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文章来源:无棣五金网  |  2022-09-09

大容量低阻抗耐高纹波电流片式固体钽电解电容器的进展

大容量低阻抗耐高纹波电流片式固体钽电解电容器的进展 2011年12月09日 来源: 中图分类号:TM535.1  文献标识码:A  文章编号:1001-2028(1999)06-0034-03  用导电功能高分子材料聚吡咯取代MnO2作为片式固体钽电解容器的阴极材料,改进高频范围内阻抗频率特性的进展情况,在文献〔1〕中已有介绍。但是在许多电子设备中,如便携式移动电话,笔记本电脑,开关电源的DC/DC变换器等,不但要求片式固体钽电解电容器具有优良的高频低阻抗性能,而且还要求有较大的电容量和耐高纹波电流性能。日本研制开发了相应的新型电容器,除保持原有的高频低阻抗特点外,7343型片式固体钽电解电容器达到2.5 V/330 μF,4 V/220 μF的水平,等效串联电阻r为55 mΩ,100 kHz时容许纹波电流有效值为1 900 mA。  本文针对市场需求,对这种电容器的特点及应用实例作些介绍。1 市场需求〔2~4〕  便携式移动电话向数字化和小型化方面发展,采用了时间分割传输方式(TDMA),由于电话内部电流的变动幅度增大,要求电容器有良好的吸收噪声的低阻抗和大电容量。  个人电脑中微处理器向高时钟频率化和低电源电压、高集成化方面发展。由于负荷变化急剧,负荷电流增大,要求电容器应具有低阻抗、小型化、大容量的特点。  在各种电子设备中开关电源用的DC/DC变换器向开关频率高频化和小型化方面发展,要求电容器具有高容许纹波电流、低阻抗、小型大容量的特点。  作为多媒体电子设备的个人电脑在国内外的发展非常迅速,其中的微处理器大部分采用美国Intel公司奔腾(Pentium)型,它的特点是电源电压降低而供电电流上升(见表1)。在工作时微处理器中搭载的器件通过软件操作反复地进行“开/关”,对于电源来说形成负荷的急剧变动而影响供电稳定性,在供电电路中采用低阻抗、大容量电解电容器可减小供电电压变动幅度,缓解了负荷急剧变动时电源电压的影响。  若在上述电路中装配一般的片式钽电解电容器则需要多个并联,这样很难适应小型化和降低成本的要求。若使用新型大容量、低阻抗片式钽电解电容器,则满足要求。表1 奔腾微处理器供电电压与电流型号时钟频率/MHz供电电流/A供电电压/VPentium60~2004 3.5~3.525 MMX-Pentium150~2505.7芯片2.8,I/O电路3.3Pentium Pro150~25012.4芯片2.1~3.5,I/O电路3.3Pentium Ⅱ200~50014芯片1.8~3.5,I/O电路3.32 性能和特点〔2,3,5〕   大容量、低阻抗、耐高纹波电流的片式钽电解电容器的生产工艺和工作原理等与文献〔1〕中介绍的情况完全一样,仅在钽粉材料和赋能工艺方面稍有不同。在外形结构和尺寸方面为了和现有的片式固体钽电解电容器有较好的互换性完全采用国际通用的EIA535标准(如图1和表2),额定工作电压和电容量见表3。表2 大容量电容器外形尺寸  mm型  号LW1W2HZ6032(C)6.03.21.82.51.37343(D)7.34.32.42.81.3图1 大容量电容器外形结构表3 大容量电容器额定工作电压和电容量C/μFVR/V2.54.06.31015---C22---C33---C47--CD68-C-D100---D150--D-220-D--330D---  这种大容量低阻抗片式固体钽电解电容器有以下几方面的突出特点。2.1 在高频范围有较小的等效串联电阻。  在100 kHz时r约为55 mΩ,为铝电解电容器的1/10以下,为一般钽固体电解电容器的1/2~1/5。图2是10 V/100 μF各种固体钽电解电容器的r-f特性曲线,#1为钽电解;#2为大容量钽电解;#3为用导电高分子聚吡咯为阴极的电容器。从对比中清楚看出,只有#3有较好的r-f特性。2.2 小型化大容量  在相同电容量的条件下,其体积为铝电解电容器1/10以下,为陶瓷电容器的1/2以下。图2 三种固体钽电解电容器r-f特性2.3 耐高纹波电流  众所周知,纹波电流的大小与电容器发热有关。电容器发热的交流有功功率P等于纹波电流的平方I2与等效串联电阻r的乘积。因新型电容器的r较小,所以在电容器表面温升相同情况下可允许通过较大的纹波电流。当电容器表面温升上升5℃时,新型电容器纹波电流有效值是一般固体钽电解电容器的4倍左右,铝电解电容器的10倍以上。2.4 优良的自愈(修复)性和难燃烧性  当电容器遭受过度的机械或电应力作用使Ta2O5介质层产生微小缺陷时,这时由于漏电流过大产生局部温度升高。导电

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