技术性能进行了解,对它的电容量、
工作电压、滿电流、损耗角正切值、温度特性、阻抗频率特性、反向耐电压、储存性能以及
价格等方面进行比较。同时要注意电容器所使用的材质,最常用的材质是Z5U,这种材质
性能稳定,介电系数高,电容器容量大,自谐振频率可达到1~20MH;最高可用到50MHz
另一种常用的材质是NPO,这种材质具有很好的高频特性,但介电常数低、容量小,一般
不在10MHル以下使用。
电解电容器分铝电解电容器和钽电解电容器两大类。钽电解电容器又分固体钽电解电容
器和液体钽电容器。三种电容器各有特点,选择时应有所区别。
铝电解电容器的优点是铝材在我国分布广、价格低、产量大、重量轻、有自愈特性。其
缺点是介质损耗大、绝缘性能差(漏电流大)、容量偏差大,并有搁置效成。再加之一般是用
铝作外壳的非气密封元件,故可靠性较差。适应环境温度范围窄,尤其是负温特性
般
为-20℃(个别种品可达-40℃,国军标CDK系列为-5℃)。适用丁对环境条件要求不高的一
般民用电了产品及对可靠性要求不高的部分地面军用电子整机。
钽电解电容器与铝电解电容器相比,其优点是环境温度范围宽,一般为-55℃~+125℃
钽氧化膜的绝缘电阻是铅氧化膜的2倍,故漏电流小;在半导体器件工作电范围内(指150
以下),相同容量的钽电容器比铝电解电容器体积小2倍,并具有损耗小、性能稳定、寿
命长、可靠性高等优势。钽解电容器适用于军用电子设各,其缺点足价格高,受到成本的限
制,所以用量枚少。由于CA42钽解电容器米用了环氧树脂包封,因而大大降低了固体钽电
容器的价格,所以,部分民用整机也已批量采用。由于CA42环氧树脂固体钊电容器是非密
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时元件,不适宣使用环境条件悉劣的军用整机,枚在军用产品上.成采用全密时钽的解电容器。
电解电容器介质损耗大,容量误差大、绝缘性能差,只适合用在各种50~100H电子
设备工频电源中的滤波以及低频电路中的旁路、耦合电容、或对容量误差要求不高的低频电
路中。
液体钽电容器湘电流较小,单位体积电容量与工作电压的乘积特别大,尤其适合在中高
压条件下的大容量电路中。但是,这种电容器有酸性液体,如果一?发生漏液,可能使印制
板连线短路,从而引起檠机发生严重故障,所以,军用电子设备禁止使用液钽电容器。然
而,随着科技的发展,有些单位已经基本上解决了液钳电容器的密封问题,液钽电容器已达
到国军标要求,其可靠性也已达到了六级水平。目前,在航天产品中已开始采用,其它军工
产品可以参考。但是,液体电容器在上机前一定要进行密封检漏筛选,并在设计时采用较
大的降额。以保证其可靠性。
2电解电容器的可靠性应用
2.1适当降低工作电压
降低电解电容器的工作电压是延长电容器使用寿命,提高可靠性的最有效方法。困为电
解电容器的失效率与外加电压和电容器额定电压之比的二次方成正比。电解电容器用于电源
痣波电路的场合最多,输入电压发生变化或负载突然开路,滤波电谷器两端的电压都会随之
发生变化,如果不进行降额设计,很可能使电容器击穿。此外,从输入端进来的交流电压并
非是正弦波电压,一般非正弦波的峰值电压要比正弦波电压高,可对电容器的寿命和可韋性
造成较大影响,所以,在设计时,使用时要对电解电容器的工作电压进行较大幅度的降额。
对电解电容器电压的降额幅度要根据整机的可靠性要求及电容器使用的具体电路而定。一般
分三级,一级为额定电压的50%;二级为60%;三级为70%。高压大容量的电容器应选
择较大的降额幅度。电容界的容量越大,氧化膜的面积越大,出现介质缺陷的机率也越大,
靠性越低。
2.2充分考虑纹波电压
般电解电容器都有正负极之分。当用于既有直流电压又有交流电压分量的脉动电路中时,
其工作特性应特别注意。电解电容在使用时,一定要符合电解电容器两端规定的电压极性要
求。当用于级间耦合或脉冲电路时,在电谷器上.施加的直流电还要叠加交流电压成分的幅
值,在某些情况下有可能使交流分量的负峰值电压超过正直流电压值,从而使极性电容器处
在反向工作状态,这样会使电容器的漏电流脚增,进而破坏正向工作特性而造成失效。因此
当电容器两端存在脉动交流成分时,交流峰值电压与所加直流电压之和不应超过电容器的额
定工作电压。其原因足交流成分引起电容器的温升发热比直流成分严重的多,所以要严格控
制纹波的大小,一殷不应超过电容器额定工作电压的百分之二十。即可对于钽电解电容器,
也应控制在白分之十以内。由于纹波电压可使电解液化,且对损耗电阻RS影响很大,所
以要对加到电容器上的纹波峰值电压进行有效的控制。一般技术条件规定允诈的交流分量是
指工频50Hz条件下的允许值,如果使用频率超过上述条件,可按下面公式进行计算
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