【FOLLON】电子雷管控制模块中富隆电解电容的应用方案
Date：2023-11-14 | Popular：243
固态铝电解电容优于液态铝电解电容，采用固态导电高分子材料取代电解液作为电容阴极，导电能力比电解液高2 至3 个数量级，极大降低ESR，提升温度、频率特性，且无电解液干涸情况可延长使用寿命。
钽电解电容器的介质则不同，是在钽金属表面生成一层极薄的五氧化二钽膜，此层氧化膜介质和电容器的一端结合成一个整体，不能单独存在。钽电容内部也没有电解液，适合高温工作，并有一定自愈性能，可提升可靠性和寿命。但钽电容耐压和过电流能力较差，且失效后容易产生明火，影响其在高可靠性需求中的应用。
储能电容的容量决定着电子雷管起爆延迟时间和起爆可靠性，有以下公式：
C×ΔU=I×Δt
其中：C 为充能电容容值，U 为储能电容压差，I 为充能电容流过电流，t 为时间。
在同等模块功耗的前提下，储能电容容值越大，雷管可设定的延迟时间越长，起爆时储能电容上留存的电荷也越多，雷管炸药获得的能量就越大，起爆可靠性就越高。在单位体积容值方面，钽电容相比固态铝电解电容有优势，但由于耐压问题，应用于高压的钽电容尺寸较大。选取100 μF 耐压25 V，尺寸为Φ5×8 mm 的固态电容与68 μF 耐压20 V，尺寸为6 mm×3.2 mm×2.5 mm钽电容做对比。电子雷管的管壳为圆柱形管壳，因此铝电解电容的形态更适合电子雷管的装配。由于电子雷管模块的PCB（印刷电路板）需要在管壳内过管壳截面圆心水平放置，因此坦电解电容方案所需的管壳半径为：
而铝电解电容所需管壳半径为：Φ = 5 / 2 = 2.5 mm，可见使用铝电解电容不仅容值增加50%，还能缩小电子雷管管壳半径。
对电容器施加额定直流工作电压，开始时观察到充电电流很大，随着时间推移而下降，达到某一终值，此终值电流称为漏电流。漏电流大小随所施加电压变大而增大，随所施加电压时间变长而减小，随着电容的容量变大而增大。电子雷管在延时起爆阶段，模块仅由其储能电容供电，如储能电容漏电流过大，延时阶段其储存能量会随漏电流流失，起爆时若起爆桥丝从储能电容上获得能量不够就会发生拒爆现象，严重影响爆破工程效率和安全。因此漏电流特性也是评估电子雷管储能电容优劣的重要因素之一。
由于制造电容的绝缘介质有损耗，在外部就表现为一个电阻与电容串连，即为等效串联电阻（ESR）。电子雷管在起爆时需要开启放电管，导通储能电容、起爆桥丝和放电管的串联回路。由于起爆时间短，电流上升迅速，其所含高频分量很多，就要求电容ESR 须保持在较低范围。起爆瞬间电流公式为：
其中U 为电容电压，RESR为ESR，Rq为起爆桥丝电阻，RON是放电管的导通电阻。ESR过高会导致起爆瞬间的电流偏小，因而起爆桥丝无法获得足够能量引爆火药。
同时在ESR 上产生的功率为：
当RESR 增至
时，一半放电能量耗散在ESR 电阻上，而通常
，此时RESR 越小其消耗能量越小，才能更可靠地引爆火药。过大ESR耗散还会导致电容过热而失效。固态铝电解电容和坦电容都有ESR小的特点。相同ESR性能下，钽电容相比固态铝电解电容价格高出许多。出于成本考虑，某些电子雷管厂商选用的低价钽电容ESR 数值比固态铝电解电容大两倍以上。钽电容负极的二氧化锰热稳定性差，在高温下会分解释放高浓度氧气，若在密闭空间与钽金属接触就会爆炸。因此电子雷管充放电过程中，大电流容易导致钽电容失效引发事故。
选取3 种电子雷管常用储能电容类型，各随机抽选5 颗样品，分别标记为固态铝电解电容D、国产钽电容E、进口钽电容F。在常温25 ℃下，对电容加载直流电压为16 V、20 V、24 V 时，得到3 种电容共15 个样品容值、ESR 和漏电流。从图1 到图3 可见钽电容E、F 容值和电压偏置无明显相关性，固态铝电解电容D 容值随电压偏置升高而略微升高。三种电容均无随电压变化容值骤减情况，固态铝电解电容在高压下容值更高，益于能量储存。如图5 所示的ESR 测试，钽电容E 的ESR 最高已达1.6 Ω，而通常桥丝电阻在2 Ω 左右，放电管导通电阻约0.05 Ω。由此分析可推算，当大电流时在ESR 上能量消耗接近43%，存在危险。而图4、6 固态铝电解电容D 和钽电容F 的ESR 均在合理范围内，且固态铝电解电容ESR 更低，有利于可靠起爆。
如图7 到9 测试结果，钽电容E、F 在电压超20 V时漏电流相比固态铝电解电容明显增加，说明钽电容不适于顿感药剂高压起爆方案。大多电子雷管模块在延时阶段功耗低于10 μA，而钽电容F 漏电流高于3 μA，占工作电流30%，会造成起爆电压不足引起拒爆。由于钽电容E 在常温ESR 测试中的安全隐患，此高温测试仅对比固态铝电解电容D 和钽电容F，测试条件为偏压20 V，环境温度55 ℃。如图10 两种电容ESR 均无异变，其中钽电容F 漏电最高达10 μA，与工作电流无异，钽电容F 不适用于顿感药剂高压起爆又得到验证。
综上所述，固态铝电解电容相对容量变化不大、高温漏电流小、ESR 更低、过大电流能力强，可匹配各类药剂，适宜高压条件下通过配合钝感药剂使用。相比而言，钽电容只能使用敏感药剂方案，更具安全性和环保要求。而钽电容虽然部分参数相比铝电解电容无显著差异，但均劣于固态铝电解电容，高温漏电比固态铝电解电容大一个数量级，应限制高温环境应用。钽电容在耐压、过电流能力上不足限制其配合顿感药剂使用。其失效后会发生燃烧，且只能配合敏感药剂使用，导致在电子雷管安全性方面远逊于铝电解电容，不宜作为电子雷管模块储能电容方案推广。固态铝电解电容相比钽电容，生产稳定、供应周期短、价格优势明显。表1 列出固态铝电解电容和钽电容特点供参考。
EFVH016BK151M0411 150UF 16V DIP,4*11
EFRA025BK068M0411 68UF 25V DIP,4*11
EFRA025BK101M0411 100UF 25V DIP,4*11
EFBR010BK251M0411 250UF 10V DIP,4*11
广东富隆电子科技有限公司是一家通过ISO9001 ISO14001 ISO45001认证，专业从事铝电解电容/固态电解电容/固液混合电解电容的研发、制造、销售于一体的民营高新技术企业，致力打造高端民族品牌，加快国产化替代进程。
广东富隆拥有自动化生产线40余条；总投资伍千万元 ,员工200余人，其中工程技术、质量管理、生产管理人员20余人，年产电容器（4*5.4~16*21.5）约4亿只；，
江西富隆电子科技有限公司系广东富隆电子科技有限公司在江西湖口县开设总投资额五亿元人民币的全资子公司， 工厂建筑面积17000平方米，拥有全自动化生产线50条，年产电容器（4*5.4~16*21.5）约12亿只。
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