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    鉭電容的可靠性和故障率

    • 分類:常見問題
    • 作者:億賓微電子
    • 來源:
    • 發布時間:2018-05-17 16:30
    • 訪問量:

    【概要描述】一、穩態鉭和氧化鈮電容器的介質本質上沒有磨損機制,在一定條件下具有有限的自愈能力。但是,在工作中可能出現隨機的故障。鉭電容器的故障率隨時間而減少,不像其它電解電容器和電子原件那樣故障率隨時間而增加。?鉭和氧化鈮電容器在穩態條件下的使用可靠性受三個因素的影響。從這些因素中可以得出計算可靠性的等式:F=FV?xFT?xFR?xFB這里?????FV?=工作電壓/降額電壓修正因子????????????

    鉭電容的可靠性和故障率

    【概要描述】一、穩態鉭和氧化鈮電容器的介質本質上沒有磨損機制,在一定條件下具有有限的自愈能力。但是,在工作中可能出現隨機的故障。鉭電容器的故障率隨時間而減少,不像其它電解電容器和電子原件那樣故障率隨時間而增加。?鉭和氧化鈮電容器在穩態條件下的使用可靠性受三個因素的影響。從這些因素中可以得出計算可靠性的等式:F=FV?xFT?xFR?xFB這里?????FV?=工作電壓/降額電壓修正因子????????????

    • 分類:常見問題
    • 作者:億賓微電子
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    • 發布時間:2018-05-17 16:30
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    一、穩態

    鉭和氧化鈮電容器的介質本質上沒有磨損機制,在一定條件下具有有限的自愈能力。但是,在工作中可能出現隨機的故障。鉭電容器的故障率隨時間而減少,不像其它電解電容器和電子原件那樣故障率隨時間而增加。

     

    鉭和氧化鈮電容器在穩態條件下的使用可靠性受三個因素的影響。從這些因素中可以得出計算可靠性的等式:

    F = FV x FT x FR x FB

    這里      FV =工作電壓/降額電壓修正因子

                  FT =工作溫度修正因子

                  FR =電路串聯電阻修正因子

                  FB =基本故障率水平

     

    基本故障率

    標準鉭電容器符合M級可靠性(也就是1%/1000小時)或更好,額定電壓、85℃和0.1Ω/V電路阻抗。

    FB =1.0%/1000小時為TAJ, TPS, TAC, TPM, TAW 和TCJ系列產品

      =0.5%/1000小時為TRJ, THJ 和NOJ系列產品

      =0.2%/1000小時為NOS 和NOM系列產品

    TLJ 和TLC系列鉭電容器85°C溫度降額時,規定為額定電壓的50%。

    FB = 0.2%/1000小時,85℃、50%額定電壓、0.1Ω/V 串聯阻抗,60%可信水平。

     

    工作電壓/降額電壓

    如果在使用中,電容器的額定電壓大于電路的最大電壓,那么工作可靠性將會得到改善。這種做法叫做電壓降額。

    圖2中的圖標顯示,降額電壓(使用電壓與額定電壓之比)與故障率之間的關系。該圖給出了任何工作電壓的修正因子FU。

     

     

     

     

     

     

    工作溫度

    如果工作溫度低于電容器的額定溫度,那么工作可靠性會得到改善,如圖3所示。該圖給出了任何工作溫度的修正因子。

     

     

     

    電路阻抗

    所有固體鉭和/ 或氧化鈮電容器需要有限流電阻,以保護介質避免浪涌電流的傷害。為此目的,建議采用串聯電阻。低阻抗電路使故障率增加,尤其是在溫度大于20℃時。低感抗電路對電容器產生浪涌電壓,同樣地,非感抗電路對電容器產生浪涌電流,使電容器產生局部過熱和故障。推薦的阻抗是1Ω/V。如果這樣做不可行,要采用等效的降額電壓(見MIL HANDBOOK 217E)。圖4介紹了增加串聯電阻后的修正因子FR。

     

     

    計算舉例

    考慮一個12V電源電路,設計者需要一個10μF的電容器在靠近視頻寬帶放大器處,作去耦電容器用,因此,電路阻抗只受電路板電源輸出阻抗和導軌電阻的限制。我們假定大約最小為2Ω,也就是說0.167Ω/V。額定的工作溫度為-25°Cto +85°C。

    如果在設計中采用10μF 16V的電容器,工作故障率如下:

    a) FT = 1.0 @ 85°C

    b) FR = 0.85 @ 0.167Ω/V

    c) FV = 0.08 @使用電壓/額定電壓 = 75%

    d) FB = 1%/1000小時,基本故障率水平

    因此,F = 1.0 x 0.85 x 0.08 x 1 = 0.068%/1000 小時

    如果改用20V的電容器,工作故障率變為:

    FV = 0.018 @使用電壓/額定電壓= 60%

    F = 1.0 x 0.85 x 0.018 x 1 = 0.0153%/1000小時

     

     

    二、動態

    固體鉭電容器對浪涌電壓和浪涌電流的承受能力是有限的。因此,浪涌電流知道對兩個參數進行控制,以減少故障率,它們是降額電壓和串聯電阻。

    下面的表總結了AVX用一個設備試驗的結果,非常小的串聯電阻、不采用降額電壓,電容器在額定電壓下進行測試。對鉭電容器進行了測試,但是,結論對鉭電容器和氧化鈮電容器是同樣有效的。

    正如在試驗中可以清楚地看到的,用戶使用的降額越大,可能出現的浪涌故障就越少。

        必須記住,這些結果來自高加速浪涌測試設備,在終端用戶處出現的故障率是低ppm(非常低)的。

    一個普遍的誤解是,從鉭電容器的漏電流,可以預測浪涌篩選中故障率的數量,可以通過AVX對不同漏電流的47μF10V片鉭做的試驗來反駁。試驗的結果總計在下面的表中。

     

    漏電流與浪涌故障數

    再次強調,要記住,該結果是用高加速浪涌測試設備做試驗得到的,在終端用戶處出現的故障率是低ppm(非常低)的。

    比起鉭電容器來,氧化鈮電容器對過載應力的敏感性要低些,所以,建議采用最小20%降額電壓。在有瞬時“開關”電流的極低阻抗電路中,要進一步降額。因此,在一般情況下,一個低電壓氧化鈮電容器,與鉭電容器相比,可以用在較高電壓電路中——見下面的表。

     

     

    有關鉭電容器的浪涌參數,更多的資料請參考AVX網站上J.A. Gill的論文“固體鉭電容器中的浪涌”。

     

    在應用電路中,增加降額,更多的好處是改善了電容器承受浪涌條件的能力,穩態可靠性能力可以改善一個數量級。舉一個將6.3V電容器用在5V電路中的例子。

     

    鉭電容器的穩態可靠性受三個因素的影響:溫度、串聯電阻和降額電壓。假定工作溫度是40℃,串聯電阻是0.1Ω/V,

     

    因此,電容器的可靠性是:

            故障率=FU x FT x FR x 1%/1000小時

    = 0.15 x 0.1 x 1 x 1%/1000小時

    = 0.015%/1000 小時

    如果用10V的電容器代替,新的比例因子為0.006,因此,穩態可靠性是:

    故障率=FU x FT x FR x 1%/1000小時

    = 0.006 x 0.1 x 1 x 1%/1000小時

    =6×10-4%/1000 小時

     

    因此,電容器的穩態可靠性有一個數量級的改善。

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