钽电容器用于引爆系统的优点

作者： Andrew Wilson和 Falco Hung
 
对于现代引爆系统来说，模塑钽 (MnO2) 电容器具有两个主要优点。首先，与铝电解电容器不同，它们具有这些小型系统所需的高容量。其次，与多层陶瓷片式 (MLCC) 电容器不同，钽电容器在电压、温度和机械应力下性能非常稳定。Vishay提供完整的模塑片式固体钽电容器产品组合，容量从0.1 μF 至 1 mF，电压从2 V至75 V，采用多种外型尺寸封装。
 

简介

引爆系统是采矿、拆除和采石的关键部件。几十年来，传统雷管一直是首选解决方案。尽管这些系统可靠且相对便宜，但它们有明显缺点，包括设置时间长，部署不当可能会给用户和制造商带来安全风险。随着新技术的进步，电子采矿引爆系统已经出现，大大缩短了设置时间并提高了安全性。正在开发中的下一代引爆系统配备潜艇在海面以下数百米使用的无线通信技术。这些下一代系统不再受物理连接的限制，可以穿过岩石、水和空气以无线方式可靠传递起爆信号。

与任何电子设备一样，引爆系统需要内部电源为系统控制器 (MCU) 供电并为点火电容充电。为了确保正确定时、可靠引爆，需要使用电容器作引爆元件的储能器件。与其他电容技术相比，模塑钽 (MnO2) 电容器能够储存电荷（低漏电流)，能量密度高，是电子引爆系统的理想选择，可留出更多时间，释放更大电压确保正确起爆。对于开发和制造电子引爆系统以满足采矿应用需求的公司，本文将为大家介绍钽电容器技术的优势。
 

雷管设计

现代电子雷管包括适用于各种爆炸应用并且精确一致引爆的延时模块。随着可控性提高，最佳时间起爆的安全性也相应提高。

有线电子雷管简单结构如下图所示。

 
电子雷管的结构包括一个绝缘头，用于防止外部或瞬变电压意外点燃起爆药；延时模块提供来自主控制器的点火信号；以及由点火器、起爆药和扩爆药组成的引爆系统。
 
在延时模块内部，MCU将信号传递给每个电容器触发点火。
 

 
根据设计，可采用一个或两个储能电容提供点火。因此，电容器起着重要作用。然而，电容技术多种多样，针对电子雷管的电容器又该如何选择呢？
 

电容器选型

使用庞大的DC/DC转换器将高电压（28V或更高）转换为低电压（3.3V至5V）用于MCU的工作是不切实际的，而电容器则是理想选择。由于尺寸、成本和/或稳定性问题，铝、薄膜、大电流功率薄膜和液钽等技术不是最佳选择。因此，我们推荐两种电容器技术：固体钽或多层陶瓷片式 (MLCC) 电容器。请参阅Vishay的电容图，比较每种技术的电压-容量范围。

 

尽管MLCC具有多种电容值且体积小，但其电容-电压 (CV) 体积效率不足以支持典型雷管应用。

除了高CV外，钽电容器的电容值在整个工作电压和工作温度范围内保持稳定，这意味着DC电压输出一致。钽电容器还具有强大的抗机械冲击性能。

最后，低漏电流 (DCL) 是钽电容器成为理想之选的另一个特性。相比之下，在12V应用中，MLCC的漏电流几乎是等效钽电容器的两倍，取决于材料和容量。

以25 V、22 μF电容器为例，这是MLCC可以实现的最大CV，根据欧姆定律，DCL(I) = V / IR (R)。MLCC性能如下。

MLCC的绝缘电阻 (R)：50 W*F ÷ (22 x 10-6 F) = 2.27 MW

DCL(I) = V / IR (R) = 12 V ÷ 2.27 MW = ~ 5.2 μA

低漏电流钽电容器：

DCL(I) = 0.005CV = 0.005 x 12 V x (22 x 10-6 F) = 1.3 μA

这些计算基于商业材料特性，绝缘电阻为50 W*F至1000 W*F。

结语

尽管针对应用选择电容器需要考虑许多因素，但就电子雷管来说，Vishay钽电容器的性能出众。