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一、穩態

鉭和氧化鈮電容器的介質本質上沒有磨損機制，在一定條件下具有有限的自愈能力。但是，在工作中可能出現隨機的故障。鉭電容器的故障率隨時間而減少，不像其它電解電容器和電子原件那樣故障率隨時間而增加。

 

鉭和氧化鈮電容器在穩態條件下的使用可靠性受三個因素的影響。從這些因素中可以得出計算可靠性的等式：

F = F_V x F_T x F_R x F_B

這里      F_V =工作電壓/降額電壓修正因子

              F_T =工作溫度修正因子

              F_R =電路串聯電阻修正因子

              F_B =基本故障率水平

 

基本故障率

標準鉭電容器符合M級可靠性（也就是1%/1000小時）或更好，額定電壓、85℃和0.1Ω/V電路阻抗。

F_B =1.0%/1000小時為TAJ, TPS, TAC, TPM, TAW 和TCJ系列產品

  =0.5%/1000小時為TRJ, THJ 和NOJ系列產品

  =0.2%/1000小時為NOS 和NOM系列產品

TLJ 和TLC系列鉭電容器85°C溫度降額時，規定為額定電壓的50%。

F_B = 0.2%/1000小時，85℃、50%額定電壓、0.1Ω/V 串聯阻抗，60%可信水平。

 

工作電壓/降額電壓

如果在使用中，電容器的額定電壓大于電路的最大電壓，那么工作可靠性將會得到改善。這種做法叫做電壓降額。

圖2中的圖標顯示，降額電壓（使用電壓與額定電壓之比）與故障率之間的關系。該圖給出了任何工作電壓的修正因子F_U。

 

 

 

 

 

 

工作溫度

如果工作溫度低于電容器的額定溫度，那么工作可靠性會得到改善，如圖3所示。該圖給出了任何工作溫度的修正因子。

 

 

 

電路阻抗

所有固體鉭和/ 或氧化鈮電容器需要有限流電阻，以保護介質避免浪涌電流的傷害。為此目的，建議采用串聯電阻。低阻抗電路使故障率增加，尤其是在溫度大于20℃時。低感抗電路對電容器產生浪涌電壓，同樣地，非感抗電路對電容器產生浪涌電流，使電容器產生局部過熱和故障。推薦的阻抗是1Ω/V。如果這樣做不可行，要采用等效的降額電壓（見MIL HANDBOOK 217E）。圖4介紹了增加串聯電阻后的修正因子F_R。

 

 

計算舉例

考慮一個12V電源電路，設計者需要一個10μF的電容器在靠近視頻寬帶放大器處，作去耦電容器用，因此，電路阻抗只受電路板電源輸出阻抗和導軌電阻的限制。我們假定大約最小為2Ω，也就是說0.167Ω/V。額定的工作溫度為-25°Cto +85°C。

如果在設計中采用10μF 16V的電容器，工作故障率如下：

a) F_T = 1.0 @ 85°C

b) F_R = 0.85 @ 0.167Ω/V

c) F_V = 0.08 @使用電壓/額定電壓 = 75%

d) F_B = 1%/1000小時,基本故障率水平

因此，F = 1.0 x 0.85 x 0.08 x 1 = 0.068%/1000 小時

如果改用20V的電容器，工作故障率變為：

F_V = 0.018 @使用電壓/額定電壓= 60%

F = 1.0 x 0.85 x 0.018 x 1 = 0.0153%/1000小時

 

 

二、動態

固體鉭電容器對浪涌電壓和浪涌電流的承受能力是有限的。因此，浪涌電流知道對兩個參數進行控制，以減少故障率，它們是降額電壓和串聯電阻。

下面的表總結了AVX用一個設備試驗的結果，非常小的串聯電阻、不采用降額電壓，電容器在額定電壓下進行測試。對鉭電容器進行了測試，但是，結論對鉭電容器和氧化鈮電容器是同樣有效的。

正如在試驗中可以清楚地看到的，用戶使用的降額越大，可能出現的浪涌故障就越少。

    必須記住，這些結果來自高加速浪涌測試設備，在終端用戶處出現的故障率是低ppm（非常低）的。

一個普遍的誤解是，從鉭電容器的漏電流，可以預測浪涌篩選中故障率的數量，可以通過AVX對不同漏電流的47μF10V片鉭做的試驗來反駁。試驗的結果總計在下面的表中。

 

漏電流與浪涌故障數

再次強調，要記住，該結果是用高加速浪涌測試設備做試驗得到的，在終端用戶處出現的故障率是低ppm（非常低）的。

比起鉭電容器來，氧化鈮電容器對過載應力的敏感性要低些，所以，建議采用最小20%降額電壓。在有瞬時“開關”電流的極低阻抗電路中，要進一步降額。因此，在一般情況下，一個低電壓氧化鈮電容器，與鉭電容器相比，可以用在較高電壓電路中——見下面的表。

 

 

有關鉭電容器的浪涌參數，更多的資料請參考AVX網站上J.A. Gill的論文“固體鉭電容器中的浪涌”。

 

在應用電路中，增加降額，更多的好處是改善了電容器承受浪涌條件的能力，穩態可靠性能力可以改善一個數量級。舉一個將6.3V電容器用在5V電路中的例子。

 

鉭電容器的穩態可靠性受三個因素的影響：溫度、串聯電阻和降額電壓。假定工作溫度是40℃，串聯電阻是0.1Ω/V，

 

因此，電容器的可靠性是：

        故障率=F_U x F_T x F_R x 1%/1000小時

= 0.15 x 0.1 x 1 x 1%/1000小時

= 0.015%/1000 小時

如果用10V的電容器代替，新的比例因子為0.006，因此，穩態可靠性是：

故障率=F_U x F_T x F_R x 1%/1000小時

= 0.006 x 0.1 x 1 x 1%/1000小時

=6×10^-4%/1000 小時

 

因此，電容器的穩態可靠性有一個數量級的改善。