电容降额规范

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!

降额设计，其实是一个试验经验统计值。即使在大公司内部也根据试验或事件，不断的修正这个数值。即使是国标、国军标等降额要求，也是不断修订的，或者根据实验数据不断地积累和完善的。

我们根据我们收集的一些规范以及在项目中的经验，可靠性的一些数据，积累形成了硬十的规范，供大家参考。

电容存在稳态、瞬态工作条件两种工作状态。划分电应力稳态、瞬态工作条件的依据是：稳态工作条件为脉宽大于等于1S，或周期性出现的电压或电流。存在某一点（或区域），对应 器件某项参数的最大应力，称为稳态条件下该项应力的最坏情况；瞬态工作条件为脉宽小于1S，且周期性出现的电压或电流。划分环境温度的稳态、瞬态工作条件的依据是：在一定时间内（一般以天为单位），异常温度 （通常为高温）时间不超过整个时间的1%情况下为瞬态温度，在该区域中的某一点对应器件某项参 数的最大应力，称为瞬态条件下的该项应力最坏情况；反之则为稳态工作环境条件。

1.1.非固体铝电解电容器

非固体铝电解电容主要分为插装和贴片两种，两种电容的内部结构和原理基本相同，只是在外 部封装上有所不同，因此在降额要求上，两者相同。

【1】铝电容瞬态温度情况，是指不超过1%的计算时间内，一般以天为单板，即1天内出现的时 间总和不超过0.24小时的异常温度，可以认为是瞬态温度，与瞬态电压不一样。

【2】电容器在应用中的纹波电流可以大于额定值，但不应超出安全应用区域，如果应用中电容器的充放电电流超出安全应用区域，需具体评估应用风险。

【3】芯温法：将电容器芯子的核心温度（Tcore）作为输入条件，计算电容器寿命的方法。对 于体积较大焊片型（Snap-in）和螺栓型（Screw）高压铝电解电容器，推荐采用芯温法估算寿命。

【4】纹波电流法：将电容器工作时的充放电电流和环境温度作为输入条件，计算电容器寿命 的方法。对于体积较小的表贴型（V-chip）和引线型（Radical）铝电解电容器，推荐采用纹波电流 估算寿命。

【5】对于液体铝电解电容，应根据实际应力条件估算应用寿命。寿命计算的基本理论模型是 “10度法则”，即应用温度每降低10度，电容器的应用寿命翻倍。

1.2. 固体电解电容器

固体电解电容器主要有钽电容、插装固体铝电解电容和表贴固体铝电解电容。表贴固体铝电解电容有两种外形：塑封外形和圆柱形（V-chip）。塑封外形表贴固体铝电容内 部为叠层结构，圆柱形（V-chip）表贴固体铝电容内部为卷绕结构。钽电容目前包括以MnO2为阴极材料的普通钽电解电容、以导电聚合物Polymer钽电解电容。总的来说，从降额设计角度，固体电解电容主要可分为MnO2钽电解电容，Polymer钽电解电容、 固体铝电解电容三大类。

【1】MnO2固体钽电解电容最终工作电压降额的选取还与稳定、电源回路的阻抗、电源上下电 等有关，表中提供的考核原则仅为最低要求，实际的降额选取应根据电路应用条件来做调整。从实 际应用统计及钽电容自身结构分析，高压系列的高CV值MnO2（≥25V/10uF）可靠性相对于低压钽 电容要差。不建议12V以上的电路使用MnO2钽电容，除了某些高阻抗、限流或控制电路中，12V以 上耐压可以考虑选择25V以上耐压电容外，一般低阻抗电源滤波不建议使用高压系列MnO2钽电容， 即使是在低压电路中。

【2】对于可能出现的3.3V电压采用6.3V耐压或5.2V采用10V耐压等稍微超出50%降额的情况（如降到额定电压的53%），只允许用在高阻抗、限流和控制电路中，在低阻抗大电流电压滤波（输 出电流≥5A）电路中不允许。

