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固态电容好在哪里呢?

工程师
2023-03-19 18:38:48     打赏

固态电容:即固态铝质电解电容。它与普通电解电容(即液态铝质电解电容)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,而全全固态电容的介电材料则为导电性高分子。


那固态电容又好在哪里呢?对于经常长时间使用电脑的朋友,一定有过或者听过由于主板电容导致电脑不稳定,甚至于主板电容爆裂的事情!那就是因为一方面主板在长时间使用中,过热导致电解液受热膨胀,导致电容失去作用甚至由于超过沸点导致膨胀爆裂!另一方面是,如果主板在长期不通电的情形下,电解液容易与氧化铝形成化学反应,造成开机或通电时形成爆炸的现象。但是如果采用全全固态电容,就完全没有这样的隐患和危险了!

由于固态电容采用导电性高分子产品作为介电材料,该材料不会与氧化铝产生作用,通电后不致于发生爆炸的现象;同时它为固态产品,自然也就不存在由于受热膨胀导致爆裂的情况了。

主板电路上原先使用的电解电容为液态铝电解电容,液态电容存在许多问题,例如漏液、鼓胀、爆浆等问题。固态电容由三洋公司率先发起,使用TCNQ复合盐以及有机半导体材料制成。固态铝电容具有电气特性受环境温度影响小、ESR小、寿命长、可靠性高,不爆浆,不漏液,不爆炸等优点。

所以主板上的液态电容逐渐被固体电解质的固态铝电容所取代,早期的固态电容只有日系公司做,价格比较贵,所以只有高端的主板才用这种电容。

随着材料和工艺技术的发展,这些年台系和国内厂家也在生产固态电容,固态铝电容的价格大幅度下降,使得固态铝电容在主板上的大规模应用。


铝电解电容和固态电容选型

铝电解电容器是一种有正极、负极的电容器,铝电解电容器的基本结构是由一层阳极铝箔,一层阴极铝箔和中间夹有一层浸有电解液的衬垫纸以及天然氧化膜经重叠卷绕而成的,电极浸过电解液之后,再用铝壳和胶盖封闭起来的电容器。


图1 铝电解电容内部等效结构图


图2 铝电解电容内部结构


铝电解电容的优缺点:

优点:

1、 大容量;2、 高耐压;3、 价格低廉。

缺点:

1、 不耐高温(一般最高工作温度为105℃,因为铝电解电容的电解质为液态,铝电解电容温度高会导致电解液挥发,甚至干涸。);2、 温度特性差,性能随温度波动大;3、 ESR值大,高频滤波特性差;4、 电解质为离子传导,高频响应能力差;5、 电解液在长时间的使用过程,会逐渐干涸,限制长期使用寿命;6、 液体电解液易受热膨胀,出现漏液或爆裂的现象。


要解决铝电解电容因电解液缘故导致性能和可靠性问题,为此产生出固态电容,固态电容是将铝电解电容的电解液换成二氧化锰、导电高分子聚合物等固态材料,极大地提高了电解电容的性能和可靠性。


图3 固态电容外形图

固态电容的优缺点:

优点:

1、 固态电解质是导电性高分子聚合物,为电子导电模式,而液态电解质为离子导电模式。在导电性上,固态电解质优于液态电解质;2、 极低的ESR,在宽工作温度范围内ESR几乎不变;3、 耐纹波电流,由于极低的ESR,允许在某瞬间通过很大的纹波电流;4、 长寿命,固态电容由于无液态电解质易挥发的现象,使用寿命长;5、 高可靠性,因采用固态电解质,不会出现液态电解液的漏液,干涸等问题。缺点:1、 价格比铝电解电容贵。


铝电解电容和固态电容的主要参数:1、 容量:根据需求选择合适的容值,但并非容值越大越好;容值增大,成本和体积可能会上升,还有其他应用方面的问题,故需要结合产品需求设计合适的容值;2、 额定工作电压:根据需求选择合适的耐压,往往容值和额定工作电压在同一体积的条件下是相互制约的。实际应用中,长期工作时电容两端的电压应力不得超过额定工作电压,最好留有余量;3、 ESR(等效电阻):实际的电容产品由于其材料、结构的原因,会存在各种的阻抗和感抗。其中等效串联电阻被称为ESR,电容的ESR越小,越是可以很好地吸收快速转换时的纹波电流;4、 极性:插件铝电解电容和固态电容存在正负极,并且不能接反;若反向电压、反向电流过大,伴随气体产生、压力阀可能被损坏,若压力阀来不及打开,会产生爆炸。一般情况下较长的PIN脚为正极,较短的PIN脚为负极;5、 纹波电流:根据需求选择合适的纹波电流,理论来说实际工作的纹波电流不得超过额定纹波电流的80%。6、 电容寿命:每个电容厂家都有电容寿命的评估公式,故实际评估电容寿命时,需要按照各自厂家的寿命评估公式进行评估。但**不离十,寿命评估主要由额定纹波电流、实际工作纹波电流(有效值)、实际电容内部温度等参数进行折算可长期工作时间。往往固态电容的寿命会比铝电解电容的寿命长。7、 温度范围:一般电容的工作温度范围为-40℃到105℃,可根据产品需求进行选择。


铝电解电容和固态电容的常见失效模式:1、 过电压:铝电解电容过电压,若失效,可存在压力阀炸裂、正负极短路、正负极开路;固态电容过电压,存在正负极短路;2、 过电流:电解电容发热异常、压力阀开裂;3、 正负极接反:压力阀炸裂、漏电流增大。





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