浪涌老化和浪涌电流测试的区别

2016-11-18

    电容器一般都使用在滤波电路和充放电电路。使用在滤波电路,电容器与电感组成LC滤波电路,可以把直流电路中有害的交流纹波信号过滤掉,只保留有用的信号。使用在滤波电路中的电容器,由于滤波电路基本不能使用电阻,因此,此类电路属于典型的低阻抗电路。而低阻抗电路的电信号基本特征是开关的瞬间电路中会产生一个猛烈的脉冲浪涌电流和脉冲电压。由于冲击强度极大的脉冲电流和脉冲电压会瞬间远超电容器的容许额定值,因此,低阻抗电路使用的滤波电容器使用电压必须远低于额定电压。而且对最大的峰值输入电流也有明确的限制规定;不同规格的电容器由于内阻不同而具有不同的抗直流浪涌能力。

    从可靠性角度出发,上述使用条件考验的是电容器的抗浪涌电流冲击能力,此浪涌电流 由于峰值持续时间在微秒级,因此,破坏性极强,它考验的是电容器内部微观物理结构的阻抗分布是否合理?如果电容器内部存在微观的阻抗过度集中现象,那么,在瞬间的大电流通过时,极短时间内就可以在阻抗集中部位产生极高的热量,导致电容器的介质可在极短时间内击穿。因此,作为电容器生产商,必须对自己生产的电容器进行100%的浪涌电流冲击测试,把内部物理结构存在缺陷的产品尽早剔除,以免在用户使用时出现突然失效。

   内部物理结构不合理就可以直接导致内部阻抗分布不均匀,因此,在通电状态下电容器内部的能量场分布就会出现严重不均。此类问题主要是由电容器阳极设计不合理造成的。

   电容器生产商的此类测试实际上直接模拟了用户的苛刻使用条件,由于多数滤波电路的回路电阻都较小,在0.1-1欧姆之间,因此,如果生产商的产品没有经过比此条件更苛刻的浪涌电流冲击测试,那么在使用到回路阻抗更低的电路时,一定会出现个别只产品加电瞬间就击穿的失效现象。作为失效后容易起火的钽电容器,必须经过100%的此类浪涌测试才能保证电容器使用在滤波电路和大功率放电电路的可靠性,而且浪涌电流测试回路电阻的选择非常关键。按照GJB2283A-2014规定的测试条件,进行浪涌电流测试的回路电阻不能大于1欧姆,但到底应该使用多大的回路电阻并没有进行具体的更详细的规定就是考虑到此点,生产商进行的浪涌电流测试必须考虑到用户使用时的实际电路状态,否则产品质量仍然难以保证较高的可靠性。

    通俗地讲,电容器生产商进行的100%的浪涌电流冲击测试与浪涌冲击是一个意思。通过此测试的电容器才能成为成品的电容器。

    但是,在实际生产过程中,国内的工厂由于对此类失效机理和用户使用条件不清楚,多数公司都不进行此项测试,因此,国内工厂生产的钽电容器在用户处不断出现爆炸就成为必然。

    危险的是很多生产商把此类浪涌电流测试与浪涌老化混为一谈,认为经过浪涌老化的产品就不会再出现失效问题。待实际应用中出现问题后,总是把问题往管理和用户应用条件上推。可以这样讲,如果没有经过浪涌电流冲击测试的钽电容器被用户大量使用,不论是滤波电路还是放电电路,肯定会存在少量的突然失效产品。不论你实际使用电压多低都有可能出现此问题。

    在钽电容器的生产过程中,生产商们在广泛使用浪涌老化的方式对钽电容器进行早期失效剔除。此时使用的浪涌老化,是通过把外接电压按照缓慢的充放电电压变化来进行,一般是30秒充电,30秒放电。充放电波形是正弦波。不能否认此种老化方式的有效性。但是,我们必须清楚,此种老化方式考验的是电容器的实际耐压性能,特别是电容器在高温状态下的实际耐压性能。它与浪涌测试时剔除的废品是不同类型的废品。

    从电容器的基本生产理论上讲,电容器的实际耐压高低取决于形成电容器电介质层的耐压高低。测试时,通过一定充电时间内的漏电流大小就可以知道电容器的实际耐压高低。电容器的漏电流与实际耐压成反比,与介质层的绝缘电阻成正比。见下式;

                         I=UR/R

    上式是欧姆定律的数学表达式,但是,对于钽电容器, I表示的是该产品的实际漏电流而不是导体中通过的电流,UR是该产品的实际耐压而不是电路中实际施加的电压,R是该产品的实际绝缘电阻而不是该产品的电阻。

    当电容器的漏电流,特别是高温时的漏电流较大时,电容器的实际耐压将下降,因此,在高温时电压有小幅度的变化就可能导致电容器漏电流变大而导致突然击穿出现。这样,浪涌老化的确可以把漏电流大,实际耐压不够的产品剔除。

    从上面的分析可以看看出,浪涌电流测试剔除的是电容器内部阻抗分布不合理的废品,此类废品的漏电流不一定都很大,有些还很小。

    而浪涌老化,剔除的是电容器介质层厚度或介质质量存在问题的漏电流偏大的产品。此两类废品的失效机理完全不一样,因此,必须使用两种不同的方法剔除。想只通过浪涌老化就可以把存在隐患的产品剔除,是一种完全错误的认识。对于电容器生产商,必须对此有清醒而明确的认识。

    对于用户,当你选择的钽电容器必须使用在滤波电路或大功率的脉冲充放电电路时,你必须要求你的供应商生产的钽电容器通过严格的浪涌电流测试。否则,失效就有可能成为必然。

——祁怀荣