ProtectiCap系列电容应对高压飞弧现象

作者：Syfer/Knowles 应用工程师

表面电弧、电弧放电、飞弧、电晕放电，这些名词其实指的是同一种现象，即高压放电现象。我们不希望这种现象出现，是因为这会产生干扰并可能导致元件失效。当电压超过表面介电强度时高压飞弧便产生了。电容器两个端头间的高电位差可导致空气的局部电离，之后可能完全击穿空气并产生火花放电，该火花可被目视及听见，相关联的电晕放电会产生电子噪声。图1显示了高压飞弧的产生过程。


图1：高压飞弧的产生过程

高压飞弧的起始电压是指产生高压飞弧的临界电压，它受以下几个因素影响：

1. 湿度。湿度高时，飞弧现象产生得更普遍，这就解释了为何高压飞弧问题会带有 季节性的特点，以及为何在湿度较高的地理区域问题更加普遍。

2. 表面污染。锡球，焊剂残留物及在制造、加工和装配过程中沾染的其他污染物。

3. 电介质类型。更高介电常数的材质和更高的容值会更易产生飞弧现象。C0G/NP0材质的电容器一般不受影响。

4. PCB板设计。超过标准尺寸的焊盘，电容器下方的通孔，夹层，以及由于形状特殊而不易清洁的死角，都容易导致飞弧现象。

为了防止飞弧现象的产生，焊盘间应留有足够间距且不能有尖角，此外PCB板在焊接后需做好清洁。诸如湿度之类的环境因素更难控制，这也是为什么大多数供应商提供的高压陶瓷电容需要绝缘灌封的原因。

解决方案ProtectiCap

假设PCB板的设计符合要求，Syfer/Knowles供应的ProtectiCap高压电容无需对PCB板进行绝缘灌封，即可提供稳定的高压性能。Syfer/Knowles凭借其独特的湿法工艺制程，将低介电常数的玻璃铀材质镀在陶瓷电容器表面，并且对电容器的耐高压特性进行最优化设计。密封、光滑和低介电常数的镀层，在更小电容尺寸下，实现了更高耐压及更大容值，一个最好的例子便是1206P3K00102KXT （1206，3KV，1nF）,该规格电容以前只能用1808尺寸来实现。Syfer/Knowles进行了大量测试以评估ProtectiCap系列产品的性能。全系产品均测试了飞弧产生的最低起始电压，证实该系列产品较之普通电容器产品有了至少1000V以上的耐压性能提升。


图2：ProtectiCap的结构图


图3：高压飞弧起始电压测试

从图3可以看出，大量测试表明同等尺寸规格下，ProtectiCap较之普通高压电容在飞弧起始电压方面表现出全面的性能优势。该测试在Syfer/Knowles的生产测试设备上进行，柱状图表明高压飞弧发生前的最大测试电压。电压以瞬时方式施加，最大电流限制在50mA。

可提供的产品系列

尺寸可选1206、1210、1808、1812及2220。容值上限33nF, 耐压上限5kV。因具备高压、高容及小尺寸的特性，1206P3K00102KXT（1206,3000V,1nF）成为DC-DC模块隔离电容的理想之选。该系列电容兼容ROHS和非ROHS焊接曲线，波峰焊接，常用PCB板清洗过程，以及绝缘灌封。

质量鉴定测试

为了验证ProtectiCap系列电容的可靠性和性能稳定性，基于对高可靠性产品的广泛认知，我们构建了一个测试体系，其包含的标准测试方法综合了多项国际认证体系，包括AEC-Q200，IECQ-IECC及美军标MIL等。