可以安全使用的最低电容器额定电压是多少?

电器工程 电容器 电压 可靠性
2022-01-14 10:31:32

我正在使用几个 Case R 钽电容器 (10uF 6.3V) 作为 100mbps 以太网 phy 的 3.3V 电源的大容量去耦。我还使用更靠近引脚的 0.1uF 陶瓷。

以太网物理PCB

像往常一样,我非常需要 PCB 上的空间,所以我想用 0603 尺寸的盖子代替它们。问题是它们的额定电压仅为 4V。通常情况下,我总是将我的电容器的电压定为他们将看到的电压的两倍。

如果我在稳压 3.3V 线路上使用 4V 电容器,是否会出现问题?

4个回答

请特别注意电容器的规格。他们可能不是他们声称的那样。

陶瓷帽的一个问题是随着电压的增加它们会失去电容。例如,Venkel 的这款 X5R 陶瓷帽的额定值为 10 uF 和 6.3V。问题是在 6.3V 时,实际电容下降到只有 2 uF!那是80%的下降!即使在 2.0V 下,您仍会丢失 30% 的额定值。

在此处进行了记录,但绝不限于文克尔。X7R、X5R 和可能的其他陶瓷电容器在一定程度上会受到这种影响。COG/NPO 似乎没有这个问题。我应该指出,这个问题没有在整个电容器数据表中列出,而只是在一个补充的“技术数据”文件中,该文件不在他们网页上的同一位置。

但是,您的基本问题是“我应该降低多少”电容器。当然,如果你问 10 个 EE,那么你可能会得到 15 个不同的答案。这是我非常粗略的经验法则或指南。

  • 如果电容很关键,铝电解电容器将降额至至少 50%。意思是,我将在 12.5V 导轨上使用 25V 电容。如果电容不重要,那么我将允许较小的电压裕度。

  • 在大多数轨道上,钽电容器将被降额至少 50%,无论使用如何。

  • 10V 以上的陶瓷电容将降额至 50%。随着电压降至 10V 以下,我将允许更少的余量。例如,我将在 3.3V 电压轨上运行 4.6V 电容。但请记住我已经说过的关于陶瓷电容器的内容。

  • 电容器上的压力越轻,我允许的余量就越小。例如,如果信号只是偶尔达到 90V,但大多低于 50V,那么我可能会使用 100V 陶瓷电容器。温度、电压、电流和 ESL/ESR 效应都在其中发挥作用。具有很大压力的电容器将获得更多的余量。

  • 只有在有其他原因的情况下才会降额低于 50%。如果不考虑成本、尺寸和其他因素,那么我总是至少减免 50%。

  • 如果电路表现良好并且电压尖峰或其他不良行为的问题不是问题,那么我可能会留下更少的余量。

但这些只是粗略的经验法则。您必须分别考虑每种情况并权衡利弊。

更新:

这是来自 AVX 的一些文档。 它位于第 3 页的“DC 偏置依赖性”标题下。请注意,X7R 的电压与电容曲线比文克尔的要“好”得多——因此,如果电容值真的很重要,那么请进行研究并获得您想要的电容。

对于今天的选择,使用钽电容去耦是愚蠢的。采用 0603 封装的 1 µF 6 V 陶瓷电容价格便宜且易于获得。无论如何,对于去耦而言,这将优于 10 µF。电源连接点处的 10 µF 是有意义的,但对于去耦则不适用。查看任何知名制造商的数据表中的 100 nF、1 µF 和 10 µF 陶瓷电容的阻抗图。

除了 Olin 对尺寸的评论之外 - 请注意,电路上存在任何“功率”的钽电容器都是一场等待发生的灾难。

钽电容器在电压仅略高于额定电压时极易发生绝缘层击穿,并且它们不会自愈。一旦层被破坏,电容器将倾倒可用能量并自毁。正常故障模式是硬金属短路。沿途可选择烟雾、气味、火焰、声音和爆炸。我曾在一次激动人心的事件中看到听到和闻到所有这些。

电源轨上超过额定电压的非常短的电压尖峰会刺穿绝缘层,然后让电源轨能量完成任务。

陶瓷:请注意,温度影响因等级而异。在宽温变化等级上,机械颤噪也更差。通常不是电源去耦的问题。

当施加阶跃电压时(例如在电源开启时),稳压器输入端的低等级陶瓷(温度耐受性差,因此机械性能也差)会“振铃”,并可能损坏稳压器。这是不寻常的,很容易防范,但需要了解。

如果陶瓷由于某种原因不能满足您的需求,请查看固态铝电容器(即不是铝电解电容器)。它们在能力大小和成本方面与钽竞争,但没有钽致命的故障模式。

钽的规则是避免使用它们,除非有良好的电流限制。或者至少将电压降低至少 3:1(有人说是 4:1),这并不总是可能的。我在小型稳压器的输出上使用了很多电源,但在输入上却没有。