钽电容ESR比较小,如果输入电压比较高,上电瞬间流过电容本身的瞬态电流就比较大,所以容易放炮,钽电容不适合放在电源输入端或者电源附近,一般放在芯片周围用于滤波和退耦。
输入端用钽电容做电源滤波不太安全,接钽电容易被炸
问:在dcdc电源模块输入、输出端接钽电容是否有影响?
解答:钽电容比较容易击穿而呈短路特性,抗浪涌能力差,很可能由于一个大的瞬间电流导致电容烧毁而形成短路,或是开机瞬间产生一个很高的浪涌电压,造成钽电容过压击穿,模块在应用时,输入端最好不要接钽电容。建议输入滤波电路用陶瓷电容或是电解电容。模块的输出电压很稳定,在输出端接钽电容必须确保耐压值为输出电压的2倍以上
钽电容是容易炸,容值越大,电压越高,越容易烧。钽电容贵暂且不说,放在板子上就是颗定时炸弹啊。我用钽电容都是在3.3V(含3.3V)以下的。只要不是体积有限制,用电解电容+贴片陶瓷电容效果不差的。
电解电容容值取大一些对纹波会更好一些吗? 容值越大,应该ESR越小。
电容大对ESR不好,但是可以用4.7uF/0.1uF的陶瓷电容并联减小ESR。 电容大的好处是,电容大了储能多,负载电流突然增大后,电容能提供更多的电荷。
用耐压值高的钽电容会好一点。主要是通过纹波电流能力比较小。如果不差钱的话,果断固态聚合物电容啊
铝电解电容,一般是容值越大,ESL越大。
LDO的输出电容,可以比规格书上稍微大一些,但是偏离太多完全不必要。
如规格书上建议是22uF,你用47uF、100uF是可以的,体积会稍微大一些,但是你用1000uF就完全没必要,滤波效果并没有改善多少,但是却白白浪费PCB空间。过犹不及。
你可以问下公司的前辈,为什么加这么大电容,是以前出过什么问题,把电容加到这么大,才解决的么?如果没有,建议还是改小吧。
DC-DC的输入电容一般在100uF左右就可以了,输入电容最好加4.7uF或1uF陶瓷电容滤高频环路的纹波,输出电容要稍微大一些,建议在470uF/1000uF以上吧。输出电容越大,电源输出的纹波也会小一些。
DC-DC输出电容尽量大点。提高瞬态响应速度。
LDO的输出电容不用那么大,比规格书的大一点就可以了。
以图上为例:
C1,100uF~680uF,并联4.7uF或1uF
C2, 1000uF,并联4.7uF和0.1uF
C3 - C7,用47uF-100uF 和0.1uF
电解电容是个通称,常说的钽电容也是指的钽电解电容,我一般在超过9V电压的入口都用铝电解电容,对高度有限制的可以用矮粗的那种,外型可选种类还是比较多的。
钽电容耐压不行,铝电解电容ESR高,滤波没有前者好
很多年前都是铝电解电容,后来才出现钽电解电容。它们都是电解电容,工作原理是差不多的。 在同样容量下,钽电解电容的体积比铝电解电容要小,这可能是它现在用得多的原因。 电解电容爆炸,我觉得是耐压不够的原因。 铝电解电容和钽电解电容的爆炸,我都见过多次。没觉得后者比前者更容易爆炸。
0.1uF电容靠近元件放就是,铝电解电容可以稍微远一点。
选多大的电容根据纹波来定,用电解电容相对于钽电容和陶瓷电容,所用的电容的容值要大一点。
其实我倾向于用多层陶瓷电容,用钽电容虽然容量大,但寿命不敢恭维,修过很多惠普,泰克的频谱,示波器,综测等仪器,都是爆钽电容导致电源回路歇菜的,爆的多是有一定年纪的老设备(黄豆和贴片的都爆过)。 以前做项目有个板子,用了10uF钽电容,后来1年没通电,拿出来调试一通电立即炸掉。都没搞清咋回事。
固态钽不行要用聚合物钽
钽电容ESR相对较低
不同的稳压芯片要求的滤波电容不同。有的手册明写不能用钽电容等低esr的电容。
