題:
鉭電容器可安全用於新設計嗎?
Russell McMahon
2014-02-10 23:20:15 UTC
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我聽說它表明“固態鉭”電容器很危險,可能會引起火災,短路故障,甚至對非常短的過電壓尖峰都具有致命的敏感性。

鉭電容器是否可靠?

在一般電路和新設計中使用它們是否安全?

如果使用得當,鉭電容器是安全的,在如今的新設計中,它只是一種愚蠢的選擇。在多層陶瓷和固態鋁之間,如今幾乎沒有理由在新設計中使用鉭。
有人對此表示反對。有人將其作為教程問題,以在下面給出答案(這是創建教程的認可的Stack Exchange方法)。給出41個問題投票和54個答案投票,我建議唯一的拒絕投票“有問題”。
很久以前,我對問題和答案都進行了投票,但是這裡有些人出於未知原因對這類問題進行了投票。正如您現在可能已經意識到的那樣,一旦您獲得了很高的聲望,您就背上了目標,人們會出於最小的原因或“正因為如此”而對您的帖子投反對票。例如,請參閱http://electronics.stackexchange.com/q/34745/4512。這是一個非常像這樣的問題和答案,這個問題得到4張讚成票,答案為1。只要此處的匿名投票將一直持續下去。
六 答案:
Russell McMahon
2014-02-10 23:35:26 UTC
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總結:

“正確使用”鉭電容器是高度可靠的。
由於體積相對較低,它們具有單位體積電容高和去耦特性好的優點。與傳統的替代產品(如鋁濕式電解電容器)相比,內部電阻低且電感低。

“合格”在“正確使用時”位於限定符中。
鉭電容器具有可觸發的故障模式電壓尖峰僅“略高於”其額定值。當用於可為電容器提供大量能量的電路中時,故障會導致熱失控,從而引起電容器的火焰和爆炸以及電容器端子的低電阻短路。

為“安全”起見,必須嚴格設計所使用的電路,並滿足設計假設。這種“並非總是如此”。在真正的專家手中或在要求不高的電路中“足夠安全”,它們的優點使它們具有吸引力。諸如“ 固態鋁”電容器之類的替代產品具有類似的優勢,並且沒有災難性的故障模式。

許多現代鉭電容器都內置了保護機制,可以實現各種類型的熔斷,該機制旨在發生故障並限制情況下進行炭化。並且您的應用環境總是被很好地理解,那麼鉭電容器可能是您的理想選擇。


更長:

固態鉭電容器可能正在等待災難的發生。
確保滿足其要求的嚴格設計和實現可以產生高度可靠的設計。如果始終保證您在現實世界中的情況不超出規格範圍,那麼鉭上限也可能對您有效。

某些現代鉭電容器具有內置的緩解故障(相對於預防)機制。在對另一個堆疊交換問題的評論中 Spehro指出:

  • Kemet的聚合物鉭瓶蓋的數據表說(部分):“ KOCAP還表現出良性失效模式,消除了標準MnO2鉭類型中可能發生的點火失效。”

    奇怪的是,在其他數據表中我找不到關於“點火失敗”功能的任何信息。

固態鉭電解電容器傳統上具有故障模式,這使其在高能電路中的使用存在疑問,而高能電路無法或沒有經過嚴格設計以消除應用前景。電壓超過額定電壓的百分比很小。

鉭蓋通常通過將鉭顆粒燒結在一起以形成每體積具有巨大表面積的連續整體,然後通過化學工藝在外表面上形成薄介電層而製成。此處的“薄”具有新的含義-該層足夠厚,可以避免在額定電壓下擊穿-並且足夠薄,可以被不超過額定電壓的電壓完全擊穿。對於例如10 V的額定上限,可以在玩俄羅斯輪盤的情況下立即施加15V尖峰的操作。與鋁的濕式電解蓋不同,鋁的濕式電解蓋會在氧化層被刺穿時自愈,而鉭則傾向於不自愈。少量的能量可能會導致局部損壞並消除傳導路徑。在向蓋提供能量的電路能夠提供大量能量的情況下,蓋能夠提供相應的電阻低電阻短路,並且戰鬥開始。這會導致氣味,煙霧,火焰,噪音和爆炸。我已經看到所有這些都在單個失敗中順序發生。首先,大概30秒鐘有一種令人費解的難聞的氣味。然後是一聲嘶啞的尖叫聲,然後是約5秒鐘的火焰噴射,發出令人愉悅的低音,然後是令人印象深刻的爆炸。並不是所有的故障都可以使人感到滿意。

