我們中的許多人都觀察到過設備受過度振動的影響，從異常磨損和固定松動再到器件受損，不一而足?？梢酝ㄟ^傳統(tǒng)方法使機械設備不受振動的干擾，例如使用額外的固定裝置將器件鎖定，或者使用防振裝置隔離敏感區(qū)域。但是，在電子設備中，可能會存在成千上萬個易損小器件。如今，汽車已成為相對受沖擊和振動惡劣環(huán)境的典范，我們在其中安裝各種電子產(chǎn)品，從大功率的電機控制到自動駕駛輔助系統(tǒng)再到信息娛樂設備。最新的驅動系統(tǒng)甚至在輪轂中安裝復雜的電子設備，這些都是最受機械“環(huán)境壓力”影響的惡劣環(huán)境。

在車輛和許多其他消費產(chǎn)品中，電子設備通常對安全而言至關重要，因此必須具有高度的可靠性，但同時也要盡可能的降低成本。但是，要獲得抗振動損壞能力，傳統(tǒng)的“過度工程化”航空航天似的方法是則不可行的，必須找到能使大量生產(chǎn)的器件都符合相關規(guī)格的解決方案。

制定標準

要驗證是否已充分保護器件免受振動的影響，我們必須首先為自己設定可接受的標準。這是一項艱巨的任務，因為振動本質上通常是隨機的，并且會隨條件和時間而變化。在某些環(huán)境中，例如在工業(yè)中，振動影響通常來自旋轉的機械，并可在一定程度上進行量化，但是在其他領域（例如汽車），則受到牽引系統(tǒng)和路面等多種來源的影響。汽車OEM原始設備制造商在標準化粗糙表面的測試軌道上具有詳盡的測試制度，但是人們期望電子子系統(tǒng)及其組件已經(jīng)受過評估，并被證明不受某些標準的影響。根據(jù)定義，隨機振動無法標準化，因此一種常見的技術是應用正弦激勵，并在監(jiān)視的頻率范圍內進行掃頻，以尋找器件的機械共振。然后將振動輸入設置在這些頻率上，并停留一段時間，以確定是否會發(fā)生故障。連續(xù)的正弦掃頻振動激勵也是“掃描（證明）耐久性”概念的基礎。 IEC 60068-2-6: 2008是正弦振動測試方法的標準，它還提供了一些建議的測試級別和持續(xù)時間。

振動測試等級

純正弦振動的強度可以用數(shù)學上相關的三種方式表示：最大振幅或位移、最大速度和最大加速度。圖1顯示了歸一化為1Hz的量之間的關系，這源于，速度是位移隨時間的變化率，而加速度是速度隨時間的變化率。

圖1：正弦曲線的位移、速度和加速度之間的關系

正弦波過零時會出現(xiàn)最大速度，而最大加速度則在波形的峰值處。請記住，正弦的微分是余弦，即90度相移，再進一步的微分是再90度的相移，這有助于形象化。圖1中的三個圖形是等效的，因此任一圖形都可以用來定義特定頻率下的振動強度，并且可以方便地引用恒定量、加速度作為規(guī)格。但是，對于恒定加速度，位移會隨著頻率的降低而增加，并且在某個點上對于測試設備的維持來說是不切實際的，因此，常見的規(guī)范是要求恒定位移振動達到指定的“交叉”頻率，然后再從那恒定加速到最大頻率。

IEC 60068-2-6: 2008主要涉及術語的定義和方法，但確實提供了一些建議的測試條件。例如，掃描速率被指定為指數(shù)， 一個八度，或者每分鐘頻率加倍，公差為+/- 10％。范圍內的更低頻率應從任意設定值中選擇；0.1、1、5、10、55或100Hz，上限頻率應從10、20、35、55、100、150、200、300、500、1000、2000或5000 Hz中選擇。標準中的表格顯示了測試持續(xù)時間，典型情況是10Hz至5,000Hz掃描，重復100次，耗時約30小時。至10Hz，通常會指定恒定的位移幅度，而高于10Hz則是恒定的加速度。但是，如果在該頻率上要求的幅度超出測試設備的能力，則可能需要更高的交叉頻率。在發(fā)現(xiàn)共振的地方，標準建議的停留時間為10分鐘、30分鐘、90分鐘或1小時。

