关于标准电容器在设计与应用中的建议.pdf

交流地
关于电容在计与应用中的
侯雪川1周霞1马亚青2
(1中国航天科エ集团公司二院201所,北京,100854
2中国北方车辆研究所,北京,10002)
文摘:选取常用几类标准电容器在电子电路中因使用条件不当而发生失效的案例,
阐述了其中失效模式和失效机理,并对电容器在电子电路中的设计、使用环节以及标准的应
用提出几点建议。
关键词:标准电容;电路设计;使用条件;失效案侧。
电容器是一种能够储存电荷的电子元件。当超过规定范围时,标准电容器的各项性能指标也
电容器加上电源后,两个极板上分别聚集起等量将发生相应的变化,以致直接影响电容器工作的
异号的电荷,并在介质中建立起电场,当电源移可靠性甚至导致其失效。GJB/Z35《元器件降额
去后,电荷仍聚集在极板上,电容器具有储能、准则》中,对不同种类的标准电容器的使用要求
隔直流通交流、阻抗、电压不能突变的性能。由都作了比较详细的规定。然而,在实际使用过程
于电容器这些基本特性,所以在电子线路中电容当中,设计人员对标准中相关规定理解的深度和
器应用极为广泛,可实现隔直流、储能、降压、广度离实际设计要求还有一定的差距。
分压、滤波、旁路、去耦、调谐、移相、整形
本文选取常用几类标准电容器在电子电路中
定时、延时、抗干扰等功能。
因使用条件不当而发生失效的案例,述其中失效
电容器有多种分类方法,按介质种类可分为模式和失效机理,并对电容器在电子电路中的设
6类:气体介质电容器、无机固体介质电容器、计与使用环节以及标准的应用提出几点建议。
有机固体介质电容器、复合介质电容器、液体介
质电容器、电解质电容器。其中按可调节性可分1
1使用条件不当导致的标准电容器失效
为3类:固定电容器、可变电容器、微调电容例及分析
器;按工作频率可分为两类:高频电容器、低频1.1异常高压导致铝电解电容器失效
电容器:按电容器极性可分为两类;有极性电容
某转台动力与控制系统如图1所示。该系统
器、无极性电容器。此外,电容器又可分为标准中整流桥后选用5只铝电解电容器(C1-~C5)并
电容器和非标准电容器两种,非标准电容器不在联使用,用作港波。由于转台为感性负载,设计
本文讨论范围中。标准电容器在实际使用过程当中还包括了反向电动势泄放、保护单元。转台在
中,其可靠性受电压、频率、温度、温度冲击、某次调试过程当中,当转台做大角度调转动作
焊接、贮存等使用条件与环境影响。标准电容器时,突然听到控制机柜内异常响动。经排查后发
应按照相关标准的要求,需要在规定的使用条件现,电容器C3严重爆裂。通过对电容器解剖后
和环境下才能可靠工作。若工作条件、工作环境观察分析,发现电容器存在击穿、烧毁痕迹,正
《皖天悼化》2012第3
万方数据
于雄容在投サ与度用中建?矦雪∥笠
极导带存在打火痕迹,电容器内壁存留电解液,存在明显击穿、烧毁,电容器其它处未见明显工
发现电容器内部靠近芯子处铝正极、电解纸局部艺缺陷叫,如图2所示。
2
泄放保护单元
7550W
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CIMBM50A
SD]6216
图1铝电解电容器实际使用原理图
a)电容器击穿、烧毁形貌
(b)铝电极击穿、烧毁形貌
图2铝电解电容器击穿、烧毁形貌
失效机理:铝电解电容器并联使用时,即使两端所加补偿电容器。该设计系统在累计工作约
是同一批次产品,其特征与性能不可能完全一5h后发现,该钽电解质电容器失效,电容器外
致,每只电容器的耐高压能力也不尽相同。标准部爆开,管壳与内部钽块、塞柱等结构完全脱
CJB/Z35的5.8.5条有关电解电容器应用的规离;电容器外壳表面大部分绝缘套管已经融化;在
定:为防止电解电容器漏电流“雪崩”现象,在体视镜下观察失效电容器内部钽块,钽块外表面
电路设计中应有不小于每伏30的等效串联阻局部介质层有明显色斑,具体形貌如图3所示
抗。本案例的失效原因,后续经进一步排査确
失效机理:直流电机属感性负载,在电机关
认,发现反向电动势泄放保护单元中隔离变送器闭时会产生反向电动势施加在电容器两端。由于
输出信号中存在干扰信号,导致反向电动势异常钽电解质电容器的介质氧化膜具有单向导电性,
施加于并联铝电解电容器端。并联电容器端受到不允许施加反向电压。相关标准中也明确规定,
过电压冲击时,导致其中一支介质耐冲击能力较非固体电解质钽电容器在有极性的条件下不允许
低的电容器被瞬间击穿,而并联支路又没有串联施加反向电压。而本例中,当电容器负极受到极
电阻,进而导致其它4支电容器中储存的电荷通性电感负载反向电动势时,就会有较大的电流通
过该支电容器进行大电流泄放,从而导致该支电过,并导致钽电解质电容器温度上升。加之该
容器被击穿而爆裂。
系统在失效前已累计工作约5h,电容器的负极
建议铝电解电容器使用过程中,一则要充分不断承受反向电动势的作用,最终导致过热内部
考虑并联使用本身可能引入的一定风险;二则要注电解质受热汽化迅速膨胀爆开失效。
意设计过程中并联支路中串联电阻的增加与选用。
直流电机两端所加补偿电容器在工作情况下
1.2反向电压导致钽电解质电容器失效
可能经受两端电压极性转换情况,这种场合下不
某非固体电解质钽电容器作为27V直流电机易使用有极性电容。
《航天栎化》2012年第3創
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