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电路设计中片式钽电容的使用
时间:2011-07-31 点击:2259 次

电路设计中片式钽电容的使用

1、可靠性
       
固体钽电容器的可靠性受环境条件的影响很大。例如:温度、湿度、冲击、振动、机械应力和电场强度,包括应用电压、波纹电流、瞬间电流和电压以及频率。当使用固体钽电容器时,要为电容器提供足够的可靠余量。
    
在估计可靠性(现场故障率)时,电压和温度是重要参数。
       
如果只强调温度和电压,固体钽电容器的现场故障率可以从下面的表达式中计算出来:
        λ=λ0(V/V0)3×2(T-T0)/10
   
这里:
   λ:    
实际工作条件下估计的故障率。
         
温度: T ;电压: V
   λ0:   
额定负载下的故障率。(1% /1000h)
         
温度: T0 ;电压: V0
测试条件:
             
温度: 85
             
电压:额定电压
             Rs: 3Ω
2
波纹电流和波纹电压
   
如果在电容器上施加波纹电流,在电容器内会产生焦耳热(功率损耗),因此会影响电容器的可靠性。
(1)    
功率损耗
    
电容器中实际的功率损耗可以利用下面的公式计算:

         P=I2 × ESR……………….
公式 1
    
这里:
         P:    
功率损耗 (瓦特)
         I:     
波纹电流 (安倍)
         ESR:  
等效串联电阻 (Ω)
         
         
1 额定损耗
壳号    最大功率损耗
瓦特100KH  25
P    0.025
A    0.075
B    0.085
C    0.110
D    0.150
(2)    
波纹电流
利用表1中的最大功率损耗,可以利用下面的公式计算最大波纹电流(Arms)

          I=√P/ESR×K×F………………….
公式 2
     
这里:
          K
      温度降额因子…. 2
          F
      频率降额因子…… 3
          ESR
  参考额定值
       
2:  温度降额因子K
温度    温度降额因子K
25
    1
85
    0.9
125
    0.4
Table 3:
频率降额因子F
频率    10KHz    100 KHz    500 KHz    1MHz
降额因子K    0.80    1.00    1.15    1.20
波纹电压E利用公式3计算:.
           E=Z×I…………………………..
公式 3
这里:
           E
      波纹电压
           Z
     具体频率下的阻抗
(3)    
波纹电压
施加到电容器上的波纹电压受三个标准的限制:
(a)    
电容器中ESR的功率损耗不超过表1中适当的值。
(b)    
直流电压和波纹电压的峰值之和不超过额定电压。
(c)    
直流电压和波纹电压的负峰值之和不超过允许的反向电压。
3
反向电压
由于固体钽电容器是有极性的,不能施加反向电压。如果反向电压不可避免,施加的时间必须要短,并且不能超过下面的值:
        25
…….最大为额定电压的10% 1V,取小者。
        85
……. 最大为额定电压的5% 0.5V,取小者。
125
……. 最大为额定电压的1% 0.1V,取小者。
即使在上述限制下,电容器也不能连续使用在反向电压模式。
4
使用电压
(1)    
对于一般应用,使用电容器额定电压的70% 或更小。
(2)    
当电容器用在电源线或低阻抗电路中时,使用电压应在额定电压的30%(最大为50%.) ,以避免浪涌电流的不利影响。
(3)    
温度在85或以上时要降额使用
当片式钽电容器用在85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 125
UT=V0(UR-UC)(T-85)/40
这里:
          UR:  
额定电压 (V)
          UC:  125
时的降额电压
           T:  
周围环境温度 ()
5
电流 (串联电阻)
在有瞬间电流(开关电路、充电/放电电路等)通过的电路中,与电容器串联的电阻至少为3Ω/V ,这样可以提高钽电容器的可靠性。如果电容器处于低阻抗电路中,施加到电容器上的电压应该是额定电压的1/2 1/3
6
.发生短路的情况
二氧化锰钽电容器在短路时会发热、并可能产生火和燃烧。这决定于超流情况、时间和其它因素。
当设计电路时,提供尽可能多的余地,以保持钽电容器的可靠性。
片式钽电容器使用中的注意事项
1
.安装
(1)    
直接焊接
当用喷射焊接或浸焊时,要记住以下几点:
(a)     
临时固定树脂
由于片式钽电容器比较大,比片式多层陶瓷电容器和片式电阻需要更大的力,需要更多的树脂来临时固定电容器。但是,如果树脂用得太多,树脂粘到印刷电路板的焊盘上会对可焊性产生不良影响。
(b)    
焊盘尺寸                                                     ( mm )
壳号    a    b    c
P    2.2    1.4    0.7
A    2.9    1.7    1.2
B    3.0    2.8    1.6
C    4.1    2.3    2.4
D    5.2    2.9    3.7
         
上述尺寸仅供参考。如果电容器按此尺寸安装,如果焊盘太小,可焊性会变差。
(c)    
温度和时间
保持峰值温度和时间在下面的数值内:
焊接温度:           最大260
时间:               最大5
但是,只要有可能,要在平滑的温度曲线条件下进行预热(最高温度为 150) 。为了保持可靠性,尽量在较低温度和较短时间内安装焊接。
(d)    
元件的布局
如果在印刷电路板上有多种类型的片式元件采用喷射焊接,在整个电路板上可焊性会不一致,这决定于电路板上元件的布局和密度。(也要考虑气体的流通量)。
(e)    
助焊剂
采用树脂基助焊剂,不要采用强酸性的助焊剂。.
(2)    
回流焊
当采用回流焊或热板焊时要记住下面几点:
(a)    
焊盘设计 (符合 IEC 61188)
                                     (mm)
壳号    G. Max.    Z Min.    X Min.    Y(参考)
P    0.5    2.6    1.2    0.9
A    1.0    3.8    1.5    1.05
B    1.4    4.1    2.7    1.35
C    2.9    6.9    2.7    2.0
D    4.1    8.2    2.9    2.05
  
上述为参考尺寸。注意:如果焊盘太大,元件会安装不到位。
(b)
温度和时间
保持峰值温度和时间在以下数值范围内:
焊接温度:          最大260
时间:              最大10
    
只要有可能,要在平滑的温度曲线下进行预热。(最高 150) 为了保持电容器的可靠性,尽量将电容器在低温和短时间内安装。上面显示的峰值温度和时间是在焊接炉或热板焊时的适当参数。当采用红外回流焊时,电容器内部的温度会超过其表面温度。
(3)
用烙铁焊接
当采用烙铁焊接时,要控制烙铁尖的温度是很困难的。但是,建议采用下面的温度和时间来保持电容器的可靠性。
        
烙铁温度              最大300
        
时间                  最大3
        
烙铁功率              最大 30 W
2
.清洗
一般情况下,几种有机溶剂可以用做元件焊接以后的清洗剂。许多清洗方法,例如沉浸清洗、冲洗、刷洗、淋洗、蒸气洗和超声清洗都是可用的。可以采用单独的清洗方法,也可以两种或多种方法组合使用。有机溶剂的温度会随室温有几十度的变化,决定于要求的作用。但是,如果只强调清洗作用,元件上的标识可能被清洗掉,元件的外观也会遭到破坏。在最坏的情况下,元件的功能也会遭到损坏。所以建议钽电容器在下面的条件下清洗:
建议的清洗条件
(1)
清洗溶剂                异丙基酒精
(2)
清洗方法               淋洗、冲洗、蒸汽洗
(3)
清洗时间                最大5分钟

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