IEC 60068-2-6: 2008沒有規(guī)定確切的振動強度等級和掃描周期數(shù)，但給出了如表1所示的標準示例。交叉頻率設置為58Hz至62Hz。低于交叉頻率時使用振幅或位移規(guī)格，高于時則使用加速度。加速度以m/s2表示，將其轉換為“ g”除以10得到一個近似值。

表1:符合IEC 60068-2-6: 2008的應用類別的振動強度和掃描周期數(shù)范例

電容器需要防振
在所有常見的電子器件中，電容器通常最容易受到振動的損壞，特別是高值電解類型，電容器可以高而小直徑，以減小占位面積。典型的通孔引線類型具有相對較差的性能，通常在10到55Hz的掃頻范圍內，最大額定值為10g或約100m/s2，峰到峰位移為1.5mm。盡管這對于非關鍵的商用設備是可以接受的，但其他應用（例如公路車輛、建筑設備和農業(yè)機械）通常則需要更高的額定值。

松下已在其FK、FKS、FP、FN、FT、TC、TCU、TP和TQ系列的表面貼裝鋁電解電容器，以及ZA、ZC、ZE、ZK、ZKU和ZS系列的導電聚合物混合鋁電解電容器中，找到了解決此問題的方法。這些系列的零部件可具有高振動能力，包括更厚的內部連接、塑料基板的高“壁”和帶有輔助觸點的更多支撐端子。

圖2：松下抗振SMD電容器

耐振動類型能夠承受294m/s2(30g) 的沖擊，并且在5到2000Hz的振動激勵下具有5mm的峰到峰位移，顯著提高了其性能。分別在X、Y和Z軸上進行了兩個小時的測試，沒有出現(xiàn)故障。這些零部件的高振動規(guī)范得到了汽車AEC-Q200兼容性和高耐用性的完善，根據(jù)系列的不同，通常在105°C時為10,000小時，在125°C時為4000小時，在145°C時為2000小時。

導電聚合物混合鋁技術完善了高振動規(guī)格

在使用高μF數(shù)值的應用中，零部件的物理尺寸很大，通常會并聯(lián)很多器件，因此，電容器遭受振動損壞的風險最大。例如，逆變器或電機控制器中的直流母線連接或大功率AC-DC和DC-DC轉換器中的輸出濾波器。然而，在這些應用中，特別是在高開關頻率下，電容值本身通常不是關鍵參數(shù)，只要它高于大容量儲能的最小值即可。更重要的是器件的等效串聯(lián)電阻（ESR）和隨之產(chǎn)生的紋波電流處理能力。通過電容器ESR的高頻紋波電流會產(chǎn)生紋波電壓，這通常對轉換器的性能至關重要。

“標準”電解電容器可以具有良好的ESR和紋波電流額定值，但松下導電聚合物混合鋁類型可以為小尺寸提供更好的額定值，并具有更好的紋波電壓性能。例如，在12V直流母線應用中，如果規(guī)范要求最低1500μF，總ESR為3毫歐和11 安的紋波電流，則可以使用四個Φ16mm x 25mm的標準電解電容器或者三個松下ZS系列導電聚合物混合型Φ10mm x 16.5mm來實現(xiàn)，僅為體積的20％，重量僅為其一小部分（圖3）。松下的防震功能以及減小的高度、體積和重量，極大地提高了防震性能。

圖3：案例研究，使用標準和導電聚合物電容器的直流母線應用

結論

耐振動性至關重要的應用，正越來越普遍，為此，松下公司提供電容器防振器件。加速度和位移的規(guī)格通?？梢詽M足最苛刻的要求，而松下的導電聚合物混合鋁技術可以生產(chǎn)出更小更輕的器件。與標準的電解類型相比，該技術還具有更好的穩(wěn)定性、使用壽命、可靠性、安全性和生命周期成本。