钽电容的失效原理

钽电容的失效原理

钽电容失效的模式很恐怖,轻则烧毁冒烟,重则火光四溅。
不同的使用电压和不同的工作温度与产品的额定电压会导致出现不同的寿命,如果一个产品的工作温度较低,使用的电压也较低,那么它的失效率就非常低。从侧面同时也证明如果一只钽电解电容的漏电流较小就相当于产品的降额幅度更大,相当与这只产品的实验电压低或使用温度低。如果一只产品的高温漏电流较小,其可靠性更高。

在具体使用时,由于电路产生的热量积聚,产品工作时环境温度有可能达到50度以上,因此实际使用电压必须考虑到温度升高会导致产品的漏电流增加的问题.因此实际使用电压应该更低.由于贴片钽电容漏电流随温度的增加而增加。工作在温度较高时,最大工作电压必须降额使用。在实际使用中过高的温度和使用电压对产品的可靠性影响非常大。
钽电解电容使用在电路中时,在正常的工作电压以外,还要受到浪涌电压和电流的冲击.因此,工作时实际加在产品上的电压=浪涌电压+工作电压+交流纹波电压.由于使用电路中的阻抗不一样,因此,当电路阻抗较低时,实际的浪涌电压在瞬间可以达到1.5-2.5倍的稳态工作电压.因此,使用在低阻抗电路中时,考虑到开关瞬间的浪涌冲击电压会远超过产品容许承受的电压冲击,因此稳态的工作电压不能超过额定值的1/3.否则,产品就非常容易出现瞬间的过压而击穿.因此,在电路设计时必须为不断产生的浪涌留出电压余量.

钽电容的反向击穿

钽电容是典型的极性元件,由于其介质层特殊的物理结构,它基本不能承受反向电压.这里引用的反向电压值是指在任何时候出现在电容器上的最大反向电压。这些极限建立在假定电容器在其工作期间的极大多数时间内极性正确的基础上。只是在短时间内极性反,例如出现在开关的瞬间外加波形的较小的部分。连续工作在反向电压下会导致漏电流大幅度增加甚至击穿.在有连续反向电压出现的场合,可以两个一样的电容器背靠背阴极连接在一起组成一个无极性电容器. 在绝大多数情况下,这种组合是原来单个电容器容量的一半。在孤立脉冲或最初几个周期情况下,电容量可能接近正常值。设计的容许承受的额定反向电压要考虑到异常的情况,例如电压波形发生偏移变成不正确的电压方向。正常情况下,可以瞬间加到电容器上的反向电压峰值不应该超过:

在25℃时,额定直流工作电压的10% ,最大为1V 。

在85℃时,额定直流工作电压的3% ,最大为0.5V 。

在125℃时,额定直流工作电压的1% ,最大为0.1V 。因此,如果电路中的反向电压较大,会导致快速的DCL增加而失效.
钽电容的浪涌失效当贴片钽电容使用到开关电源电路中时,由于电路电阻很低,因此,电路中在开关的瞬间会产生1.5-2.5倍的瞬间浪涌电压和浪涌电流.而不同规格产品的ESR值一定,因此不同规格产品能够耐受的电流如下: I=VR/(1+ESR),在产品的ESR一定时,如果浪涌电流过高,产品也会因迅速的发热而导致击穿失效.因此,使用在此电路中时,稳态的工作电压不能大于1/3额定电压.同时还必须在电路设计时保证产生的直流浪涌值不大于产品容许的浪涌值.如果不遵守此基本原则,产品就会失效.

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