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利用钽电容和氧化铌电容提高汽车系统性能(一)

在更舒适、更安全和更多功能等用户需求的推动下,汽车产业已经成为一个快速发展的市场领域。各种各样的电子系统被装备到现代汽车中,其中有许多系统直接影响到汽车的可靠性和乘客的安全性。反之,这也意味着关键电子系统中使用的电子元件必须非常可靠。电容被广泛应用于许多汽车电子系统,其质量、稳定性和可靠性必须经过汽车制造商的严格把关。

如果将钽电容和氧化铌电容与其它电容技术相比,我们可以发现许多显著优势。

与铝电解电容相比

与铝电解电容不同的是,钽电容和氧化铌电容不存在干涸效应,因此具有更稳定的电气参数(电容、ESR、漏电流等),这意味着它们的性能和功能可以在长时间内保持一致和可靠。

与多层陶瓷芯片电容相比

钽电容和氧化铌电容不存在任何压电效应,压电效应会在多层陶瓷电容(MLCC)中产生讨厌的额外噪声。钽和氧化铌器件的另一个优势是在一定温度和直流偏置范围内具有更好的参数稳定性。宽频耦合要求高端电容在一定温度和直流电压范围内保持稳定。由于没有压电效应,电容值随温度变化较小,且与电压无关,钽或氧化铌电容比MLCC更适合用于耦合电路。

此外,AVX公司的钽电容和氧化铌(oxicap)电容是根据汽车质量标准TS16949生产的,各系列电容完全满足AEC-Q200技术要求,是汽车应用的理想之选。

AVX钽电容和氧化铌电容应用指南

为了在设计中能正确使用钽电容和氧化铌电容,我们必须充分考虑目标电路和设备的所有重要的电气和物理条件。输入参数通常需要提供电容值,这个值可以根据电源线滤波比、最大压降等计算出来。正确选择电容需要考虑的另一个重要参数是直流工作电压。推荐电压降额使用这个一般规则很重要,对所有钽电容来说降低幅度为50%,氧化铌电容是20%,这意味着钽电容的工作电压最高为额定电压VR的一半,氧化铌电容的工作电压为其额定电压的80%。遵守主个规则很重要,因为这样做可以保护器件免受意外电流浪涌和过压的伤害,而这种情况在汽车电路中很可能发生。然而,用于主输出电路的钽电容降额电压与汽车电池线有很好的隔离,在过压时具有保护作用,并具有缓慢加电模式(软启动电路),比如低功率DC/DC转换器的输出。在这种情况下,允许使用低至20%的降额幅度。工作温度范围告诉我们选择电容时主要考虑是最大温度值,但也要认识到,当高温超过85度时我们必须使用额外的电压温度降额值。在实际温度下电容允许的最大直流电压被称为类别电压(额定电压只是在室温25度情况时的其中一种类别电压值)。

如果正常工作温度超过85度时,那么工作降额与温度降额应结合起来考虑。例如,在可能出现浪涌和电压尖峰的电路中最高工作温度达125度的钽电容:工作降额为50%,即电压最高为额定电压VR的50%,125度时(最坏情况下)的温度降额为33%,即电压最大值是VR的66%。两者结合后为0.5乘0.66等于0.33,这意味着钽电容可以在最大为额定电压VR的33%的电压下使用(针对最差工作条件)。

要想避免电容出现上电或启动电流过载,了解经过电容的最大工作浪涌电流(单峰)很重要。这个电流可以根据电源内部电压以及与待测电容串连的所有器件的内部电阻(包括有效串联电阻ESR)计算出来。工作最大浪涌电流应小于电容的最大允许浪涌电流IPMAX=(1.1×VR)/(0.45+ESR)。在工作电流太高的情况下可以采取更大的降额幅度,因此选择的额定电压越高,电容的最大浪涌电流IPMAX也越大。

电容的最大纹波电流是流通过电容的最大交流电流值,它有两个主要的参数:有效值(RMS,ACIRMS,IR)和频率F。纹波电流受限于电容ESR上的电流产生的最大功耗PD。电容体积越大,允许的功耗也越大,每种体积的功耗是常数。ESR越小,功耗就越小,允许的纹波电容也就越大。参见一般公式PD=ESR×IR×IR。对有较高要求的纹波电流来说,低ESR、大体积、可能多阳极的结构是最佳选择。

以上应用规则的结合可以帮助设计师选定具有特定体积的合适电容,或将体积放在标准的第一要素,然后在设计过程中根据其它优先级列表进行适当调整。有可能出现只有一个电容不能满足应用需求,因此需要同时使用多个器件的情况,此时基本上只推荐相同的电容进行整合。并行连接可以增加电容值(乘法)和降低ESR(除法),而串行连接可以增加总的允许直流电压值(额定电压相乘),但会降低电容容量(除法)和增加ESR(乘法)。对于串行连接而言,推荐用分压器并行连接电容,此时电阻值应根据10倍的电容直流漏电流(类别值)进行计算。

 

信息来源:钽电容

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