在不能保證完全不存在過壓的高能量尖峰的情況下(如果不是大多數電源電路,多數情況就是如此),使用鉭固體電解電容會成為服務(或災難部門)電話的良好來源。根據Spehro的參考,Kemet可能已經消除了此類失敗的更令人興奮的方面。他們仍然警告過低的電壓。

一些現實世界中的故障:

enter image description here

維基百科-鉭電容器

  • 大多數鉭電容器是極化設備,帶有明顯標記的正極和負極端子。當極性相反時(甚至短暫),電容器會去極化,並且介電氧化物層會擊穿,即使稍後以正確的極性進行操作,也可能導致電容器失效。如果故障是短路(最常見的情況),並且電流不限於安全值,則可能會發生災難性的熱失控(請參見下文)。

Kemet-鉭電容器的應用說明

  • 閱讀第15頁,第79頁,並在看不見的情況下走開。

AVX-固態鉭和鈮電容器的降額規則

  • 多年來,每當人們向鉭電容器製造商詢問使用產品的一般建議時,共識是“應施加50%的降額電壓”。此後的經驗法則已成為鉭技術最流行的設計指南。本文將重述此陳述,並在了解應用程序的情況下解釋為什麼沒有必要這樣做。

    隨著鈮和氧化鈮電容器技術的最新引入,降額討論已擴展到這些電容器系列。

Vishay-固態鉭電容器常見問題解答

  • 。熔融鉭電容器(VISHAY SPRAGUE 893D)與標準非熔融鉭電容器(VISHAY SPRAGUE 293D和593D)之間有什麼區別?

    A。 893D系列設計用於在大電流應用(> 10 A)中運行,並採用“電子”熔斷機制。 ... 893D保險絲不會在2 A以下“斷開”,因為I2R低於激活保險絲所需的能量。在2至3 A之間,保險絲將最終激活,但可能會發生電容器和電路板“充電”的情況。總之,893D電容器非常適合大電流電路,在大電流電路中,電容器“故障”會導致系統故障。

    893D型電容器將防止電容器或電路板“充電”,並且通常可以防止可能與電容器故障相關的任何電路中斷。電源兩端的“短路”電容器會引起電流和/或電壓瞬變,從而觸發系統關閉。 893D保險絲的激活時間在大多數情況下足夠快,可以消除過多的電流消耗或電壓擺幅。

電容器指南-鉭電容器

  • ...使用鉭電容器的不利之處在於其不利的故障模式,這可能導致熱失控,火災和小爆炸,但是可以通過使用外部故障保護設備(例如限流器或電流限制器)來防止這種情況。溫度保險絲。

發生上限的情況

  • 我在一家經歷了無法解釋的鉭生產商工作-電容器故障。並不是電容器只是在發生故障,而是故障是災難性的,並使PCB(印刷電路板)無法修復。似乎沒有任何解釋。我們發現這種小型專用微型計算機PCB沒有誤用的問題。更糟糕的是,供應商指責我們。

    我在互聯網上對鉭電容器的故障進行了一些研究,發現鉭電容器的芯塊中存在較小的缺陷,必須在製造過程中清除這些缺陷。在此過程中,電壓通過電阻器逐漸增加到額定電壓加上保護帶。串聯電阻可防止不受控制的熱失控破壞顆粒。我還了解到,在製造過程中在高溫下焊接PCB會產生應力,這些應力可能會導致顆粒內部出現微裂紋。這些微裂縫可能反過來導致低阻抗應用中的失敗。微裂縫還會降低設備的額定電壓,因此故障分析將表明經典的過電壓故障。 ...


相關

AVX-固態鉭電容器的電湧

固態鉭電容器的故障模式和機理-僅限於Sprague / IEEE摘要。 -1963年問世。

AVX-不同技術製造的鉭電容的失效模式-年齡? -大約2001年?

濕度對錶面安裝固態鉭電容器特性的影響-NASA在AVX的幫助下-大約2002年?

