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軍用高可靠性電解電容器的選擇
引言
電容器一般由兩個接近并相互絕緣的導(dǎo)體構(gòu)成，是軍用電子整機不可缺少的基礎(chǔ)元件。在軍用電子產(chǎn)品中，電解電容器占有相當大的比重，其可靠性在整機中起著至關(guān)重要的作用。
根據(jù)國內(nèi)有關(guān)部門的統(tǒng)計，在整機故障原因中，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有關(guān)。因此，做好電解電容器的選擇和應(yīng)用，對保證軍工產(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，為了保證整機系統(tǒng)的可靠性，選用電解電容器時，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；
(4)盡量選用標準和通用元器件，慎重選用新品種和非標準元器件；
(5)在提供元器件清單時，必須清楚元器件標志的含義，避勉采購回來的元器件不符合整機系統(tǒng)的可靠性要求。
設(shè)計人員在選擇電容器時，要對電解電容器的主要技術(shù)性能進行了解，對它的電容量、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、儲存性能以及價格等方面進行比較。同時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，選擇時應(yīng)有所區(qū)別。
鋁電解電容器的優(yōu)點是鋁材在我國分布廣、價格低、產(chǎn)量大、重量輕、有自愈特性。其缺點是介質(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，尤其是負溫特性差，一般為-20℃(個別種品可達-40℃，國軍標CDK系列為-55℃)。適用于對環(huán)境條件要求不高的一般民用電子產(chǎn)品及對可靠性要求不高的部分地面軍用電子整機。
鉭電解電容器與鋁電解電容器相比，其優(yōu)點是環(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、可靠性高等優(yōu)勢。鉭解電容器適用于軍用電子設(shè)備，其缺點是價格高，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格，所以，部分民用整機也已批量采用。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，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，從而引起整機發(fā)生嚴重故障，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題，液鉭電容器已達到國軍標要求，其可靠性也已達到了六級水平。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前一定要進行密封檢漏篩選，并在設(shè)計時采用較大的降額。以保證其可靠性。
2電解電容器的可靠性應(yīng)用
2.1適當降低工作電壓
降低電解電容器的工作電壓是延長電容器使用壽命，提高可靠性的最有效方法。因為電解電容器的失效率與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合最多，輸入電壓發(fā)生變化或負載突然開路，濾波電容器兩端的電壓都會隨之發(fā)生變化，如果不進行降額設(shè)計，很可能使電容器擊穿。此外，從輸入端進來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，可對電容器的壽命和可靠性造成較大影響，所以，在設(shè)計時，使用時要對電解電容器的工作電壓進行較大幅度的降額。 對電解電容器電壓的降額幅度要根據(jù)整機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，一級為額定電壓的50％；二級為60％；三級為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)缺陷的機率也越大，可靠性越低。
