聚合物电容器的基础(后编)
何为聚合物电容器?

2015/5/26
基础

分类: 电容器PLAZA
在前编中我们已经阐述了电容器的种类和鄙公司聚合物电容器ECAS系列的概要。本回将对各电容器特性的数据进行相互比较。
图1是各电容器的特性比较表。传统的有些使用了电解液的铝电解电容器(罐状)或者使用了二氧化锰的钽电解电容器是相对而言比较便宜,但是在频率特性、温度特性、使用寿命和可靠性方面来说要劣于聚合物电容器。
鄙公司的多层型聚合物铝电解电容器ECAS系列和其他的高分子型相比,虽然产品阵容相对较少,但是有卓越的频率特性。


图1 电容器的特性比较


我们将图1所示的6种型号的电容器的特性做一个比较。本回将红框框出部分的特性做一个比较。评价系统统一使用的是6.3V/100uF。(刊登的数据只作为例子之一,请作为参考值使用。)
图2是阻抗特性和ESR的频率特性的比较数据。一般来说电容器的ESR和阻抗越低,实际电路中的平滑特性和瞬态响应特性就越好。MLCC的ESR和阻抗都是最低的,其次是多层型聚合物铝电解电容器(ECAS系列)、其他的聚合物电容器,钽电解电容器(二氧化锰型),铝电解(液状)。
MLCC的电解质的钛酸钡和电极是多层的,在等价电路上一层一层的并联连接,因此能够使ESR很低。ECAS也不像MLCC,因为有多层的铝元素,所以能使ESR变低。其他的电容器基本上只有一个电容器元素,因此ESR值都相对较高。


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图2 阻抗和ESR的频率特性


接下来,图3将通过纹波电流来表示电容器的发热特性。温度上升越困难说明电容器的特性越优良。发热的程度相对的也是ESR和电容器的体积引起的,过热的话会对可靠性和使用寿命产生影响。比如说,温度上升10℃的话,比较能有多少电流流出的话,ESR最低的MLCC流出的纹波电流肯定是最多的。接下来是多层型聚合物铝电解电容器(ECAS系列),其他的聚合物电容器,铝电解(液状),钽电解电容器(二氧化锰型)。
因为一般来说MLCC的发热量很小,因此不太会被作为规范来保证,包括聚合物电容器在内的电解电容器是无法避免这种影响的,因此一般会对每个种类都有规定。


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图3 根据纹波电流看电容器的发热特性


关于MLCC的纹波电流的思索请参考以下链接。

接下来,图4所示是静电容量的温度特性。全固体的聚合物电容器,二氧化锰型钽电解电容器即使是温度变化时静电容量也并不会发生太大变化,常规铝电解电容器使用的是电解液,因此在低温下很难出现静电容量。MLCC也会因为使用的电介质的种类不同而导致温度特性有差异,有静电容量的温度依存性。ECAS的温度特性很稳定,因此无须太过担心使用环境,请放心使用。(实际使用时含有自发热的电容器的表面温度请控制在最高使用温度105℃以下。)


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图4 静电容量的温度特性


MLCC的温度特性请参考以下链接。

最后,图5所示的是DC偏置特性的比较。包含了聚合物电容器在内的电解电容器会由于施加电压也不会对介电常数产生变化,因此施加电压时容量也不会发生变化。即使施加额定电压静电容量也不会发生变化,这是电解电容器的优势。
MLCC使用的电介质也会有所区别,特别是使用高介电常数的电解质时,会因为施加直流电压而容易导致产生构造变形,因此静电容量的DC偏置依赖趋向于变高。但是最近我们开发了一种静电容量不易发生变化的MLCC。

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图5 各电容器的DC偏置特性


MLCC的静电容量会由于施加DC偏置而改变的规律之详细说明请点击以下链接。

结语

这里介绍的特性比较只是其中一部分,各电容器中都有我们擅长和薄弱的领域,实际设计电路时除了这些特性以外,还必须考虑成本、尺寸等各种各样的因素,选择最适合的电容器。单纯的只是因为空余空间大,只需要静电容量的情况下我们推荐您一般的铝电解电容器。静电容量和ESR都十分重要的情况下推荐您使用聚合物电容器。而对尺寸有限制的情况下,大能量的MLCC是最理想的,即使是您需要的是在电压异常的情况下也很强大的电容器,高耐压、能承受逆电压的MLCC是当仁不让的。
ECAS系列的ESR较低,静电容量相对较大并且稳定,特别适合广泛使用在CPU和FPGA等负载变动激烈的电源线的平滑用途和改善瞬态响应特性之中。此外,产品高度与罐状铝电解电容器的高度相比更低,因此适用于对薄型化有要求的电子设备中,并且其静电容量的温度特性很稳定,也适合使用在户外工作的电子设备中。
图6是从侧面看的概况图。CPU和DC-DC转换器等能动原件的周围都配置了这样的被动原件。为了电子设备的正常运作,必须要满足基本的目标阻抗。因此,必须要配置各种种类的电容器,将它们组合起来。


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图6 各电容器的使用例


村田制作所除了丰富的MLCC的产品阵容,还追加了覆盖到更低频率范围的聚合物铝电解电容的产品阵容。我们的优势在于可向客户一条龙提供电源线中必须的输入输出用途的电容器,欢迎您在设计电子设备时使用村田的电容器产品。

ECAS系列的详细阵容请参考以下链接。



担当:株式会社村田制作所 聚合物设备商品部