钽和电解电容器的最大工作压力

我需要设计一种必须在高压环境（氮气）中运行的设备。工作压力可能从1bar（大气压）到最高20..30bar表压不等。正常的工作压力约为10bar。

因此，该器件包含一个带有LM2674-5的开关稳压器，该稳压器需要输入和输出电容具有较高的值-约为100uF。

很明显，带有这种液体电解质的普通电解电容器可能会被这种压力压碎。

但是要使用什么电容器？钽电容器是否更耐压？

这有很多警告，但在加压环境中，唯一的电解电容器选择是带有固体电解质的电容器，因此是固态钽，钽聚合物或铝聚合物电容器。

例如，康奈尔·杜比利尔（Cornell Dublier）特别声明其所有铝电解电容器的工作范围为1.5个大气压至10,000英尺（来源-第9页）。

铝电解电容器并非完全没有空隙，它们的正常运行和初步阳极氧化可确保工厂内部直接存在少量氢气。在适度的压力下，任何污染物都将被压入电容器，使其越过其密封处，从而可能导致短路或改变电容；而在较高的压力下，它们只会被向内压碎并确保发生短路故障。

简而言之，普通的铝电解材料完全无法使用。

现在，这变得很棘手：在设计耐压电子设备时，大多数情况下，您是一个人。我的意思是，即使您向公司发送电子邮件，您也不会找到诸如大多数组件的“最大操作压力”之类的问题的答案。这是因为这样的利基市场非常小，在这种不寻常的环境条件下测试或鉴定产品根本不值得花费时间和精力。

很少（很少）公司对电容器等高压额定元件的选择有限，有些甚至高达10,000 psi。这些电容器将非常昂贵-我什至找不到价格，您必须要求报价。如果您有足够大的体积，我仍然希望每个电容器的成本超过500-1000美元。它们也是巨大的50,000µF 钽电容器，是真正的10,000 psi怪物。因此，我认为，实际上找到经过验证的合格零件对您来说也不现实。

这意味着要由您自己确定组件的资格。您必须使用经过深思熟虑的决定并选择一个COTS电容器，但是没有人可以肯定地告诉您它是否可以工作，或者在您这样的环境中如何影响其性能或寿命。您必须自己测试所有这些。

这就是必须设计大多数耐压电子设备的方式。您可以通过自己的测试分别对零件进行鉴定，然后再对整个组件进行测试进行鉴定，然后花费大量的时间和金钱，甚至对安装的可靠性或寿命只有一点点了解，您只希望获得最好的结果（并从野外的设备中了解发生的情况-如果可以的话，请纵火试用）。

因此，您还应该敏锐地意识到什么是危险的，如果您的董事会失败，后果将是什么，并确保给予津贴，例如，不会有人的安全受到威胁。

就是说，对于大容量电解电容，固态钽电容器将是您承受压力的最佳选择，并且性能变化最小。

另一种选择是确保您确实需要电解电容器。 额定电压为10V和100µF的陶瓷电容器很容易买到，而且价格也不算太贵。例如，此村田电容器是一个选件。提防DC偏置图-大多数高容量陶瓷电容器使用表现出铁电效应的电介质。类似于在磁场存在下的铁磁材料，铁电材料是类似的，但是对于电场（并且作为电场存储的能量最终是电容器最终存储的能量）。这意味着陶瓷电容器的有效电容在直流偏置下会下降。因此，您需要降低其电容并并联使用多个电容。

耐压电子产品的金标准一直以来都是聚丙烯金属膜电容器，但显然它们的价值太低，根本不适合任何大容量电容应用。我以为我会在这里指出它们的完整性。

最后，除了一些可能不太适合您的应用的高压瞬变海电容器之外，对于您的问题的简短回答是，钽电容器以及大多数电容器根本没有最大工作压力等级。此处特意强调评级-不要误认为这意味着它们可以在任何压力下运行。当然，它们具有预期可承受的最大压力，但额定值本身根本就不存在。

但是，不要让所有这些使您灰心。诸如耐深海压力的电子设备之类的物体所承受的压力要远远高于30 bar，这里是首选钽电容器，所有专用的深海10,000 PSI电容器同样都是钽电容器。

只需了解，如果电容器发生故障或何时发生故障，制造商就不会有过错，您仍然必须自己进行鉴定。这不仅意味着检查故障，而且还要确保它们对电路至关重要的各种特性保持在可接受的水平内。

获取一些固态钽电容器，并自己进行测试。您可能会在第一次尝试时得到它，但是准备尝试一些不同的品牌或建筑类型。

最后说明：在高压环境中，其他组件可能会表现出意外的行为。确保您没有任何具有“金属罐”构造的东西。一个容易忽视的晶体是石英晶体-通孔或SMD，它们在罐头内部具有空的空间，如果不简单地破坏晶体，则晶体上的机械应力会通过频率的方式消失。

另外，请小心湿钽电容器。您应该避免这些。有一个普遍的误解，认为流体不可压缩。事实并非如此-它们比气体更难压缩，但仍然像固体一样可压缩。这就是体积模量-物质的可压缩性。重要的是，液体与固体的可压缩性差异在10-100之间，或1至2个数量级。这意味着液体将比固体压缩得多，这将允许潜在的显着机械应变。

对于水，每个大气压会压缩约46.4ppm。因此，如果承受30巴的压力，给定体积的水将损失其总体积的0.14％左右。这不会像锡罐那样使任何内爆，但是对于内部材料非常脆的组件（例如五氧化二钽），这可能会使足够的挠性/应变令人担忧。固体电解质就是您想要的。

您可以通过选择一种工作频率大于1MHz的更好设计来解决您的问题，因此可以使用能够在恶劣环境中选择一个的薄膜盖。

这是参考 NASA进行瓶盖低温测试。

例如，当 聚丙烯，聚碳酸酯和云母电容器在液氮下测试时显示出出色的稳定性时，固态钽电容器在该温度下的介电损耗却有所增加。大多数EDL电容器都不会随老化而变化，但在极端温度下似乎无法正常工作。

这是我建议的上限

您可以找到自己的1.5至3MHz的设计，并具有良好的电池电源和薄膜盖来满足您的要求。

正如Neil_UK以他的伟大智慧和经验在他的评论中指出的那样，这似乎不是一个大问题。

承受高压的电容器如何发生故障？您可能会认为它会爆炸，但是如果电容器是完全固态或充满液体的，那根本就不是真的，因为只有气体是高度可压缩的。液体的可压缩性要差得多。

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充满液体的电容器中的4％残留气体（相当多）将在20 bar时使总体积变化3.8％。当然，热膨胀会加在一起，但您会看到它们处于相同的数量级。

对于气泡无法收缩以使气泡压力达到环境压力的固体而言，这是不正确的，因为它被固体包围，所有压力都集中在气泡壁的小表面上。

答案取决于您的约束，预算和可靠性。

昂贵的深海电容器还需要长寿命和低故障率，因为更换它们的成本巨大。

情况可能并非如此，Metacollin使用普通电容器并自行测试的解决方案既好又便宜。当然，由于上述原因，它不是固态的，而具有较宽温度范围的搜索电容器，仅仅是因为它们对电解质体积变化具有更大的耐受性。

我发现的另一项古老研究表明，在高压环境（最高70 bar）下真正失效的唯一普通等级部件是内部带有空气且外壳较弱的部件，例如金属封装的二极管。