聚合物电容,为什么越来越多被选用?

作者:孙宇晨 来源:www.5idf.cn 2020-03-26   阅读:

PK 普通铝电解电容器/普通钽难以应对的对策


钽电解电容器的基本结构与铝电解电容器大致相同,其作为阳极的钽金属粉的烧结体表面形成作为电介质的五氧化钽,电解质采用了二氧化锰(固体)的结构。

钽电解电容器具有以下特点,即形状比铝电解电容器小,频率特性优异,寿命长(电解质为固体)。
但是,故障模式为短路,有导致起火的危险,因而必须采取安全对策。

PK  陶瓷电容器难以应对的对策(MLCC)

MLCC的劣势:因DC偏压、高温或低温使静电容量减少,因而个数增加

MLCC会因DC偏压而使得静电容量大大减少,这是已知的MLCC的特性。此外,高温或低温时静电容量也会减少。

在这个例子中,施加15V的DC电压,静电容量的减少高达80%。此外,高温或低温时也会减少10%左右。

例如,施加15V的DC电压,将上述电容的减少估计在内需要大约47µF的静电容量,以公称静电容量值的20%为基准确保静电容量足够。如图中22µF MLCC的情况下,可计算如下:

22µF×20%=4.4µF  47µF÷4.4µF≅10.7个

在这个例子中,为了确保电路要求的静电容量47µF,按公称静电容量22µF的MLCC计算,需要总公称静电容量220µF以上、个数在10个以上。选择静电容量大的MLCC可以减少个数,但一般的耐压25V的片式MLCC,47µF左右就是上限,需要较大的静电容量时,一般采取使用多个价格低廉的小电容MLCC的形式来实现。

对策:用静电容量相对于DC偏压及温度几乎不会变化的导电性聚合物电容器替代

导电性聚合物电容器的静电容量几乎不会像MLCC那样因DC偏压及温度而降低。因此,在这个示例中,10个22µF的MLCC,可以用1个47µF的导电性聚合物电容器替换,通过削减个数可以削减包括实装在内的总成本,有时还可以削减贴装面积。

 

这里介绍具体示例。这是HDD的例子,为了保证停电时的内存备份和硬盘安全停止,需要12V时为140µF左右的静电容量。如果用22µF的MLCC来确保这一点,按DC偏压导致的静电容量减少约80%计,则需要36个电容器,公称静电容量为792µF。相对于此,使用导电性聚合物电容器SP-Cap则只要47µF×3个即可,削减了个数、贴装面积和总成本。这是SP-Cap的示例,除POSCAP外,用其他的导电性聚合物电容器也可以同样达到削减。

MLCC的劣势:发生啸叫和轻微振动

MLCC具有逆压电效应的特性,即施加电压后会发生变形(伸缩)。这是压电(Piezo)效应的逆现象。如果施加的电压是DC电压,则只发生变形,而如果电压有周期性振幅,则MLCC会周期性地伸缩,使基板振动。如果其振动频率为可听频区,则可以听到“刺铃”的刺耳声音。AC适配器及开关电源的输出等,在DC电压有时含有脉动电压,当脉动频率在可听频区时就有可能发生啸叫。

此外,有时虽然不至发出声音,但轻微振动也会对设备的工作造成影响。HDD的例子中,有磁头上安装的MLCC的轻微振动造成数据出错的实例。

对策:用没有逆压电效应的导电性聚合物电容器替代

针对MLCC的啸叫,MLCC也准备了对策产品。包括用变形较少的材料制造的、将电极间的长度减小到比宽度更短的LW逆转结构型的, 以及伸出金属端子和被称为金属框的引线的等等。这些品种都确认可以降低啸叫及轻微振动,但并不能完全消除。

相对于此,导电性聚合物电容器没有逆压电效应,因此也完全没有啸叫及轻微振动。下面给出对MLCC和对策产品的带金属端子的MLCC、以及导电性聚合物电容器的啸叫进行比较的示例。

这个示例为笔记本电脑通过DC/DC转换器对来自AC适配器的电压进行降压的降压电路中, 作为输入电容器使用的MLCC导致啸叫发生。带金属端子的MLCC作为MLCC的对策产品被认为效果较好,并已确认可以降低啸叫的声压。图中红线为普通的MLCC,绿线为带金属端子的MLCC。

用1个导电性聚合物电容器 33µF, 替代使用了8个带金属端子的10µF MLCC的结构, 对啸叫进行了确认,果然SP-Cap完全没有发生啸叫及轻微振动,彻底解决了啸叫的问题。


 

本文转载整理自松下官网

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