高分子电容器又叫聚合物电解电容器,是指以高分子导电材料(PEDT)取代传统电解液的固态电解电容器,现在有高分子固体铝电解电容器和高分子固体钽电解电容器两种。

1.什么是高分子电容

 

什么是高分子电容

(图片来源于网络)
 

2.高分子电容发展趋势

高分子电容发展趋势如下:


目前,新型的电解电容发展的非常快,某些产品的性能已达到无机电容器的水准,电解电容正在替换某些无机和有机介质电容器。电解电容的使用范围相当广泛,基本上,有电源的设备都会使用到电解电容。例如通讯产品,数码产品,汽车上音响、发动机、ABS、GPS、电子喷油系统以及几乎所有的家用电器。由于技术的进步,如今在小型化要求较高的军用电子对抗设备中也开始广泛使用电解电容。


在电解电容中,传统的铝电解电容由是以电解液作为阴极材料,摆脱不了因为物理特性而受热膨胀,出现漏液的危险现象,让铝电解电容器面临著前所未有的压力和挑战,部分市场悲观地认定铝电解电容已经穷途末路,未来将退出被动元件舞台舞台。另外,传统钽电解电容采用二氧化锰作为阴极材料,除了由于电压问题容易出现燃烧的危险之外,更因为环保问题使得未来市场大幅受限。此外,由于有机半导体TCNQ是一种氰化物,在高温时容易挥发出剧毒的氰气,在生产和使用中会有限制。因此,高分子固体电容器的成长潜力巨大。


以高分子导电材料取代传统电解液的固态铝质电解电容器,具有高频低阻抗(10毫欧)、高温稳定(-50度~125度)、快速放电、减小体积、无漏液现象,以及在85℃的工作环境中,寿命最高可达40,000小时等等优点,让固态电解电容器受到市场的欢迎,再加上Intel的推波助澜,更使得固态电容大受市场欢迎,在2005年出现大幅成长,而2006年需求成长动力不减。


高分子固体电容器的阴极材料可用聚吡咯、聚苯胺和PEDT三种,与前两者导电聚合物相比。PEDT有如下优点:①在可见光谱内具有高透射率及较高导电率②最小表面电阻可达150Ω/cm2 (决于制造条件)③更好的抗水解性、光稳定性及热稳定性④在高PH值时,导电性不会下降。


此外,固态电容采用导电性高分子产品PEDT做为阴极材料的电容,其电导率可以达到100S/CM,这是TCNQ盐的100倍,是电解液的10000倍,同时也没有污染。固体聚合物导体电容的温度特性也比较好,可以忍耐300°C以上的高温,因此可以使用SMT贴片工艺安装,也适合大规模生产。

 

固体聚合物导体电容的安全性较好,当遇到高温的时候,电解质只是熔化而不会产生爆炸,因此它不像普通铝电解液电容那样开有防爆槽。AUS SANYO AGENT 所提供的高分子电容被业界客户多次评为最佳合作伙伴。

 

3.高分子电容作用

高分子电容作用如下:

 

固态电容相对于普通电容稳定性好、寿命长、bai低ESR(串联等效电阻)和高额定纹波电流。


固态电容全称为:固态铝质电解电容。与普通电容最大差别在于采用了不同的介电材料,液态铝电容介电材料为电解液,而固态电容的介电材料则为导电性高分子材料。


1.高稳定性:


固态电容在高温环境中仍然能正常工作,保持各种电气性能。其电容量在全温度范围变化不超过15%,明显优于液态电解电容。同时固态电解电容的电容量与其工作电压基本无关,从而保证其在电压波动环境中稳定工作。


2.长寿命:


固态铝电解电容具有极长的使用寿命(使用寿命超过50年)。与液态铝电解电容相比,可以算作“长命百岁”了。它不会被击穿,也不必担心液态电解质干涸以及外泄影响主板稳定性。由于没有液态电解质诸多问题的困扰,固态铝电解电容使主板更加稳定可靠。
固态的电解质在高热环境下不会像液态电解质那样蒸发膨胀,甚至燃烧。即使电容的温度超过其耐受极限,固态电解质仅仅是熔化,这样不会引发电容金属外壳爆裂,因而十分安全。工作温度直接影响到电解电容的寿命,固态电解电容与液态电解电容在不同温度环境下寿命明显较长。


3.低ESR和高额定纹波电流:


ESR(EquivalentSeriesResistance)指串联等效电阻,是电容非常重要的指标。ESR越低,电容充放电的速度越快,这个性能直接影响到微处理器供电电路的退藕性能,在高频电路中固态电解电容的低ESR特性的优势更加明显。可以说,高频下低ESR特性是固态电解电容与液态电容性能差别的分水岭。固态铝电解电容的ESR非常低,同时具有非常小的能量耗散。在高温、高频和高功率工作条件下固态电容的极低ESR特性可以充分吸收电路中电源线间产生的高幅值电压,防止其对系统的干扰。


目前CPU的功耗非常大,主频已远远超出1GHz,同时CPU的峰值电流达到80A或更多,输出滤波电容已经接近工作临界点。另一方面,CPU采用多种工作模式,大部分时间处于工作模式的转换过程。当CPU由低功耗状态转为全负荷状态时,这种CPU的瞬间(一般小于5毫秒)切换需要的大量能量均来自CPU供电电路中的电容,此时固态电容高速充放电特性可以在瞬间输出高峰值电流,保证充足的电源供应,确保CPU稳定工作。