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軍用高可靠性電解電容器的選擇
引言
電容器一般由兩個(gè)接近并相互絕緣的導(dǎo)體構(gòu)成，是軍用電子整機(jī)不可缺少的基礎(chǔ)元件。在軍用電子產(chǎn)品中，電解電容器占有相當(dāng)大的比重，其可靠性在整機(jī)中起著至關(guān)重要的作用。
根據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，在整機(jī)故障原因中，由電容器選擇和應(yīng)用方面的原因造成的故障約占電容器總失效率的55～85％；電容器自身質(zhì)量造成的失效約占15～45％。從以上數(shù)據(jù)可以看出，電容器失效的主要原因與選擇和使用不當(dāng)有關(guān)。因此，做好電解電容器的選擇和應(yīng)用，對(duì)保證軍工產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性具有重要的意義。
1 電解電容器的選擇
在軍用電子產(chǎn)品中，為了保證整機(jī)系統(tǒng)的可靠性，選用電解電容器時(shí)，應(yīng)遵從以下原則：
(1)盡量選用列入軍用電子元器件合格清單(QPL)的元器件；
(2)盡量選用優(yōu)選元器件清單的產(chǎn)品(PPL)；
(3)正確選擇元器件的質(zhì)量等級(jí)；
(4)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)和通用元器件，慎重選用新品種和非標(biāo)準(zhǔn)元器件；
(5)在提供元器件清單時(shí)，必須清楚元器件標(biāo)志的含義，避勉采購(gòu)回來(lái)的元器件不符合整機(jī)系統(tǒng)的可靠性要求。
設(shè)計(jì)人員在選擇電容器時(shí)，要對(duì)電解電容器的主要技術(shù)性能進(jìn)行了解，對(duì)它的電容量、工作電壓、漏電流、損耗角正切值、溫度特性、阻抗頻率特性、反向耐電壓、儲(chǔ)存性能以及價(jià)格等方面進(jìn)行比較。同時(shí)要注意電容器所使用的材質(zhì)，最常用的材質(zhì)是Z5U，這種材質(zhì)性能穩(wěn)定，介電系數(shù)高，電容器容量大，自諧振頻率可達(dá)到1～20MHz；最高可用到50 MHz。另一種常用的材質(zhì)是NPO，這種材質(zhì)具有很好的高頻特性，但介電常數(shù)低、容量小，一般不在10 MHz以下使用。
電解電容器分鋁電解電容器和鉭電解電容器兩大類。鉭電解電容器又分固體鉭電解電容器和液體鉭電容器。三種電容器各有特點(diǎn)，選擇時(shí)應(yīng)有所區(qū)別。
鋁電解電容器的優(yōu)點(diǎn)是鋁材在我國(guó)分布廣、價(jià)格低、產(chǎn)量大、重量輕、有自愈特性。其缺點(diǎn)是介質(zhì)損耗大、絕緣性能差(漏電流大)、容量偏差大，并有擱置效應(yīng)。再加之一般是用鋁作外殼的非氣密封元件，故可靠性較差。適應(yīng)環(huán)境溫度范圍窄，尤其是負(fù)溫特性差，一般為-20℃(個(gè)別種品可達(dá)-40℃，國(guó)軍標(biāo)CDK系列為-55℃)。適用于對(duì)環(huán)境條件要求不高的一般民用電子產(chǎn)品及對(duì)可靠性要求不高的部分地面軍用電子整機(jī)。
鉭電解電容器與鋁電解電容器相比，其優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境溫度范圍寬，一般為-55℃～+125℃；鉭氧化膜的絕緣電阻是鋁氧化膜的2倍，故漏電流??；在半導(dǎo)體器件工作電壓范圍內(nèi)(指150 V以下)，相同容量的鉭電容器比鋁電解電容器體積小2倍，并具有損耗小、性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)勢(shì)。鉭解電容器適用于軍用電子設(shè)備，其缺點(diǎn)是價(jià)格高，受到成本的限制，所以用量極少。由于CA42鉭解電容器采用了環(huán)氧樹脂包封，因而大大降低了固體鉭電容器的價(jià)格，所以，部分民用整機(jī)也已批量采用。由于CA42環(huán)氧樹脂固體鉭電容器是非密封元件，不適宜使用環(huán)境條件惡劣的軍用整機(jī)，故在軍用產(chǎn)品上應(yīng)采用全密封鉭的解電容器。
電解電容器介質(zhì)損耗大，容量誤差大、絕緣性能差，只適合用在各種50～100 Hz電子設(shè)備工頻電源中的濾波以及低頻電路中的旁路、耦合電容、或?qū)θ萘空`差要求不高的低頻電路中。
液體鉭電容器漏電流較小，單位體積電容量與工作電壓的乘積特別大，尤其適合在中高壓條件下的大容量電路中。但是，這種電容器有酸性液體，如果一旦發(fā)生漏液，可能使印制板連線短路，從而引起整機(jī)發(fā)生嚴(yán)重故障，所以，軍用電子設(shè)備禁止使用液鉭電容器。 然而，隨著科技的發(fā)展，有些單位已經(jīng)基本上解決了液鉭電容器的密封問(wèn)題，液鉭電容器已達(dá)到國(guó)軍標(biāo)要求，其可靠性也已達(dá)到了六級(jí)水平。目前，在航天產(chǎn)品中已開始采用，其它軍工產(chǎn)品可以參考。但是，液體鉭電容器在上機(jī)前一定要進(jìn)行密封檢漏篩選，并在設(shè)計(jì)時(shí)采用較大的降額。以保證其可靠性。
2電解電容器的可靠性應(yīng)用
2.1適當(dāng)降低工作電壓
降低電解電容器的工作電壓是延長(zhǎng)電容器使用壽命，提高可靠性的最有效方法。因?yàn)殡娊怆娙萜鞯氖逝c外加電壓和電容器額定電壓之比的二次方成正比。電解電容器用于電源濾波電路的場(chǎng)合最多，輸入電壓發(fā)生變化或負(fù)載突然開路，濾波電容器兩端的電壓都會(huì)隨之發(fā)生變化，如果不進(jìn)行降額設(shè)計(jì)，很可能使電容器擊穿。此外，從輸入端進(jìn)來(lái)的交流電壓并非是正弦波電壓，一般非正弦波的峰值電壓要比正弦波電壓高，可對(duì)電容器的壽命和可靠性造成較大影響，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)，使用時(shí)要對(duì)電解電容器的工作電壓進(jìn)行較大幅度的降額。 對(duì)電解電容器電壓的降額幅度要根據(jù)整機(jī)的可靠性要求及電容器使用的具體電路而定。一般可分三級(jí)，一級(jí)為額定電壓的50％；二級(jí)為60％；三級(jí)為70％。高壓大容量的電容器應(yīng)選擇較大的降額幅度。電容器的容量越大，氧化膜的面積越大，出現(xiàn)介質(zhì)缺陷的機(jī)率也越大，可靠性越低。