1、楼主没有指出是钽二氧化锰电容还是钽聚合物电容,默认前者吧
2、如果是DCDC,那么不建议用钽电容,一段时间后会失效(具体原因请查阅相关资料),如果实在要用,一定要配合MLCC
3、如果是LDO,对于一些旧型号,反而需要高ESR的钽电容,用MLCC会自激。不过近年来的一些新型号已经可以直接使用MLCC作为输出端滤波了
钽电解内阻太小,上电的时候容易坏,所以一般放在IC附近。非要用在电源上也行,加钱换固态的吧。
DCDC后面用铝电解+瓷片,贴片、直插都有。小DCDC模块可以用1206的Y5V,但是LDO就得注意了,小心震荡。
https://www.amobbs.com/thread-5611438-1-1.html
钽电容 高频特性差 不适合DC-DC输出主滤波
配合瓷片电容是可以的:钽电容耐压余量足够大,负载阻抗变化不大,瓷片电容负责高频,同时注意布线和整流,防止反相电压(如buck)
钽介质膜介电常数比铝大很多,同样的参数下,钽氧化物介质膜更薄更脆弱,在大纹波电流下极容易损坏导致击穿短路,在开关电源的输出级是禁止用固体钽电容的,我自己也有血的教训,折腾了一个月,接二连三的挂掉,换成铝电解就好了。DCDC主要是纹波很大,而钽在大的纹波电流下容易失效
目前有聚合物钽电容,性能好很多,可以在这种情况下使用,比如三洋的POSCAP,另外聚合物铝电解拥有超低ESR,也可以用在这里。
建议采用固态铝电解或者直接采用大容量陶瓷电容。
远离钽电容!顶pos-cap,超低ESR!
为什么有的LDO的输出输入必须用陶瓷电容 ,而有的却规定必须用钽电容?
原因大致如下:
1、稳压器的稳定性取决于回路增益和回路相移,LDO也不例外。
2、通常所有的LDO都会要求其输出电容的ESR值在某一特定范围内,以保证输出的稳定性。 LDO制造商会提供一系列由输出电容ESR和负载电流组成的定义稳定范围的曲线,作为选择电容时的参考。这些推荐值可以从相关的Datasheet上看到。
3、输出电容是用来补偿LDO稳压器的相位裕度,不合适的ESR会引起回路振荡。基本上所有的LDO应用中引起的振荡都是由于输出电容的ESR过高或过低。
4、LDO的输出电容,一般地,钽电容是最好的选择。另一点非常重要,优质电容的ESR在-40℃到+125℃温度范围内的变化小于2:1。然而,铝电解电容在低温时的ESR会变大很多,所以不适合作LDO的输出电容,应排除在外。
5、应该注意,大的陶瓷电容(≥1uF)通常会用很低的ESR(<20mΩ),这几乎会使所有的LDO稳压器产生振荡。如果使用陶瓷电容就要串联电阻以增加ESR。而且大的陶瓷电容的温度特性较差(例如Z5U型),也就是说在工作范围内的温度的上升和下降会使容值成倍的变化,所以它不推荐使用。
6、可能你已注意到,某些LDO专门设计使用陶瓷电容,似乎与上面矛盾。已知有两款LDO,LP2985和LP2989,要求输出电容贴装超低ESR的陶瓷电容。 这种电容的ESR可以低到5~10mΩ。 也就是说,在如此低ESR的电容下,LP2985仍能够稳定工作。这是由于,在IC内部已经放置了钽输出电容来补偿零点,此LDO的零点已被集成在IC内部。这一做法是为了将可稳定的ESR的上限范围下降。可以查到,LP2985的ESR稳定范围是3Ω-500MΩ,因此它可以使用陶瓷电容。然而这样小的ESR却会使绝大多数的LDO稳压器引起振荡。
7、结论很容易得出:未在内部添加零点的典型LDO,所选ESR的范围一般为100mΩ-5Ω,只能使用钽电容而不能使用陶瓷电容。因此外部电容产生的零点必须处于足够高的频率,这样就不能使带宽很宽。否则,高频极点会产生很大的相移从而导致振荡。
