硬件工程师入门基础知识（三）钽电容应用（二）
钽电容应用（二）
1.钽电容使用容量选择
许多情况下，高能混合钽电容器可以直接当作二级或次级瞬时电源来使用，以下为电容器容量和放电工作电压及维持时间的计算方法。
如电路正常工作时的输入功率为 P，储能电容的容量为 C，其两端的电压为 U1，则电容储存的能量为：
当输入电源掉电后，经过 t 秒时，电容两端的电压为 U2，这时电容能量剩余为：
储能电容在这一过程中释放的能量：
同时也等于电路维持正常工作所需的能量W=Pt（即输入功率与时间的乘积）得出：
实际使用中，U2 为确保电路能够正常工作的最低输入电压。
案例：
如果电路正常工作时的输入电压为 U1 为 36V，输入功率为 40W（P），能够正常工作的最低输入电压 U2 为 26V，要想输入电源掉电 60 毫秒（t）时电路依然能够正常工作，那么需要储能电容的最小的电容量为：
一个使用在电源电路前端的储能电容器，输入电压为 60V，当进行断电后，电容器开始给后续电路提供能量，在提供能量 85W 时，必须保持电压不低于 26V，如何计算需要的电容量。另外此电路还需要一个准确的回路电阻，该回路电阻的大小将决定需要的电容器的容量大小。
在该电路中，各参数性能的换算公式如下：
2.非固体电解质钽电容器使用时应注意的问题
非固体钽电容器一般用于交流成分很小（相对于直流）的电路中。
2.1 容量和损耗
在测试时所施加的直流偏压会使容量略微变小，下降幅度最大不超过 2%。损耗同样会因为偏压而减少 0.2%；
2.2 直流漏电流
在允许的使用电压范围内 , 漏电流随温度的增高而增长（在 125℃时，大约为室温的 8-10 倍）；
在高温条件下储能将会引起一个小的、短时间的漏电增加，但在应用额定电压的几分钟内原始值通常会恢复；
暴露在高温度和高湿度混合的条件下，漏电流会有所增加，但在电压条件低于标准条件的情况下，漏电流通常会恢复（由于吸入水汽的导电作用，这种增加通常大于单独在温度影响下的漏电流，另外，水分从空气中吸收的灰尘将会增加这种影响）。
2.3 使用电压
电容器的故障受到使用电压和额定电压的比率影响很大。设计电路时，请考虑到所有要求的可靠性，适当降低电压，当大于 85℃时，必须使用降额（类别）电压使用。
2.4 反向电压
钽电容器介质氧化膜具有单项导电性和整流特性，当施加反向电压时，就会有较大的电流通过，往往会造成质量隐患，严重时甚至造成电容器反向击穿失效。因此，使用中应严格控制反向电压：
1）全钽电容器禁止施加反向电压；
2）原则上禁止使用万用表的电阻档对钽电容器或安装有钽电容器的电路进行不分极性的测试（容易施加反向电压）。
在测量使用过程中，如不慎对非固体钽电容器施加了反向电压，则该电容器应报废处理，即使其各项参数仍然合格，因为电容器有反向电压造成的质量隐患有一定的潜伏期，在当时并不一定能表现出来。
2.5 纹波电流
钽电容器在电路设计中当施加超过钽电容器所能承受的纹波电压、纹波电流时会导致钽电容器失效。
1）直流电压与交流分压峰值之和不得超过电容器的额定电压值；
2）纹波电流通过钽电容器产生了有功功率损耗，使电容器温度升高导致的热击穿失效概率增大，因此有必要对通过电容器的纹波电流或电容器允许的功率损耗进行限制。功率损耗 P 有与纹波电流Irms 的关系由下式表示：
由上式可以看出：当 Rs 增大或当 Irms 增大时，功率损耗增大。因此在高频电路中控制钽电容的功率损耗是必要的。
2.6 失效率的影响因素
1）实际所加钽电容两端的电压越低于额定电压，钽电容器的失效率也越低。钽电容器的失效率是在 85℃额定电压下最大允许负载条件下评定的。
2）影响失效的另一因素是接在电容器外回路上的串联电阻，在外回路电路中同电容器串联的电阻越大，失效率也越低。
失效率等级：2.0%/1000h 表示为 L；1.0%/1000h 表示为 M；0.1%/1000h 表示为 P；0.01%/1000h表示为 R；0.001%/1000h 表示为 S。
2.7 补充说明：
1）非固体电解质钽电容器用 pH 试纸检漏前应充分放电，否则将会因电容器放电不完全使试纸与电容器阳极接触处呈红色，使试纸与电容器阴极接触处呈蓝色；
2）筛选、老化和振动等试验后要经过一段时间的恢复方可测量，恢复时间一般为 24 小时；
3）贮存 2 年以上的产品在使用前最好施加额定电压在高温（85℃）下通过1000±100Ω 的电阻老化 4-8h。