赫斯特-如何發現偽造的組件

有時候很容易:-):

enter image description here


添加1/2016:

相關:

測試標準濕鋁金屬罐電容器的反極性。

簡述:

對於正確的極性,電位可以是〜=地。對於相反的極性,電位可以是施加的電壓的很大一部分。
根據我的經驗,這是一個非常可靠的測試。

更長:

我很早以前發現了用於標準濕式鋁蓋的反向插入測試,該測試在其他地方我從未見過,但眾所周知。這適用於具有金屬可以進行測試的蓋的蓋子-由於增加了套筒的方式,大多數蓋子的頂部中央都有一個方便的空白區域。

加電電路,並測量每個電容蓋從地到罐的電壓。用電壓表--ve引線接地並在罐子周圍拉一下,這是一個非常快速的測試。

  • 正確極性的電容幾乎可以接地。

  • 反極性蓋在供應的某些部分具有罐頭-可能~~~ = 50%。

以我的經驗可靠地工作。

您通常可以使用罐頭標記進行檢查,但這取決於已知的方向是否明確。儘管通常在一個好的設計中這是一致的,但這是不確定的。

出色而詳盡的文章。
@jippie-謝謝-是的,那裡有一個錯字,但是看起來句子中連續有多個錯別字,然後“沒有掃描”。我想那裡還會有更多的錯別字。起初,我們的大腦往往會掠過它們-當您是作家時,甚至更是如此。在這裡,“ stp”應該讀為“ to”。 (我想是在我向左稍遠的地方敲擊“ d”,而在“ o”的右邊敲擊“ p”時,出現了添加的前導“ s”。因此[S] T [o-> P]。 “氣味”的意思是“產生難聞的氣味”,而對於錯字則不太明顯。
+1代表“並非所有故障都能使人滿意……” :-)
Firefox有一個拼寫檢查器,我仔細檢查了文章的拼寫。您是正確的,還有其他幾個錯別字,但沒有一個讓荷蘭語煩人。前面提到的句子很難理解。無論如何,很好的寫作。我仍然對使用鉭有信心,但是現在我知道要注意什麼了。而且我知道我過去很幸運...; o)
您離最近的消防局站有多遠,他們的響應時間是多少?
引用Kemet:“短路故障 可能會因此轉換為開路故障。”-說“設備將爆炸”的好方法。
很好,我對鉭的最大問題是,當鉭倒裝時,它們通常會存活很長時間。(我保守地使用tant,額定電壓是施加電壓的3-4倍。)這意味著產品可以通過測試,然後在現場失敗。到目前為止,我們已交付的最長的延時“炸彈”是在5 V穩壓器上安裝了35V電纜……持續了五年(間歇運行),直到它散發出魔力的煙霧並觸發了電話。
-1
....極性相反的瓶蓋在供應的一部分中具有罐頭-可能~~~ = 50%。以我的經驗可靠地工作。通常,您可以使用罐頭標記進行檢查,但這取決於預期的方向是否清楚。儘管在一個好的設計中這通常是一致的,但這是不確定的。
1)“更長”部分中的第一個項目符號點是一個孤立的片段:“這些特定的鉭帽”。我不知道編輯它應該讀什麼。2)他們在假貨中使用了* Rubycon *電容器?
@AndrewMorton謝謝。無法確定它的含義,並且從第一次編輯就在那裡,所以我刪除了它。|Rubycon-必須保持質量一致:-)
大的(D型及以上)MnO2鉭僅受回流作用而損壞:http://www.kemet.com/Lists/TechnicalArticles/Attachments/21/2002%20CARTS%20PowerOn%20Failures.pdf
當我在板上工作時,我的拉繩失敗的經歷是一個藍色的閃爍,一聲巨響,還有一塊箱子深深地紮在我的手指中以抽血
通過將齊納二極管與電容器並聯可以解決該問題嗎?
@Demi否-如果唯一的保護手段是齊納管。我的第1到第3款適用,而齊納二極管顯然不能滿足要求。主要問題是齊納二極管的電壓/電流“拐點”非常柔軟-隨著電流從零增加到齊納二極管的額定最大值,電壓會大幅上升。因此,如果將齊納電壓設置為在低於電容器電壓時吸收所有尖峰能量,則齊納二極管將在較低的安全電壓下消耗大量電流。...
...如果增加齊納電壓,它將吸收較少的靜態電流,但是當電壓升高到安全水平以上時,允許更高的能量尖峰破壞電容器。如果採用這種方法,則需要非常鋒利的夾具。
@RussellMcMahon這種夾具是什麼?
Brian Drummond
2014-02-11 01:13:20 UTC
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使用它們的一個準則:如果在發生故障時嚴格限制通過上限的電流,請繼續。

僅限於什麼?我建議0.1A。我會很警惕使用它們去耦1A或更高的電源軌,並且不會親自在10A電源上使用它們。 (在那兒見過焰火;拉塞爾的照片並不誇張。)我不得不說我沒有確鑿的證據證明真正“安全”的電流,歡迎對這些數字發表評論。

但是許多供應或模擬電路中的偏置電壓具有較高的源阻抗或嚴格受限的電流,我將在此處使用它們。


根據新的(對我來說!)信息進行編輯...