转自:http://forum.eet-cn.com/FORUM_POST_10012_1200008509_0.HTM
彭宝霞(航天511所) 摘要: 本文对液体钽电容和固体钽电容的失效原因作了具体分析。对这两种产品的使用提出自己的看法和建议。 关键词: 液钽 固钽 可靠性 钽电容器分为固体钽电容器和液体钽电容器。它们在军用整机中大量使用。例如:液体钽电容器在84年只有529厂和502所两个单位使用,用量不到2000只。而95年五院各厂所的液体钽订货量将近1万只。固体钽电容器更是大量使用。随着固体钽电容器和液体钽的大量使用。先后暴露的质量问题也不少。我们了解到早期有单位禁止使用液钽,而近期的单位禁止使用固钽,这是怎么回事? 一、早期某些单位禁用液钽,禁用的理由: 1.液体钽电容器的漏液问题 液体钽电容器工作电解质为酸性液体,如果产品密封不好,出现漏液。酸性液体漏到电路的印制板上,使线条之间短路,发生严重故障。另外,液体钽电容器在加电工作时不断化学反应要分解出气体,在高真空条件下气体在壳内膨胀而发生爆炸,引起导线之间短路。 2.液体钽电容器的耐反向电压问题 液体钽电容器采用的银外壳。当加上反向电压后Ag+离子很快通过电解液及Ta2O5介质膜并向钽正极上迁移。即使有0.1V的反向电压,也会损坏了Ta2O5介质,可使其损毁。用户在使用中及筛选测试中都不能加上反向电压。航天总公司1997年发出通报:在某一线路中的液体钽上有0.5V的反向电压,引起了失效,要引以为鉴! 因以上原因,有些单位禁用液钽。 二、为什么还在大量使用液体钽电容器? 1.防止液体钽电容器漏液采用全密封型液体钽电容器。 虽然我国生产液体钽电容器已有近30年的历史,但真正制造全密封液体钽电容器才刚刚起步。特别是国产玻璃绝缘子的配件质量过不了关。而航天器的设计要求是在真空度高于1×10-5帕条件下,液体钽电容能在预定的时间内正常工作。 近年来生产厂解决了一些关键问题,引进了生产线,有了关键设备。使液钽电容器的使用可靠性大大提高。例如:贵州4326厂的CAK35全密封液体钽电容采用三级密封新的工艺,解决了密封问题。其引进生产线在92年通过了设计定型。94年度五院电子元器件可靠性中心,按GJB733-94标准和航天特殊要求,进行了用户认定试验。95年度4326厂又在广五所取得CAK35的五级可靠性认证鉴定试验合格的证明。 2.避免反向电压问题 在测试筛选、调试及线路中规定,不得有反向电压加到液钽上去,来避免反向电压的损坏。3.防止振动冲击失效采用了防振垫圈 液钽经受不了振动冲击,出现过间歇短路。经过失效分析:液钽壳内的液体不能将钽块固定。另一端的钽丝被绝缘子固定住。钽块与钽丝成为一个悬臂,因此振动时,钽块经常要碰击银壳的内壁造成短路,现象是时好时坏的间歇短路。目前采取的办法是设计了防振垫圈固定住钽块,有效的克服间歇短路。〔3〕 4.增加补充筛选 经五院可靠性中心补充筛选,为型号上使用液体钽把好关。为提高上机率,根据航天器的真空条件,多年来增加48小时的真空试验,剔除密封不好产品。 三、某些单位禁用固钽,禁用固钽的理由: 1.固钽因“不断击穿”又“不断自愈”问题产生失效。在正常使用一段时间后常发生固钽密封口的焊锡融化,或见到炸开,焊锡乱飞到线路板上。分析原因是其工作时“击穿”又“自愈”,在反复进行,导致漏电流增加。这种短时间(ns~ms)的局部短路,又通过“自愈”后恢复工作。关于“自愈”。理想的Ta2O5介质氧化膜是连续性的和一致性的。加上电压或高温下工作时,由于Ta+离子疵点的存在,导致缺陷微区的漏电流增加,温度可达到500℃~1000℃以上。