鉭電容和氧化鈮電容的優點及應用指南

電容被廣泛應用于許多汽車電子系統，其質量、穩定性和可靠性必須經過汽車制造商的嚴格把關。

如果將鉭電容和氧化鈮電容與其它電容技術相比，我們可以發現許多顯著優勢。

與鋁電解電容相比

與鋁電解電容不同的是，鉭電容和氧化鈮電容不存在干涸效應，因此具有更穩定的電氣參數(電容、ESR、漏電流等)，這意味著它們的性能和功能可以在長時間內保持一致和可靠。

與多層陶瓷芯片電容相比

鉭電容和氧化鈮電容不存在任何壓電效應，壓電效應會在多層陶瓷電容(MLCC)中產生討厭的額外噪聲。鉭和氧化鈮器件的另一個優勢是在一定溫度和直流偏置范圍內具有更好的參數穩定性。寬頻耦合要求高端電容在一定溫度和直流電壓范圍內保持穩定。由于沒有壓電效應，電容值隨溫度變化較小，且與電壓無關，鉭或氧化鈮電容比MLCC更適合用于耦合電路。

此外，AVX公司的鉭電容和氧化鈮(OxiCap)電容是根據汽車質量標準TS16949生產的，各系列電容完全滿足AEC-Q200技術要求，是汽車應用的理想之選。

AVX鉭電容和氧化鈮電容應用指南

為了在設計中能正確使用鉭電容和氧化鈮電容，我們必須充分考慮目標電路和設備的所有重要的電氣和物理條件。輸入參數通常需要提供電容值，這個值可以根據電源線濾波比、最大壓降等計算出來。正確選擇電容需要考慮的另一個重要參數是直流工作電壓。推薦電壓降額使用這個一般規則很重要，對所有鉭電容來說降低幅度為50%，氧化鈮電容是20%，這意味著鉭電容的工作電壓最高為額定電壓Vr的一半，氧化鈮電容的工作電壓為其額定電壓的80%。遵守這個規則很重要，因為這樣做可以保護器件免受意外電流浪涌和過壓的傷害，而這種情況在汽車電路中很可能發生。然而，用于主輸出電路的鉭電容降額電壓與汽車電池線有很好的隔離，在過壓時具有保護作用，并具有緩慢加電模式(軟啟動電路)，比如低功率DC/DC轉換器的輸出。在這種情況下，允許使用低至20%的降額幅度。工作溫度范圍告訴我們選擇電容時主要考慮最大溫度值，但也要認識到，當高溫超過85℃時我們必須使用額外的電壓溫度降額值。在實際溫度下電容允許的最大直流電壓被稱為類別電壓(額定電壓只是在室溫25℃情況時的其中一種類別電壓值)。

如果正常工作溫度超過85℃，那么工作降額與溫度降額應結合起來考慮。例如，在可能出現浪涌和電壓尖峰的電路中最高工作溫度達125℃的鉭電容：工作降額為50%，即電壓最高為額定電壓Vr的50%，125℃時(最壞情況下)的溫度降額為33%，即電壓最大值是Vr的66%。兩者結合后為0.5×0.66=0.33，這意味著鉭電容可以在最大為額定電壓Vr的33%的電壓下使用(針對最差工作條件)。

圖1：胎壓監控系統模塊圖。

要想避免電容出現上電或啟動電流過載，了解經過電容的最大工作浪涌電流(單峰)很重要。這個電流可以根據電源內部電壓以及與待測電容串連的所有器件的內部電阻(包括有效串聯電阻ESR)計算出來。工作最大浪涌電流應小于電容的最大允許浪涌電流Ipmax=(1.1×Vr)/(0.45+ESR)。在工作電流太高的情況下可以采取更大的降額幅度，因此選擇的額定電壓越高，電容的最大浪涌電流Ipmax也越大(見上圖)。

電容的最大紋波電流是流過電容的最大交流電流值，它有兩個主要的參數：有效值(rms, ACIrms, Ir)和頻率f。紋波電流受限于電容ESR上的電流產生的最大功耗Pd。電容體積越大，允許的功耗也越大，每種體積的功耗是常數。ESR越小，功耗就越小，允許的紋波電容也就越大。參見一般公式Pd=ESR×Ir×Ir。對有較高要求的紋波電流來說，低ESR、大體積、可能多陽極的結構是最佳選擇。

以上應用規則的結合可以幫助設計師選定具有特定體積的合適電容，或將體積放在標準的第一要素，然后在設計過程中根據其它優先級列表進行適當調整。有可能出現只有一個電容不能滿足應用需求、因此需要同時使用多個器件的情況，此時基本上只推薦相同的電容進行整合。并行連接可以增加電容值(乘法)和降低ESR(除法)，而串行連接可以增加總的允許直流電壓值(額定電壓相乘)，但會降低電容容量(除法)和增加ESR(乘法)。對于串行連接而言，推薦用分壓器并行連接電容，此時電阻值應根據10倍的電容直流漏電流(類別值)進行計算。