至少有一家製造商以非常相似的包裝以及數值和電壓範圍提供氧化鈮電容器。在這裡所說的默示承認鉭問題的默認含義中,數據表包含以下語句:“失敗的OxiCap®不會燒壞類別電壓”和一個可愛的小徽標...

enter image description here

[免責聲明:我既未使用過這些電容器,也未嘗試驗證聲明!]

儘管失敗可能沒有“點火”功能那麼強大,但我必須指出,這仍然是失敗。但是,如果電流確實僅限於50-100mA,則可能不會失敗。但這意味著它們在旁路應用中的使用非常有限。
Spehro Pefhany
2014-02-11 01:32:35 UTC
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隨著緊湊型廉價高價值(10uF及更高,額定值為6.3、10、16V等)X5R和X7R(合理介電質)陶瓷電容器的出現,似乎沒有太多理由考慮使用鉭電容器了。

其中之一是鉭電容的ESR約為歐姆。在某些LDO調節器上,這是一個優勢,因為LDO不會像女妖一樣擺動。在這種情況下,我寧願使用陶瓷電容器和串聯電阻。

在某些敏感的模擬電路上,我認為鉭在降低麥克風的聲音方面可能比陶瓷蓋更具優勢(由於壓電活動,陶瓷蓋中的鉭)。

考慮到最近的LDO(過去10年左右)在設計時就考慮了陶瓷帽,並且通常穩定在0 ESR輸出帽。您必須注意,組織中的某人不會設法節省幾百萬美元,而是會得到一批廉價的舊LDO,這些LDO專為依賴於某些最低ESR的鉭電容而設計。
一些舊的數據表甚至沒有提到最低允許的ESR,大概是因為當時認為電容器太好是不可想像的。
Jürgen Wissenwasser
2016-06-23 20:34:13 UTC
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“為什麼用鉭代替大型MLCC”的簡短說明:

具有X5R和類似電介質的MLCC的特徵是0V偏置。 但是,例如在100%額定電壓的有效差動容量可能僅為額定值之一的10%(!)。尤其是額定電壓很高的非常小的電容,在偏置時電容會急劇下降。

示例1:0402 MLCC,X5R,10µF,6.3V:大約3V時剩下3.5µF。

示例2:0402 MLCC,X5R,2.2µF,25V:1.0µF(!)大約保持3V。

TDK在線數據表中很好地顯示了這些數據。

以後請避免使用大段文字。閱讀一系列小的文章要容易得多,並且更有可能獲得投票。例如,“示例”可能是新段落的開始,從而使其在自身的內容和上下文中脫穎而出。
儘管此答案提供了有用的信息,但它無法回答任何問題。它不屬於主題,而是作為對其他答案之一的評論或對另一個問題的答案。
@pipe我認為此答案是一個有用的補充。我們經常被告知,評論往往會隨著時間的流逝而刪除,理想情況下,評論中不應包含實質性內容。|隨著大容量陶瓷電容器的問世,在某些情況下,它們已成為鉭電容的有吸引力的替代品-於爾根(Jurgen)指出了為什麼它們不太適合作為替代品。
@RussellMcMahon是否刪除註釋-這仍然無法回答問題。這個站點上有幾個問題直接與“為什麼使用鉭而不是大型MLCC”有關。它應該張貼在這裡,而不是無關的問題。
[陶瓷(MLCC)與鉭電容器](http://electronics.stackexchange.com/questions/199479/ceramic-mlcc-versus-tantalum-capacitors),[鉭電容器與陶瓷電容器](http:// electronics。我想到了stackexchange.com/questions/6647/tantalum-capacitors-vs-ceramic-capacitors)。
@pipe再次對刪除的答案(我因此無法直接評論)發表評論:他的軼事是他的經歷如此有效,除非您稱他為騙子,而且他所說的不是誇張。正如他說的那樣,鉭電容確實會失效,因此沒有充分的理由在隨後失效的應用中使用它們。我的“寶藏”之一-很久以前就消失了,它是一個金屬罐鉭蓋,其側壁上的孔融化了,一個熔化的鉭球在內部滾動,並且太大而無法通過該孔退出。這是DEC PDP-11 psu。他們的愚蠢選擇。
-1
@RussellMcMahon嗯,現在我很困惑。我正在評論的答案沒有刪除,也沒有談論燃燒鉭,我同意這是事實-也是從經驗中得出的:)。我要說的答案是我正在評論的Jürgen談到的MLCC。您自己的問題根本沒有提出,也沒有談論替代方案。問題是鉭電容器的陷阱,而不是其他類型的陷阱。
@pipe :-)-對不起,我要傳達的是您對Joe Mangan刪除的答案發表了評論。由於已刪除,因此我無法在此處添加評論,因此已在此處發表評論,以便您在此處重新發表評論。
@RussellMcMahon Aaah好的,我也看不到,因此造成了混亂...
僅限@pipe僅供參考-[**這是已刪除的問題**](https://dl.dropboxusercontent.com/u/30808964/Screenshot%202016-06-24%2015.08.00_cropped.png),我沒有意識到你看不到。再次-僅供參考,以關閉循環。我不是要不同意您的意見或延長討論的時間-實際上,我同意您的觀點,他的說法是軼事。僅僅是他的“軼事”與我的“夥伴”相匹配,而一些同事則非常出色。為什麼人們在我不知道的災害潛伏的情況下使用和使用鉭,但他對動機的某種不友好的分析似乎並不完全正確。
Jürgen Wissenwasser
2017-01-31 17:06:32 UTC
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我這邊還有一些其他東西:
是的,可以說鉭蓋是安全的。
它們不僅用於消費者便攜式設備的“惡劣”環境(筆記本電腦,智能手機-我從未聽說過由於蓋帽而導致智能手機起火),還用於諸如心臟起搏器,人工耳蝸或脊柱的醫療植入物中繩索刺激器。

