高分子片式钽电容器的应用问题分析

高分子片式钽电容器的应用问题分析

传统的片式钽电容器阴极为电子电导型的二氧化锰，由于二氧化锰是一种半导体，因此，此类片式钽电容器的阻抗较高。由于电容器阻抗ESR[也叫等效串联电阻]和电容器的容量CR及测试或使用频率有如下数学关系；

ESR=Tgδ/2πfC R

式中；ESR 为等效串联电阻，单位为欧姆。

Tgδ为产品损耗。单位为%

π为3.14159265

f为测试频率.单位是H Z

C R为该只电容器的额定容量

因此,当该只电容器的本身ESR较大时,电容器可以工作的滤波频率范围就受到严格限制.因为该只电容器的谐振频率f0将较低.因此该电容器可以应用的频率范围就较低.见下式;

电容器的谐振频率与电容器各参数间的数学关系如下;

f0=1/2πRC

式中; f0为该只阻抗和容量一定的电容器的谐振点.单位为H Z

π为3.14159265

C为该只电容器的实际测试容量

R为等效串联电阻，单位为欧姆

任何一只电容器的各参数间都有上述的数学关系,因此,不同种类的电容器适合于不同滤波频率的电路.当电容器的参数与电路参数不匹配时,该电容器会失效或滤波效果不佳.

电子技术的进步来源于工作频率的不断增加,这样,任何一种电子产品的功能才能更强大,在一定的时间内能够处理的信号的速度才能更快.因此,整机技术的进步决定了电容器的可适用工作频率范围也必须扩大,特别是滤波电路里使用的

片式钽电容器和其它种类的电容器,其工作频率范围决定了其适应的电路类型甚至市场空间.

为了使片式钽电容器能够使用在更高频率的滤波电路里信号失真度更小,现在的片式钽电容器的阴极改为一种能够导电的高分子材料-聚噻吩. 聚噻吩是一种新型导电聚合物,其高温稳定性优良,电阻率接近普通金属,由于片式钽电容器的阻抗有很大一部分来自于阴极材料的自有阻抗,因此,使用高导电率聚噻吩作阴极的片式钽电容器的自有高频阻抗ESR可以大幅度地降低数倍甚至一个数量级.这样,使用高分子作阴极的片式钽电容器就可以使用在工作频率更高的滤波电路.

由于聚噻吩属于典型的导电有机物,因此,其具有的有机物物理特征又使片式钽电容器的基本性能发生了很多变化;

1.可以使用到工作频率更高的滤波电路.

2.由于高分子材料呈软态,因此,当电路中瞬间产生的电脉冲或电压及电流浪

涌时,压电效应导致的介质层晶体位移不会与阴极产生突然的挤压效应而

破裂,因此,使用在此类滤波电路中,高分子片式钽电容器不需要大幅度降额;

低压产品只需要降额10%,高压产品只需要降额20%就可以在此类电路中获得更高的可靠性.

3.在出现意外的击穿现象时,高分子产品不会象二氧化锰阴极的片式钽电容

器那样会迅速爆炸甚至燃烧,其安全性较佳.

但是,高分子产品短路时不爆炸燃烧的特性同时也会带来其它问题,当短路发生时,它不会像普通片式电容器一样迅速先短路马上又开路,而是一直处于短路状态,必须长时间存在更大的多的电流才能烧毁.因此,如果发生失效问题,必须迅速拆除该只产品才能使电路恢复正常,否则,只要电路处于有电状态,电路一直会处于短路状态而不能重新启动.

高分子片式钽电容器的开发主要是为了使其能够使用在工作频率更高的滤波电路,当使用到大功率的储能充放电电路里时,必须充分考虑到其一旦短路不能够迅速断开的固有缺陷.同时,必须考虑到不同电路类型对电容器基本性能的不同要求.

使用在大功率充放电电路里的电容器必须满足如下要求;

1. . 该电容器必须具有尽可能低的直流漏电流;

钽电容器的漏电流和实际耐压及其绝缘电阻之间存在如下数学关系;

I=UR/R

上式是欧姆定律的数学表达式,但是,对于钽电容器, I表示的是该产品的实际漏电流而不是导体中通过的电流,UR是该产品的实际耐压而不是电路中实际施加的电压,R是该产品的实际绝缘电阻而不是该产品的电阻. 这些实际内容上的区别非常重要.

从上式中,我们可以推导出这样的规律;当漏电流偏大时,产品的实际绝缘电阻就会下降,同时,该产品的实际耐压也会下降.同样的道理,如果实际漏电流较小的产品,其绝缘电阻也将较高,其实际耐压也会更高. 此规律在高温时对钽电容器的可靠性意义重大; 当高温时该产品的实际漏电流较大时,其实际耐压就会大幅度下降,因此,高温时钽电容器的失效率就高得多. 因此,对钽电容器的可靠性影响最大的参数就是该产品的漏电流大小,特别是高温时该产品的漏电流变化率高低可以直接成为该产品可靠性高低的最主要的判定参数.

在使用电压较高时,片式钽电容器的漏电流偏大的产品在进行频繁的大功率放电时会出现爆炸失效现象.作为T/R组件中的瞬时电源,为了保证电磁波发射的功率强度足够[可以探测的距离和强度成正比],施加到电容器上和电容器放电时的功率均较大,此时,如果漏电流偏大,非常容易导致击穿瞬间发生,从而造成该T/R组件功能失效.

制约片式钽电容器的漏电流大小的条件主要是电容器生产厂家的工艺技术水平,在此方面,各家片式钽电容器生产商的实际生产水平相差巨大.但由于高分子片式钽电容器的标准对漏电流的要求较宽,因此,从简单的测试看,好象那家公司都能够生产出合乎标准的高分子片式钽电容器,而实际却不竟然,各家生产出的相同规格的高分子片式钽电容器的实际漏电流水平和可靠性水平相差非常大.如果使用厂家只是通过形式化的简单测试,根本发现不了其中的差别.因此,不断的失效问题就一直在困扰着电容器使用者.

钽电容器在实际制造过程中，由于使用的原材料性能差异和工艺水平不同以及装备性能的不同，批量生产出的产品的性能尽管都符合标准规定，但实际上不同生产厂家生产的产品的性能存在明显的质量差异。即使是同一生产批，不同只产品实际上也存在质量差异。造成此现象的深层次原因是钽电容器复杂的生产工艺过程使产品参数不可能保持绝对的完全一致，因此,追求质量一致性和追求高性能就成为所有生产厂家的重要目标。而对于用户而言，造成使用时失效的原因主要有两点；一；产品性能参数与电路使用条件不匹配。二；由用