电容的选型和应用：钽电容/铝电解电容

    大家都知道，电解电容是很多电子设备寿命的短板，电源电路里离不开使用各种电容进行滤波、储能、旁路等，了解电解电容的失效模式，根据应用场合选择参数合适的电解电容，是保障电源稳定可靠必不可少的技能之一。
    一、 钽电容的应用选型
    1、钽电容的优越特性，可能让你爱不离手
    钽电容的工作温度范围宽、温度特性稳定，比容量大，具有独特的自愈特性，能满足长期工作的稳定性。
    2、钽电容的固有致命弱点，让你恨铁不成钢
    普通钽电容的关键成分是Ta2O5，该介质受热后应力会不稳定，可靠使用的电压低，抗浪涌电压和浪涌电流能力都较差，且失效的模式是短路，容易引起高温、火灾等其它伤害。

图1 钽电容的失效示意图

    3、可靠应用钽电容的关键
    (1) 对于上述介绍的钽二氧化锰电容，进行电压降额，如图1所示，钽二氧化锰电容的工作电压随温度升高而降低，温度高于85℃时推荐使用电压为额定电压的33%，失效风险可大大降低。

图2 钽电容温度电压降额曲线

    (1) 控制钽电容温度，减小纹波电流和远离热源。
    (2) 尽量不要将钽电容放在电源输入侧滤波，在接通电源瞬间，大冲击电流易导致钽电容失效。
    (3) 改用钽聚合物电容：上述介绍的是价格较低的钽二氧化锰电容，它具有较多致命弱点，以致在某些场合被禁用。而钽聚合物电容除了保留钽二氧化锰电容的诸多优点外，其失效风险大大降低。图3示出了钽聚合物电容的推荐使用电压，较钽二氧化锰电容其电压承受能力明显提升。

图4 典型钽聚合物电容的温度电压降额特性

    二、 常规铝电解电容的应用选型
    1、 铝电解电容的优缺点：
    优点：具有易获得大容量高耐压、价格低廉等显著优点，常用在电源的输入输出滤波电路。
    缺点：怕高温。因为铝电解电容的电解质为液态，芯子发热或环境温度较高将导致电解液挥发，长期高温导致电解液干涸失效。

图5 铝电解电容失效示意图

    2、 电源电路中铝电解的应用注意事项
    (1) 防止卤素腐蚀
    铝电解电容对氯元素、溴元素等非常敏感，如果使用含卤素的助焊剂、清洗剂、固定剂、熏蒸剂，卤化物可能透过封口胶塞侵入电容器内部，极易引起电容阳极腐蚀，在上电后加速电容失效。因此必须严格管控生产工艺过程中使用的相关敏感制剂的卤素成分。
    (2)存储环境的控制和定期激活
    需控制电解电容的存放环境和时间，定期进行上电赋能。
    铝电解经长时间在高温环境下存放饭后，电容阳极氧化膜和电解液会发生化学反应，造成耐压下降、漏电流增大。当突然上电，电容电压接近额定电压后，可能引起过压失效或漏电流过大导致过热失效。
    对应单体电容特别是高压类电容，长期存放后需激活处理，建议串接1kΩ保护电阻，逐渐加压到额定电压，维持1小时左右，使得电容阳极氧化膜得以修复，漏电流回到正常水平。
    (3)合理布局PCB上的器件，使铝电解电容远离热源
    (4)根据产品特性，选取固态电容
    如：在低压大电流输出的应用场合，使用铝固态电容。铝固态电容具有极低的ESR和高纹波电流承受能力，非常适用于低压大电流的整流滤波场合。

 图6 常见电解电容外观与固态电容应用