就可靠性而言,工作電壓的影響最大(遠大於溫度)。加速度係數是
根據以下NASA文件AF = exp {(V / VR-1)* 18.772}: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20110015254.pdf

對於醫療植入物,例如Vishay是40%(因此,對於10V或10V額定值,您將使用16V的上限)。根據上面的公式,使用壽命增加了1140倍。

請。一定要記住,沒有不會失敗的系統:唯一的問題是累積錯誤的時間。我在英飛凌做碩士論文。我想我可以記得,以最高安全性要求工作的汽車系統中的MOSFET在10.000小時內允許的失效率為10ppm。條件(溫度&電壓)

我不同意您的總體前提,但是您也不會說任何與我所說的相矛盾的技術性內容。您在開頭聲明他們是安全的,“有責任”誤導那些沒有足夠深入地理解您的有用和清晰但又容易被公式忽略的人。[常數應該是〜= ** 18.8 **,而不是〜=18800。]的含義是,在90%的額定電壓下,Tcap的故障“加速率”為0.15,而在110%的額定電壓下,AccRate = 6.5。當Vapplied的變化從Vrated的90%變為110%時,變化係數為6.5 / 0.15 = 43:1。
我的回答的前3段完全涵蓋了您所說的有關專業用途和正確的“專家”設計的內容。我注意到,由於少量超出Vrated導致失敗的風險大大增加,您引用的極其有趣且有用的論文證實了這一點。您的答案很有用,但是許多人可以輕鬆閱讀並得出與正確答案相反的結論。您建議的40%電壓降額聽起來很合理。(在V = Vr的60%時得到1825的改善,在Vr的50%時得到〜= 12,000的改善((在Vr的150%時得到+12,000的改善:-))。
AF = exp {(V / VR-1)* 18.772}->更好地用AF = exp [(V-VR)/VR*18.8]表示,而(V / VR-1)的意思是((V / VR)-1),如std運算符優先級規則所示,在檢查時可能會對此表示懷疑。|同樣,該常數最初寫為“ 18,772”,其中“,”是小數點,即18.772或〜= 18.8。這可能是由於故意在國際站點上使用“,”作為逗號引起的。如果使用正確,提供的公式將非常有用且有趣。請注意,k的“真實”值可能會在大約10到28之間變化,並且18.77是折衷的Mil Spec值。
Robert Endl
2017-02-01 21:42:05 UTC
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可能存在空間受限的應用,其中棕褐色更好,但僅此而已。如果可以的話,我會避免曬黑。普通零件會因排煙而失效。他們不喜歡高的開啟電流浪湧,這使其成為大多數電源濾波的不佳選擇。至少要使用最高電壓部分。他們不喜歡會傷害自我修復的高濕度。陶瓷已經變得越來越好,可以在許多應用中代替陶瓷,有時鋁也可以。

鉭電容器發生短路故障。
我就是這樣說的。


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
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