聚合物电容器的基础(前编)
何为聚合物电容器?

2015/4/28
基础

分类: 电容器PLAZA

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,本次将说明村田制作所擅长的聚合物电容器。

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图1 主要的电容器


何为聚合物电容器?

聚合物电容器是指不论钽电解电容器还是铝电解电容器它们在阴极的部分都使用了导电性聚合物的电解电容器。高分子型的铝电解电容器在阳极的部分贴了铝膜,而在阴极使用了导电性聚合物。高分子型的钽电解电容器在阳极的部分贴了钽金属,而在阴极使用了导电性聚合物。导电性聚合物铝电解电容器的模式图如图2所示。


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图2 导电性聚合物铝电解电容器的模式图


常规型的电解电容器阴极使用的是电解液、二氧化锰。如果把他们用导电性聚合物替代的话,能够降低ESR,能够使温度特性稳定,更加提高了安全性,并且延长使用寿命。参考图1就能明白,聚合物电容器比常规型电解电容器的ESR更低。
此外,如果是电解电容器的话其阳极使用的阀金属的种类基本上决定了电介质的种类,因此也决定了介电常数、DC偏置特性以及啸叫特性等。这样的话,将阳极、阴极和电介质用很多种类的材料组合起来就能得到各种各样的特性。这里既有我们擅长的也有薄弱的领域,电子设备设计者在设计电路的时候也是区分开来的。


关于ECAS系列

铝电解电容器根据阴极材料和构造来区分大概可以分为3种类型,村田的铝电解电容器是全固体的多层型聚合物铝电解电容器(ECAS系列)(参考图3)。其他的罐状的缠绕型中,也有在阴极部分使用了电解液和聚合物的产品。
ECAS系列的特征是除了在阴极中使用了导电率较高的导电性聚合物,还通过叠加多层铝元素将电解电容器中的ESR控制得最低。此外,能够最大程度获得静电容量,并且由于没有DC偏置特性,在施加直流电压时实际使用时静电容量稳定。如此,低ESR、大容量且容量稳定就是ECAS系列的最大特征了。


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图3 ECAS系列的构造例


ECAS系列的主要应用

电容器在电路上的主要用途之一是稳定电源线的电压使之平稳。电子设备越是多功能化,CPU等的电源线对电压控制的要求就越高。为了使电压线稳定,大静电容量有时是必不可少的。因此,目前为止出现了将多数MLCC并联的提案,但是也有提案说通过和ECAS组合,某些时候可以控制元件个数和成本。村田制作所通过将ECAS系列追加到MLCC的产品阵容中,提出了至今为止最广泛的提案。
图4是CPU和FPGA的电源线的简单的电路图。


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图4 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 聚合物设备商品部