电容器指南

聚合物电容器的基础(前编)何为聚合物电容器?

最终更新日期:2023/09/13

前言

查看电脑等电子设备的主机板的话,最常看见的是如图1的6种类型的电容器。钽电解电容器(二氧化锰型、高分子型),铝电解电容器(罐状/电解液、罐状/高分子、贴片型),MLCC等。电容器中还有其他的薄膜电容器和铌电容器等很多种类,本次对村田制作所也在生产的聚合物电容器(ECAS系列)进行说明。

主要的电容器
图1 主要的电容器

何为聚合物电容器?

聚合物电容器是指阴极使用了导电聚合物的电解电容器。钽电解电容器和铝电解电容器在这方面相同,但铝电解电容器阳极使用了“铝箔”,阴极使用了导电聚合物。
另一方面,导电聚合物型的钽电解电容器的阳极使用了“钽金属”,阴极使用了导电聚合物。图2所示为导电聚合物铝电解电容器的模式图。

导电性聚合物铝电解电容器的模式图
图2 导电性聚合物铝电解电容器的模式图

传统类型的电解电容器阴极使用了液体电解质(电解液)及二氧化锰。如果替代此类在阴极使用“导电聚合物”,则可实现1.低ESR、2.稳定的温度特性、3.提高安全性、4.长寿命化。(参看图1及图3)

此外,原则上电解电容器根据阳极使用的阀金属种类决定电介质类型,并由此决定介电常数、DC偏压特性及啸叫特性。如此,阳极、阴极和电介质通过组合多种材料获得多种特性。由于不同材料有其擅长和不擅长的领域,因此电子设备设计者在设计电路时需要分别使用不同的材料。

多种电解质材料的电导率代表性实例
图3 多种电解质材料的电导率代表性实例

关于村田制作所的导电聚合物铝电解电容器(ECAS系列)

村田制作所的导电聚合物铝电解电容器(ECAS系列)具有“低ESR”、“低阻抗”和“大容量”的特点。首先,关于“低ESR”,除了在阴极使用高导电率的导电聚合物外,还层叠铝元件,从而实现了电解电容器中很低的ESR。
其次,关于“低阻抗”,由于对负载侧的波动具有良好的稳定性,因此可以阻止输出电压的下降。
最后,关于“大容量”,由于可以增大静电容量,且无静电容量的DC偏压特性,因此施加直流电压时的实际使用上的静电容量稳定。基于此,“低ESR”、“低阻抗”和“大容量(容量稳定)”是ECAS系列的最大特点。

ECAS系列的构造例
图4-1 ECAS系列的构造例
ECAS系列的等效电路
图4-2 ECAS系列的等效电路

ECAS系列的主要应用

电容器在电路中的作用之一是稳定和平滑电源线的电压。 
随着电子设备的高功能化,就要求严格控制CPU等电源线的电压,有时则需要大静电容量来稳定电源线。 
这种情况虽然可采用“安装多个MLCC”的方法来解决,但由于村田制作所已将ECAS系列添加到了MLCC的产品群中,因此可以提供“组合MLCC与ECAS系列,减少部件数量和成本”的解决方案。

图5是CPU和FPGA的电源线简易电路图。

CPU和FPGA的电源线的简单电路图
图5 CPU和FPGA的电源线的简单电路图

ECAS系列的低ESR、低阻抗、稳定的静电容量的特征,最适用于负载电流变动激烈的CPU等各种电源线的平滑用途中(波纹吸收和瞬态响应)。基本上几乎是跟MLCC组合起来使用,ECAS系列特别能够发挥其控制电压变动(高速backup)的作用。控制电压变动的用途中常常使用高分子型的钽电解电容器、高分子型的铝电解电容器(罐状),ECAS系列比起其他的ESR更低,通过取得ESR和静电容量之间的平衡,最适用于控制电压变动的用途。
这样的ECAS系列经常被用于PC(笔记本PC,server,主机板,复合机等),数码AV设备(液晶电视,游戏机,机顶盒等)。在设计这些电子设备时请一定要考虑ECAS系列的产品。

ECAS系列的产品阵容详细信息请参考此链接

担当:株式会社村田制作所 化学设备商品部

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