【3】对于固体钽电解电容而言，反向电压在一般情况下是绝对不能允许出现的。

【4】MnO2钽电容对于快速变化的电压或电流冲击敏感，因此应严格限制钽电容器的电压变化 速率dv/dt，在电压上升或下降曲线的任何一段，不能超过10V/ms。

【5】在正常工作中，温度长期超过85℃时，Polymer钽电容的电压降额需要进行进一步增加， 所有电压降额都在原来的基础上再降额80%，例如在长期超过85℃时，额定电压在10V以下的Polymer 钽电容只能用在10*85%*80%=6.8V以下的电路中。

1.3. 薄膜电容器

薄膜电容器件可分为插装和表贴两种封装形式。常用的薄膜电容大多使用如下四种介质材料， 其中PET膜和PP膜是应用最为广泛的薄膜电容器用介质材料：

PEN膜和PPS膜的熔点温度较高，一般用于制作耐高温薄膜电容器和SMD薄膜电容器。

PET——Polyethylene terephthalate film dielectric（聚乙烯对苯二甲酸酯介质膜）

PP——Polyethylene film dielectric（聚丙烯介质膜）

PEN——Polyethylene naphthalate film dielectric（聚萘乙烯介质膜）

PP——Polyethylene Sulfide film dielectric（聚苯硫醚介质膜）

【1】安规电容器：符合IEC60384-14、UL1414、UL1283等’电磁干扰抑制电容器’标准，经过安 规机构认证的可跨接于50~60Hz交流市电的火线、零线和地线之间的电容器，即X电容和Y电容。X 电容和Y电容仅可用于EMC用途，不可用做逆变电路的平滑电容，也不可用电容式降压电路的降压 电容。

【2】交流薄膜电容器：专为交流应用设计的薄膜电容器，交流电容器的典型应用是逆变电路的平滑电容。电容式降压电路必须采用专门设计的降压电容器，不能使用一般用途的交流薄膜电容 器，

【3】额定温度：额定温度可能低于上限工作温度，也可能等于上限工作温度。当规格书没有说明额定温度时，默认额定温度等于上限工作温度。

【4】对于大型薄膜电容器（10A以上额定电流的薄膜电容器），需要测量电容内部热点温度， 或依据电容器的热阻和充放电电流计算热点温度（说明：当无法测量或计算时，需要找厂商确认）， 热点温度不得超过规定；对于小型薄膜电容器，额定电流是按照内部热点温度不超过上限类别温度 提示的，不需另外计算热点温度。

1.4. 陶瓷电容

陶瓷电容主要有单层陶瓷电容、MLCC电容、MLCC电容排。

【1】对于-48V的接口电路，电压波动范围为-36V~-72V的情况下，可以使用100V的X7R陶瓷电 容滤波，但是瞬态最坏情况建议不超过额定值。

【2】如果环境温度比较难获得，可以采用电容表面温度进行降额，其中壳温降额为稳态不超 过额定温度Tmax，瞬态不超过Tmax+5℃ 下表为陶瓷电容各种封装允许功耗和热阻表。其中最大允许功耗单位为mW，在常温+25℃，20℃ 温升条件下得到。部分尺寸型号可根据长X宽，依据附件的热阻来大致判断，如1810可参看1210和 1812的热阻大致确定。实际上，陶瓷电容功耗和焊盘尺寸及覆铜面积相关，焊盘尺寸及覆铜面积越大，允许的功耗就越大。下表标称的热阻值为典型值，仅作设计参考。

1.5. 穿心和可变电容

1.6. 超级电容

【1】超级电容厂家在设计厂家在设计过程中，厂家已经加入降额冗余，因此实际工作中，电 压只要满足规格就可以。但瞬态电压也不允许超过规格值。

【2】超级电容在任何情况下，都不允许超温应用。

【3】厂家在电容设计过程中，会留有一定余量，计算结果和实际寿命会有一定差别。因此估算寿命须不小于单板设计寿命的80%

【4】很多厂家会直接提供工作环境下的寿命，如45℃下寿命4年，这个4年可以作为结果，认为满足单板寿命要求为5年的需求。

【5】超级电容虽然加反压不会直接短路，但是会导致寿命减少。因此即使是小于2%额定电压 的反压，也不能频繁施加。