片式钽电解电容器使用技术说明

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1、钽电解电容器使用技术指南一.钽电解电容器性能简要说明钽电容器目前仍然是一种体积容量比最高的电荷能量储存元件 ,它能够储存的电能量高低取决于介 质层的厚度和面积，而它的介质层的介电能力可以达到120KV/mm,它相对的介电常数为27x10-12法拉/ 米，因此钽电容器可以在很薄的介质层内承受极高的场强，这是它体积容量比较高的根本原因。它可以 储存的电容量C与介质层的厚度d及介质层的面积A之间的关系如下：C=(0rA)/d这里：0是真空中的介质常数(8.855x10-12法拉/米)r是五氧化二钽的相对介质常数=27d 是金属中电介质的厚度(单位是米)C 是电容量，单位法拉A 是表面积，单位是 m2

2、钽电容器能够储能是因为其介质层五氧化二钽具有容许交流电通过阻止直流电通过的单向导电性， 因此它属于极性电容器，使用和测试时必须特别注意它与叠层陶瓷电容器的区别。其介质层的形成是基 于钽是一种阀金属，在电化学状态下形成的无定型五氧化物具有的单向导电性是它能够成为制造电容器 的优良材料的根本原因，它的介质层形成的电化学原理见下化学式。介质的厚度通过形成(赋能)过程 中施加的电压进行控制，最初在酸性溶液中保持直流电流不变，直到达到正确的介质厚度，(即电压达到 “赋能”电压)，然后转换到电压不变，直到电流衰减接近为零。下面的化学方程式介绍了该过程。钽阳极：2Ta2T+ + 10e-2Ta5+ + 10

3、 OH- fTa2O5 + 5H2O阴极：10H2O 10e- f 5H2 + 10 OH-形成的阳极再通过化学方法，在介质层上沉积一层电子电导型的二氧化锰作为电容器的阴极，这样， 电容器的电容量就可以在固态下被引出成为一个可以储藏电能量的元件，制造电容器使用的材料如下： 阳极：钽粉和钽丝(Ta)引线保护：垫圈(聚四氟乙烯)介质：五氧化二(Ta2O5)阴极：二氧化锰(MnO2)对应电极：碳(C)装配：银胶(Ag)银浆(Ag)防潮物：硅基材料包封材料：热固环氧树脂包装：塑料载带(聚碳酸酯)、塑料上带(聚酯)、塑料卷盘(聚苯乙烯)无铅引线框架无铅引线框架是铁(Fe)基镍合金，有薄的镍隔离层(Ni)

4、外镀100%锡(Sn)。按照用户要求，我们可以制造出完全符合欧盟标准的绿色产品：(1) RoHS(Restriction of Hazardous Substances一European Union directive 2002 / 95 / EC) RoHS (限制 危害物质的使用欧盟官方指令2002 / 95 / EC)(2) ELV(End of Life-Vehicle一European Union directive 2000 / 53 / EC )ELV (车辆报废欧盟官方指令2000 / 53 / EC)基于钽电容器介质层的单向导电性，钽电容器可以使用在储能、滤波、退耦、傍路等中

5、低频电路， 在使用到不同电路时必须注意其性能特点和电路需求的符合性。由于钽电容器的失效模式非常危险，击穿时如果通过的电流较大会燃烧甚至爆炸这取决于电路电流 和电压的高低，容易引发连带效应，因此，正确的使用才能与它的高性能相符，对其性能特点认识或了 解的不够非常容易导致不应该出现的问题发生，因此，在您使用钽电容器之前请务必先认真阅读本公司 的使用技术说明，对于使用中出现问题的处理请联系本公司的技术服务工程师，他们会向您提供必要的 使用技术支持。二.钽电容器的电性能参数介绍1. 文字符号说明见下文内容：CA：国家标准中规定的钽电容器英文表示UR：电容器的额定工作电压，单位是伏特VUC：电容器在12

6、5度时的最高工作电压，也叫降额电压.单位伏特VUS：电容器可以在85度时实验的浪涌电压，单位是伏特VCR：电容器的标称电容器，单位微法uFESR：电容器在100KHZ时测试时的等效串联电阻，单位是欧姆QI0：电容器在室温时的漏电流，单位是微安UaIrms：电容器在规定的频率下能够承受的最大交流纹波电流，单位是Matg：电容器室温时的损耗角正切，单位是2. 钽电容器常用的专业名词术语解释额定电压：在使用温度低于85度，串联电阻33欧姆/伏特时可以使用的最高直流电压。 降额电压：在特定使用温度或最高使用温度及一定电路电阻下可以安全使用的电压。 浪涌电压：电容器在室温时可以承受的按一定比例升高和泄放

7、的直流电压，有时候指开关电源电路 开断时瞬间产生的冲击电压。标称容量：在室温时，测试频率为100HZ时的电容量，也叫额定容量。 损耗角正切：电容器在工作状态时本身电阻消耗的能量和总的输入能量之间的百分比。等效串联电阻：在100KHZ时测试出的电容器物理结构的串联电阻。 漏电流：电容器在特定温度和额定电压下存在的直流漏导电流。 纹波电流：直流电路中残存的交流电流。纹波电压：直流电路中存在的交流电压。 浪涌电流：在低阻抗电路的开关瞬间产生的冲击直流电流。环境温度：电容器容许使用的温度范围。3. 钽电容器的测试标准容量和损耗角正切U- = 2.2.oV, U= 1.Ofo.5V （有效值）；测量频率

