便攜式電池供電醫(yī)療設(shè)備中鉭電容的使用
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借助M.A.P.工藝，鉭電容的外殼尺寸一路從A下降到0805(目前的技術(shù))到0603或者0402。鉭粉的改良可以把10µF~10V容量的0805外殼尺寸減少到0603的外殼尺寸，如圖 4 所示。
電容直流漏電/絕緣電阻比較
在用電池作為電源的時候，電容直流漏電流 (DCL) 應被視為損耗，因為電容會影響電池的使用狀況和壽命。除了電池，大容量電容也用作便攜式設(shè)備中的補充電源，以應對電路負載的變動。
許多便攜式設(shè)備應用要求低DCL，以實現(xiàn)長時間、高效率的電池壽命。為應對負載變化，與電池并聯(lián)一個大容量輸出電容可以保持儲電能力。在某些應用中，設(shè)備的運行時間是時斷時續(xù)的短周期，在大多數(shù)時間里電池處于閑置狀態(tài)。因此，該電容需要極低的DCL來滿足便攜式設(shè)備的應用需求，盡量延長電池的使用壽命。
直流漏電數(shù)值很小，所有電容都有這個問題。鉭電容的漏電流為數(shù)微安，而MLCC的漏電流為數(shù)微微安。直流漏電流的測量方法是采用等效的電阻-電容串聯(lián)電路，加上直流電壓，在室溫下測量電流。電容應串聯(lián)一個1000Ω的電阻，以限制充電電流。
圖7 鉭電容的 DCL 曲線
描述DCL的術(shù)語和測量單位隨電容技術(shù)不同而不同。DCL是用于鉭電容的測量單位，而絕緣電阻 (IR) 則是用于MLCC的測量單位。根據(jù)電介質(zhì)類型，MLCC有一個IR限值。對采用X5R電介質(zhì)的大電容MLCC，IR限值為>10,000MΩ或 (R x C) ≥ 500ΩF，以低者為準。MLCC均采用符合軍用產(chǎn)品規(guī)范55681的自動IR測試儀進行過IR最小值篩選。
DCL可根據(jù)歐姆定律，用電容的IR和額定電壓計算得出。舉例來說，MLCC的IR限值為100MΩ-µF，相當于鉭電容標準DCL限值則為0.01，即(電容x電壓)=0.01µA/µF V。
鉭電容均根據(jù)規(guī)定的DCL最小值進行過篩選，或者不超過規(guī)定的最大值。鉭電容DCL的測試系根據(jù)軍用產(chǎn)品規(guī)范55365F。各種規(guī)格的鉭電容之間的DCL差異比較明顯，所以每種規(guī)格的鉭電容的限值都是單獨規(guī)定的。
在便攜應用中，較長保壓時間(soak TIme)下的DCL是電容重要的指標。對于有具體規(guī)格和鉭芯設(shè)計的鉭電容，某個生產(chǎn)批次中的DCL分布是可以量化的。如果應用要求極低DCL，可以方便地從某個批次中自動篩選出某個額定電壓下具有特定DCL符合便攜式設(shè)備使用條件的鉭電容。
圖8是一種47µF-10V的鉭電容，雖然其最大DCL為4.7µA，根據(jù)特定的保壓時間篩選后，可為應用提供超低DCL。以圖8的元件為例，該批量可以按照10秒鐘DCL 600nA的標準篩選，從而把總體 DCL 從 4.7µA 降至 600nA 限值。
圖8
DCL限值應根據(jù)電池供電設(shè)備的工作時間和非工作時間來決定。舉例來說，如果某便攜式設(shè)備的工作時間很短，只有幾秒鐘，而隨后長期處于閑置狀態(tài)，那么大容量電容應具備低DCL，以保證較長的電池使用壽命。另外，應該對電路的總體靜態(tài)電流和工作電流進行評估，以確定是否需要低DCL電容。
電池運行時間和DCL
對可充電二次電池來說，DCL也很重要，這樣可以延長充電間隔時間，不過總體工作電流中可以允許輸出電容一定程度的漏電流存在。評估電路在各種使用狀況下的電流要求，了解電容的DCL，可以顯著延長電池使用壽命。
通過測量DCL或者IR可以了解電容電介質(zhì)的性能以及電介質(zhì)層的質(zhì)量。DCL電流在加電的情況下，會流經(jīng)或者跨越電容電介質(zhì)隔離層。對鉭電容這樣采用氧化膜制造的電容來說，DCL電流的主體構(gòu)成部分是多種電流混合而成，有流經(jīng)電介質(zhì)的表面漏電流、因電介質(zhì)材料極化而出現(xiàn)的電介質(zhì)吸收 (DA) 電流、流經(jīng)電介質(zhì)材料的原生漏電流。類似的，采用基于鈦酸鋇的陶瓷電介質(zhì)的MLCC的漏電流主要是流經(jīng)電介質(zhì)的漏電流，以及DA損耗和原生漏電流。
MLCC具有良好的低DCL特性，但在某些情況下，鉭電容能夠以更小的體積提供同樣低的DCL。表5 比較說明了根據(jù)DCL要求正確評估和選擇合適的電容的計算方法。如表5所示，鉭電容一般按照DCL最大值來確定規(guī)格。標準二氧化錳 (MnO2)構(gòu)造的鉭電容在生產(chǎn)廠家處是按照 (.01xCV) 進行分級的。某些電容生產(chǎn)廠家還會隨DCL信息提供具體的保壓時間，并且根據(jù)比同級別的DCL最大值低得多的具體DCL限值進行電容器的預篩選。
選擇適用的低DCL電容
舉例來說，某種短工作占空比的便攜式電池供電醫(yī)療設(shè)備需要線路每天啟動電機幾秒鐘，然后關(guān)閉。這樣的應用可以使用低DCL的大容量電容。
具體使用：
DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于電機驅(qū)動
輸入電壓：1.5V
固定輸出電壓：3.3V
輸出電流：200mA@2V
大容量輸出電容：47µF
保壓時間60秒時的DCL = 200nA
如果該47µF大容量電容是鉭電容，則應進行適當?shù)碾妷航殿~。降額應根據(jù)鉭電容生產(chǎn)廠家的降額規(guī)范，具體示例見表4。本示例選擇了10V的額定電壓。
表4 鉭電容的降額規(guī)范
MLCC的額定電壓可以與工作電壓相同或者略高，因此6V的額定電壓已經(jīng)足夠。對 MLCC 而言，如果已知 IR (見表5)和工作電壓 (4V)，可以計算出 DCL。適用于低DCL應用的MLCC有X5R和X7R兩種電介質(zhì)。根據(jù)額定工作電壓，可以根據(jù)歐姆定律，用元件的IR值計算出 DCL。
表5 低DCL電容器選擇
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