北京718友益电子有限责任公司         祁怀荣

在高密度组装的混合电路模块，经常要用到电容器在次级放电电路当作瞬间电源使用。由于此类电路板要求的元件安装空间和面积较小，因此，如果放电功率较大，一般必须使用体积小容量大的片式钽或氧化铌电容器。有时候，当瞬间放电电流要求达到10安培以上时，

必须并联多只大容量片式钽电容器来作为次级电源。此类电路，民用的有手机上闪光灯的放电电容器，xx的有相控阵雷达的基元模块里的并联组合等。

使用在此类电路中的片式电容器的作用基本相同，但电容器的工作条件却因为要求不同而差别巨大；手机上使用的此类电容器，由于工作电压很低，放电电流较小，同时，电路中无较高的交流纹波，因此，对钽电容器的漏电流指标要求较低，按照普通的标准就可以满足要求。只是由于工作频率较高，一般对片式钽电容器的等效串联电阻ESR要求较高。必须使用尽可能低的低ESR片式钽电容器。而上述xx的片式钽电容器，除了要求ESR尽可能低以外，对产品的漏电流大小同时有更高的要求；特别是对片式钽电容器的高温性能要求更高；下面就大功率模块上使用的片式钽和氧化铌电容器使用在大功率放电模块上的使用条件简单分析如下。

假设某只ESR为150毫欧的16V107D片式钽使用在上述电路，电路参数如下；

直流充电电压10V，峰值{zd0}直流放电电流8A，输入电压稳定，交流纹波小于50毫伏，交流纹波电压小于50毫伏。看看在工作状态下该只钽电容器可靠性如何。

对于D壳的该规格产品，可以保证安全使用的容许的发热功率为150毫瓦，如果电路中交流纹波过高，产品将会由于自有电阻而产生过高的热能，150毫瓦是一个在室温下可以维持热平衡的容许值，当产品在工作时产生的热能超过此值或产品工作环境温度较高时，产品产生的热量就会随时间而逐渐积累增加，产品本身的温度将逐渐增加。由于钽电容器的漏电流会随温度的增加而增加，因此，温度升高的钽电容器的漏电流也将大幅度增加。对于钽电容器，漏电流的增加将直接导致产品绝缘性能下降，实际耐压下降。所以，如果使用条件不变，该产品将有可能出现热击穿现象。

该只产品在50毫安和50毫伏下产生的热量=电流的平方*产品电阻ESR

                                      =0.025*0.125

                                      =3.1毫瓦

可以忽略不计.

当该只产品按照8A大功率放电时,由于自身阻抗关系,同时会产生的热量=放电电流*ESR

=8*0.15

=1200毫瓦,

此值远超过该只产品容许的自发生热的安全值150毫瓦. 但是,如果该放电的频率较低,例如每小时几次,那么马上产生的热量由于放电持续时间极短而不会对产品造成毁灭性破坏,如果放电频率较高,而实际上放电频率有可能达到每分钟几十次甚至每秒几百次,那么,此时,该只产品长时间大电流下工作就有可能导致失效. 因为,很短时间内该只产品就会因为过快的热量积累而出现热击穿. 值得注意的是,关于钽电容器容许的{zd0}的直流浪涌电流的使用计算,只是指次数非常有限的测试和实验,它并不能保证按照该标准长时间的安全使用.

当放电频率较高时,如果需要较高的放电电流值,必须通过并联的方式,使用更多数量的电容器进行放电组合. 理论上,根据欧姆定律;放电组合只数越多,单只产品上实际承担的电流就越小,因此,该组合的安全性就越高,而并不是只提高该只产品的耐压就可以提高可靠性.

以上简单计算和分析还未考虑在电路工作温度较高时的状态,如果考虑到此条件,在输出电流很大的模块上使用片式钽电容器作为次级电源来使用时, 还必须考虑更大的电流降额.

以上分析总结出如下结果;

1;使用在大功率放电模块上的电容器的并联数量，并不能简单的按照公式，依据容量和使用电压高低来计算应该使用的数量，必须考虑在使用环境较恶劣的条件下给予足够的电流降额，不单是电容器使用电压上的降额足够的问题。必须保证在{zd0}峰值输出电流时每只产品上分流的电流远低于容许使用的{zd0}直流浪涌峰值。

2；{jd1}不能忽略电路中残存的交流分量对钽电容器可靠性的破坏性影响。如果交流分值过高，在电压使用上的降额幅度必须更多。

3；在接近钽电容器容许使用的直流浪涌电流峰值下使用，钽电容器的鲁棒性将下降很多，可靠性将不可能达到较高的使用要求。由于钽电容器的漏电流较大时产品的发热将更严重，会导致钽电容器的实际耐压下降，因此，在大功率充放电模块上使用的钽电容器必须具备更低的漏电流和更好的高温特性。

4；对使用在大功率放电电路中电容器漏电流等级的要求不能与简单的滤波电路中的电容器漏电流要求一样；使用在简单的滤波电路中的电容器，在放电功率较低时，即使是漏电流偏大，只要在合格标准内就不会存在可靠性问题，漏电流偏大并不影响滤波效果和可靠性。只是电容器的ESR和ESL过高时会对滤波效果产生致命影响。而使用在大功率放电电路的电容器，必须保证选择的电容器在具备尽可能低的ESR和ESL时，仍然具备即使在高温时仍然具有很低的漏电流。

5；考虑到电路使用环境的复杂性，在使用电压的降额幅度上，必须通过电容器厂家推荐的的可靠性软件计算。必须把使用电压和额定电压之间的比例，使用环境{zg}温度，交流纹波高低及容许的{zd0}放电电流与实际的{zg}峰值放电电流的比例等因素一并考虑。

6；不能只是简单地对某一方面的计算通过就可以通过设计选型。必须把实际的小批量实验和理论计算结合起来考虑可靠性是否达到设计要求。只有通过计算的可靠性远超过整机可靠性对分电路可靠性要求，而且批量上机加电实验也通过，才能通过设计定型。

此点非常重要。据本人了解，国内的电路设计师在电容器选型时多数只通过小批量的简单实验即可定型，到大批量生产时不断出现各种质量问题。在电容器使用的可靠性计算上了解的专业知识远远不够。而国内的电容器厂家，基本都不能对电容器使用者提供必须的高质量的技术服务。