原创 固体钽电容器和氧化铌电容器降额使用的差别

 钽电容器的合适使用条件在-55-+125度,  在85度内可以施加额定电压进行测试.按说,这样的条件已经说明钽电容器的温度特性很好了,但有一点经常被人忽视,那就是, 在此条件下测试是在有1000欧姆的保护电阻下进行的.在产品通电的瞬间, 电路中的电压和电流存在的浪涌变化非常小,过大的瞬间电流被串联的电阻抑制,因此变化对钽电容器造成冲击.

        而在实际使用中,钽电容器经常被使用在没有任何电阻保护的电源电路作滤波或者作充放电使用,而此类电路如果使用的是外接电源,在开关的瞬间,电路中会产生非常高的浪涌电压和电流变化,因此,使用在此类电路,钽电容器在开关的瞬间就会承受到超过额定值的电压和大电流冲击而击穿失效.因此,使用在此类电路中的钽电容器,经过大量实验,证明,如果想保证其足够的可靠性,必须大幅度降额使用, 保证其瞬间加在产品上的浪涌电压和反向电压之和不能超过额定值. 使用在此类低阻抗电路中的钽电容器因此被要求降额到额定值的1/3使用才可以保证可靠性.

       此类要求已经为实际的用户带来了大量的不便; 一方面,许多用户并不知道钽电容器在此类电路中的如此苛刻的使用条件,因此使用电压偏高,经常因此出现击穿,另一方面, 用户无法达到在体积和电容量被严格限定的条件下具有更高耐电压能力的片式产品.

       导致钽电容器在具体使用中存在如此苛刻条件的原因, 实际上是钽电容器的危险的失效模式;钽电容器在漏电流偏大时,产品的耐压会迅速降低,随之很快出现的击穿瞬间就能够导致介质层的快速崩溃而出现燃烧或爆炸现象.它的此种缺陷导致钽电容器在存在大的浪涌电流的电路中呈现出非常脆弱的特征; 耐浪涌能力是所有电容器中是最差的.

      为了保证钽电容器在具体使用中不会出现可怕的质量问题,用户只有一个方法;那就是大幅度降额使用.这也是几乎所有用户对钽电容器性能方面唯一不满意的原因.   如果使用电压偏高,它非常容易燃烧爆炸,接下来的后果谁都不愿意想象.....击穿时它甚至能够引发连续击穿和火灾......     这种缺点与钽电容器的小体积大容量和最好的温度特性比较起来,仍然使许多用户在有其他选择时会使用其它安全性较高的电容器. 

     但是,钽电容器具有的小体积大容量和优良的温度特性仍然是其它电容器所无法比拟的, 在安装面积和空间受到严格限制,温度特性有较高要求的电路, 我们仍然必须选择钽电容器.

      陶瓷电容器具有钽电容器不具备的对浪涌不敏感,击穿时不燃烧不爆炸的安全性,但其温度特性差,体积容量比太低,只能使用在工作频率高但信号强度非常低的滤波电路, 在大功率电源电路和充放电电路仍然不具备和钽电容器相比的条件. 铝电容器的体积又较大,温度特性不好,可靠性不够,只能使用在要求低的电源电路. 

       上述问题是电路设计者必须面对的难题,现在,经过电容器专业技术人员的努力, 这个难题在低压滤波电路已经得到了解决; 我们的电容器技术人员利用一种新的材料和新的工艺技术开发出了一种结合了钽电容器和陶瓷电容器优点,却又消除了它们缺点的新型片式电解电容器----氧化铌电容器.

       氧化铌电容器在体积容量比上可以达到和钽电容器相同的水平,在温度特性上基本相同.但是,氧化铌电容器由于采用了富含氧的一氧化铌作基材,因此,在出现击穿或漏电流大时不会燃烧和爆炸, 最重要的是,在被击穿时,它仍然能够同时保持容量基本不变化,同时呈现出20-40K的电阻特性,这样就保证电路不会因为一个元件击穿而出现连续击穿而造成更严重的故障.

       氧化铌电容器具有与陶瓷电容器相同的不燃烧爆炸的原因是其优良的抗浪涌能力和耐交流纹波能力.尽管它仍然是一种极性元器件,但它具备的耐纹波能力几乎与陶瓷电容器相近.  也正是它具备这些钽电容器不具备的"皮实"的特性,因此, 使用在存在很高浪涌电压和电流的开关电源电路,它几乎不需要降额就可以保证安全使用.同时,其可靠性比钽电容器高数倍. 而这一切是钽电容器梦寐以求也无法达到的标准. 

      笔者已经做过一个击穿实验;当使用100V的电压把一只10V330UF的氧化铌电容器击穿后,它根本不会燃烧爆炸.测试其容量和损耗,仍然处于正常值[这意味着在电路中即使出现击穿它仍然能够发挥作用,只不过是能够通过的电流较大罢了],此时,其阻抗值变为2K-30K欧姆, 当使用容许的降额电压[6.3V]继续测试其漏电流性能时, 它仍然能够在短时间内恢复为合格值. 此种特性甚至可以说它是一种不能击穿的电容器.其可靠性与其他电解电容器相比几乎不敢相信.这样的性能正是广大电路设计人员梦寐以求的目标. 

       大量的实验和使用已经证明;  一种低压钽电容器的换代产品已经将不可能变为可能.