高能复合钽电容器性能特点和使用注意事项

高能复合钽电容器性能特点和使用注意事项 

  CAK36型高能复合钽电容器是一种能量密度高，阻抗低，全密封的高性能新型全密封全钽电容器。由于其阴极采用固体和液体混合结构，因此，其温度特性与传统的液体钽电容器相比，变化率更低。在采用了创新型的多阳极并联结构后，电容器的自有阻抗大幅度降低，在进行高功率密度的充放电时，发热量更小，可靠性更高。另外，还可以用于存在一定交流分量的放电和滤波兼用的电路作为滤波和功率补偿使用。

为了保证在使用时具有高可靠性，请在使用时注意以下事项；

1．  测试；

1．1．由于该电容器是极性元件，因此，在使用和测试时绝对不能把极性接反。如果偶然把极性接反的时间超过1秒，电压达到电容器额定值的1/4以上，电容器的可靠性将受到不可恢复性的破坏，不能再继续使用。

1．2．容量和损耗测试请使用2.2V直流偏压，1V交流信号，100HZ下进行。

1．3．等效串联电阻ESR的测试；请使用2.2V直流偏压，1V交流信号，1000HZ下进行。

1．4．漏电流测试；施加电压；额定电压。充电时间；5分钟读数。漏电流合格标准见厂家提供的规格书及相应规范。

1．5．测试仪器及测试夹具必须使用专业仪器和设备。不能使用万用表对该电容器进行任何参数的测试。更不能使用万用表对该产品进行不分极性的测试。

1．6．由于该电容器容量较大，可以储存很高的电能量，因此，在进行漏电流测试后，必须使用标准的漏电流测试仪进行彻底放电后才能使用。放电电阻为1000欧姆。放电时间不能短于5分钟。放电后残留电压不能大于1V。

1．7．对电性能的测试必须按照如下顺序进行，不能违反。

容量和损耗测试—ESR测试—漏电流测试—放电

2．  不同电路使用时的注意事项；

2．1．延时保护电路；使用在此类电路中的电容器，主要作用是偶然出现的断电保护，要求在主电源突然断电后该电容器能够自动接入，在保证一定电压和功率密度要求下维持一定的供电时间。在此类电路的设计时，请注意电容器后续回路总阻抗与需要的电压和电容器容量及功率需要之间的数学关系。另外，设计时，在电容器容量选择上留有至少50%的余量，以防止由于其它不确定因素导致的供电时间和功率密度不够的现象。具体的计算如下所示；

           设电路正常工作时的输入功率为P，储能电容的容量为C，其两端的电压为U1，则电容储存的能量为

W1=C（U1**2）/2，

其中U1**2 表示U1 的平方

当输入电源掉电后，经过时间t, 电容两端的电压为U2，此时电容剩余的能量为

W2=C（U2**2）/2，

在这一过程中储能电容释放的能量

W=W1-W2=C（U1**2-U2**2）/2，

它应该等于电路维持正常工作所需的能量

W=Pt, （即输入功率乘以时间）

所以有

C（U1**2-U2**2）/2=Pt，

由此就可以得到电路维持时间t 所需的最小电容量为

C=2Pt/（U1**2-U2**2）.

在实际应用中，U2 是电路能够正常工作的最低输入电压.

举例：

若电路正常工作时的输入电压为28V（U1），输入功率为30W（P），能够正常工作的最低输入电压为18V（U2），要求输入电源掉电50 毫秒（t）时电路仍然能够工作，则所需储能电容的最小的电容量为

C=2 Pt/（U1**2-U2**2）

=2?30?50/（28**2-18**2）

=3000/（784-324）

=6.522mF=6522mF

 

一个使用在电源电路前端的储能电容器，输入电压是50V，当短电后，电容器开始为后续电路提供能量， 在提供能量75W 时，必须保持电压不低于18V，请计算需要的电容量。

此电路还需要一个准确的回路电阻。回路电阻大小决定需要的电容器的容量大小。

此电路中各参数性能的换算公式如下；

C=R*PT*T/U1-U2

式中；

C；需要的电容量

R；回路总电阻

PT；回路需要保持的功率

T；回路功率保持时间

U1；输入电压

U2；能够保持一定功率和放电时间的电压

使用在此类电路中的该电容器必须降额到额定电压的70%以内。

    

2．2．充放电电路；由于该电容器具有高能量密度和低阻抗的特征，因此，该电容器也是大功率放电电路最佳选择。使用在此类电路中的高能复合钽电容器，在一定条件下可以进行高功率密度的无限次充放电仍然具有很高的可靠性。是最佳的瞬时电源。

            使用在此类电路中的电容器的容量和输出功率密度及负载功率之间的关系可参考2.1条的计算方法.