8、：100HZ漏电流额定电压充电3分钟等效串联电阻U- = 2.2.oV, U = 1.OZo.5V （有效值）；测量频率：100KHZ4. 钽电容器在使用时各种参数与产品性能之间关系的说明4.1 钽电容器容量与使用频率之间关系如下图示典型容量频率曲线1.4钽电容器的容量随工作频率的增加而降低，当工作或测试频率等于电容器的谐振频率时，电容器的 容量将丧失，因此电容器的上限使用频率不能超过电容器物理结构决定的谐振频率。4.2钽电容器损耗与使用频率之间关系如下图所示损耗角正切(tg3)/钽电容器的损耗角正切(tg械测试或工作频率的增加而增大，因此，在不同频率下测试或使用时, 产品的损耗将增加，设计电

9、路和使用时请注意此变化趋势。4.3钽电容等效串联电阻ESR与使用频率之间关系的说明阻抗的频率依靠和ESR11.F 0-1L阻抗ESR钽电容器的等效串联电阻ESR与产品测试或使用频率之间存在如下关系： ESR= tgd/ 2nfC因此，损耗较大的产品等效串联电阻也将较大，随产品容量增加，产品的ESR也将减少,容量越低的 产品ESR也将越大，容量越大的产品的ESR将越小。4.4.钽电容器使用温度与容量之间关系如下图所示典型容量温度对比钽电容器在最低使用温度-55C时容量下降幅度小于5%,随测试或使用温度增高时容量将增加，在 +125C容量最大增长幅度小于12%，因此，在测试和使用时必须考虑到钽电容

10、器在不同温度下的容量变 化率。4.5钽电容器的反向电压和无极性说明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降级。在有连续反向电压出现的场合，两 个一样的电容器背靠背阴极连接在一起，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。设计的容许的额定反向电压要考虑包括异 常的情况，发生偏移变成不正确的极性。钽电容器为有极性电容器，所以请勿施加反向电

11、压，不可使用在只有交流的电路中。1）在不得已的情况下，允许在短时间内施加小量的反向电压，其值为：25C下：10%UR （额定电压）或IV （取小者）85C下：5%UR （额定电压）或0.5V （取小者）在125C时，额定直流工作电压的1%，最大为0.1V2）如果将电容器长期使用在反向电路中时，请选用无极性钽电容器。3）银外壳非固体电解钽电容器不能承受反向电压。4）原则上禁止使用万用表的电阻档对有钽电容的电路或电容器本身进行不分极性的测试。5）在测量使用过程中，如不慎使钽电容器承受了不应有的反向电压，请将该电容器报废，即使 其各项电参数仍然合格。4.6钽电容器使用电压与漏电流之间关系说明漏电流额

12、定电压对比上图可以说明，钽电容器的漏电流随测试或使用电压的提高而增加，在有1000欧姆保护电阻的条件 下，室温时施加额定电压进行测试，为保证使用时的可靠性，在可能的条件下，应该尽可能选用耐压更高 的产品可以降低产品的漏电流，从而可以提高产品的可靠性。4.7钽电容器使用电压与温度之间关系的说明见下图屯圧对温度比率0Caye由于钽电容器的漏电流会随温度的升高而增大，因此，在使用温度超过85度时必须施加更大的降额， 因为钽电容器的失效率根据其使用条件(环境温度、施加电压、电路电阻、使用电路等)的不同而不同, 所以，请在充分研讨使用条件后，选择适当产品。一般设计电容器时，以在85C下连续施加额定电压1

13、000小时的失效率为基准，在实际电路中往往 存在浪涌电压或电流的峰值冲击及波纹电流或其它意外冲击的问题，所以实际使用中的降额设计是非常 必要的，建议一般降额至65%Ur (额定电压)以下，以上降额幅度适用于有保护电阻的电路，如果钽电 容器被使用在开关电源电路或脉冲充放电电路和其它低阻抗电路，必须降额到1/3额定值下使用才可以 保证安全使用。当片式钽电容器用在85C或以上温度时，从下面的表达式中计算减少的电压Ut，但是，注意周围 温度不超过125C。Ut=Vo(Ur-Uc)(T-85)/40这里：UR：额定电压(V)Uc：125 C时的降额电压T:周围环境温度4.8钽电容器漏电流与使用温度之间关

14、系如下图示漏电涼变化钽电容器的漏电流随使用温度增加而增加，85C时漏电流小于室温时的10倍，125C时小于室温时 的12倍，因此，设计电路时必须考虑到在使用温度较高时的降额问题才可以保证电路的可靠性。当片式钽电容器用在85C或以上温度时，从下面的公式中计算应该降额的电压UT,但是，注意周围温度不超过125C。UT=V0(UR-UC)(T-85)/40这里：UR:额定电压(V)UC: 125 C时的降额电压T:周围环境温度(C)4.9钽电容器使用电压与额定电压及电路阻抗关系见下图k一般电路的 详细范BI一-J* 低阻抗电路的 特殊范IS140工作电压(V30201004-6.3 1016 202

15、53550额定电JE V)电容器的故障受到使用电压和额定电压的比率影响很大。设计实际电路时，请考虑到所有要求的可 靠性，适当降低电压。使用低阻抗电路时(尤其开关电源中的滤波电容器和脉冲充放电电路中作为储能元件)，请将使用电 压设定在额定电压的1/3以下。使用其它电路时，请将使用电压设立在额定电压的2/3以下。钽电容器在电路中，应控制瞬间大电流对电容器的冲击，建议串联电阻以缓解这种冲击。请将3Q/V 以上的保护电阻器串联在电容器上，以限制电流在300mA以下。无法插入保护电阻时，请使用1/3额定 电压以下作为工作电压。由于低阻抗电路在开关的瞬间电路中会产生一个持续时间极短的浪涌冲击，而固体钽电容器承受浪 涌电压和电流的能力是有限的。这与其它电解电容器一样，这是因为介质工作在非常高的电场强度下。 例如，6V钽电容器工作在额定电压其电场强度为167 KV/mm。因此，