这样高的温度使MnO2还原成低价的Mn3O4。有人测试出Mn3O4的电阻率要比MnO2高4~5个数量级。与Ta2O5介质氧化膜相紧密接触的Mn3O4就起到电隔离作用,防止Ta2O5介质氧化膜进一步破坏,这就是固钽的局部“自愈了”。但是,很可能在紧接着的再一次“击穿”的电压会比前一次的“击穿”电压要低一些。在每次击穿之后,其漏电流将有所增加,而且这种击穿电源可能产生达到安培级的电流。同时电容器本身的储存的能量也很大,导致电容器永久失效。 2.固钽有“热致失效”问题 固钽的Ta2O5介质氧化膜有单向导电性能,当有充放大电流通过Ta2O5介质氧化膜,会引起发热失效。Ta2O5介质氧化薄膜厚度只有?级。无充放大电流时,介质氧化膜相当稳定,微观下其离子排列不规则、无序的,称作无定形结构。目测呈现的颜色是五彩干涉色。当无定形结构向定形结构逐步转化,逐步变为有序排列,称之为“晶化”,目测呈现的颜色不再是五彩干涉色,而是无光泽、较暗的颜色。Ta2O5介质氧化薄膜的“晶化”疏散的结构导致钽电容器性能恶化直至击穿失效。 3.固钽有“场致失效”问题。 固钽加上高的电压,内部形成高的电场,易于局部击穿。 因有以上三种失效机理,某些单位提出禁用固钽。 四、为什么还在大量使用固钽电容器? 固钽尽管存在以上问题,但笔者统计固钽的现场使用失效率也可达到1×10-8/h。 1.生产方在选用材料上入手,为解决固钽“不断击穿”又“不断自愈”,应用超纯钽粉材料和工艺控制来减少这种局部“击穿”现象。分析了固钽在加上电压或高温下工作时,会产生局部“击穿”现象。固钽环境温度从+85℃降到55℃使用,工作寿命增加10倍。 2.克服固钽的“热致失效”问题 为解决“热致失效”问题。应用方在线路上入手,采取限流措施,增加固钽线路中的回路电阻。笔者见到有文献报道:“如果应用线路中的串联电阻从3W下降到0.1W,则其可靠性会降低一个数量级以上。”即固钽的可靠性下降十倍!在固钽线路中,增加串联电阻,达以1W/1V后,可增加固钽应用可靠性。 3.克服固钽的“场致失效”问题 多年来解决固钽的“场致失效”进行了研究。“场致失效”的原因是加到固钽上的电压越高,场强越高,越容易产生“场致失效”。所以为提高固钽可靠性,必须采取电压降额使用! 一般高可靠线路中固钽电压降额50%使用,其工作寿命可延长100倍。〔1〕 五、建议今后慎用固体钽电容器和液体钽电容器 笔者了解到国内、外的实用情况: 1.航天部某所在研制DC/DC变换器即开关电源上不用固体钽电容器和液体钽电容器,采用的是开关电源专用滤波电容器。 2.美国一家生产DC/DC电源的公司来航天部502所座谈、讨论。他们研制DC/DC电源上不用固体钽电容器和液体钽电容器,是军品规定的。 3.查美国军用标准MIL-STD-975H《NASA标准EEE电子元器件目录》中已规定“固钽电容器不得用于电源滤波器中”应该引起我们高度重视!回想使用固体钽电容器和液体钽电容器中,出现过故障、失误。往往误认为是偶然问题,重换一个产品又在工作下去。一方面原因分析不彻底,另一方面也没有找到新的品种。例如:87年某型号整机在系统试验时,刚开机就发生一只固钽电容器冒烟烧坏。一瞬间可见到固钽电容器的封口处的焊锡熔化,并将直流稳压电源烧坏!97年某型号的整机在进行高温老炼中也发生过进口的两只固钽电容器及国产的一只固钽电容器烧坏! 4.通过加强材料、工艺控制可以减少失效现象,但总有这种失效机理存在,不能杜绝。而成为关键线路慎用固钽的原因。例如,在线路上常串联相同的两只,来避免固体钽电容器或液体钽电容器的短路。列出固体钽电容器和液体钽电容器的优缺点对比,供设计师择优选用。见表1。〔2〕 |