            使用在此类电路中的该电容器,电容器可以单独承受的最大放电电流I不能超过下式计算出的电流值的50%;

            由于电容器在进行大功率放电时必然存在的热平衡问题,因此,在阻抗一定时,片式钽电容器使用在直流大功率放电电路中可以安全承受的最大直流电流冲击见下式;

I=UR/1+ESR

上式中;

Ｉ：最大的直流浪涌电流（Ａ）

   1;测试或放电电路的回路总阻抗[Ω]

ＵＲ：额定电压（Ｖ）

ＥＳＲ：等效串联电阻（Ω ）

从上式可以看出,如果一只产品的ESR较大,那么它可以安全承受的直流浪涌电流将降低,同时也证明;如果一只产品的ESR 是另一只的一半, 那么它的抗直流浪涌能力将高一倍. 同时它的滤波特性也将较好.

            使用在此类电路中的电容器,由于电容器一直工作在大功率状态,实际工作电压不能大于额定电压的70%.考虑到散热问题对可靠性的影响,最好能够降额到50%以下使用会具有更高的可靠性.

            另外,使用在此类电路的该电容器由于工作电流较大,因此,电容器会存在一定的发热现象,在电容器安装位置设计时,必须考虑不要与其它对热量敏感的元件靠的太近.同时,该电容器的安装空间内必须具有良好的通风.

    2.3.电源次级的滤波和功率补偿;

            使用在此类电路中的该电容器,容许通过的交流纹波值必须受到严格控制.否则,过高的交流纹波会导致电容器发热严重,可靠性降低.原则上,容许的最大交流纹波值不能超过额定电压的1%.电流不能超过容许的最大放电电流的5%.电容器容许的最高工作电压不能超过额定电压的50%.

  

 3.0.高能复合钽电容器的降额设计;

         一般情况下,电容器的可靠性实际上和电路使用条件密切相关;为了保证使用时的可靠性足够,必须坚持如下原则;

    3.1.能降额多的不降额少;因为电容器降额设计的越大,电容器应付意外功率冲击时的可靠性就越高.同时,降额设计必须以可能的使用极限条件下的可靠性设计为准;例如高的使用温度和高纹波电流,以及剧烈的温度和功率变化.

    3.2.容量能大的不要小;容量越大的产品,能够瞬时提供的电能量就越高.另外,由于该电容器仍属于液体钽电容器的基本范畴,因此,在低温下容量损失较大[与固体钽电容器相比],因此,在容量选择上应该以极限负温下的容量为准.特别是使用在高空的电容器尤其需要注意此点.低温下的具体容量变化率见规格书.

    3.3.阻抗的选择;对于使用在2.3条情况下的电路,必须尽可能选择ESR小的产品可靠性更高,滤波效果会更好.

    3.4.电容器体积的选择;由于体积更小的同容量同电压产品必须使用比容更高的钽粉来制造,因此,产品的ESR将更高,漏电流也更大,因此,可靠性将低于体积更大的产品.在安装空间容许的情况下,应该尽可能使用体积更大的产品可靠性将更高.

 

4.0.高能复合钽电容器的安装;

    4.1.由于该电容器具有相对较大的质量和体积,因此,在安装时应该尽可能遵守如下原则;

      4.1.1.对于体积和质量较大的规格,应该尽可能使用厂家提供的标准安装座,这样就可以保证在设备使用在存在较大的振动和大过载冲击时,产品和电路的连接不会出现瞬时开路.同时,也可以保证安装强度要求.

      4.1.2.对于体积和质量较小,又对安装空间有较高要求的使用条件,才可以使用电容器本体带安装螺栓的产品.对于此类安装,必须保证电路板具有较高的强度.另外,在安装螺栓拧紧后必须使用环氧基的密封胶对安装螺栓进行紧固.如果有可能,还可以通过其它形式的例如在电容器基座涂抹固定胶水,以保证电容器安装强度符合可能的极限条件下使用要求.

     4.1.3.对于使用在大功率不间断放电电路的产品,电容器不能安装在与发热功率较大的器件过近的地方,防止由于电容器散热过差导致的温度过高可靠性下降的现象.

           同时,使用在此类电路中的电容器外壳上不能进行隔热的密封涂装,以免电容器散热性能下降导致的电容器温度升高而可靠性下降.

     4.1.4. 对于使用在大功率不间断放电电路的产品,必须有良好的通风条件,以保证电容器产生的热量能够及时排出,防止电容器温度增加过大.

     4.1.5.高能复合钽电容器的阳极引线与外壳间采用绝缘的陶瓷材料连接,因此,在安装时固定到电路板上的正极引出线必须使用焊接上去的镍基引线连接.不得把镍基引线去除,把过短的钽引线直接焊接到电路板上.因为过短的正极引线会导致在存在高过载和高频率振动时破坏电容器的密封,造成电容器漏液而失效.

 

5.0.电路保护;

5.1.如果选择的电容器工作频率和功率变化过大,最好在为电容器提供能量补偿的电源电路使用软过载保护,以免电容器在开机的瞬间因为吸收电流超过电源输出最大功率而导致输入电源过载.

5.2.该电容器使用的电路必须有逆向电压控制和单独的放电回路,防止在工作时和关机时电容器承受反向冲击.电容器上的能量能够在使用时能够得到正确施放.