中心論題：

• 聚合物片式疊層鋁電解電容器的特點(diǎn)。
• PA-Cap的應用。
• 吸收噪聲性能測試電路介紹。

• 尺寸小適合小型化的電子產(chǎn)品。
• 無(wú)須降壓使用綠色環(huán)保。
• 低的ESR允許大的紋波電流。
• 溫度系數低的導電高分子作為電解質(zhì)在寬溫區域內具有良好的溫度特性。

 
引言
近年來(lái)，隨著(zhù)電子設備電源電路的高頻化，輕薄短小化及表面貼裝技術(shù)發(fā)展的需求，鋁電解電容器逐步向著(zhù)小型化、大容量、低ESR和高可靠性發(fā)展，尤其需要具備優(yōu)異的高頻特性，為了適應高頻波段低阻抗的需要，許多公司開(kāi)發(fā)了以導電高分子作為電容器的固體電解質(zhì)。 PA-Cap○R是“聚合物片式疊層鋁電解電容器”的英文縮寫(xiě) ，也是福建國光電子科技股份公司自主研發(fā)的新一代鋁電解電容器的注冊商標。PA-Cap采用鋁箔作為陽(yáng)極,三氧化二鋁作為電介質(zhì),固態(tài)的高分子導電聚合物作為陰極，疊片而成。

PA-Cap的特點(diǎn)
由于采用固態(tài)的高分子導電聚合物作為電解質(zhì)，使得PA-Cap具有如下特點(diǎn)：

1. 尺寸小，最大為E殼，很適合小型化的電子產(chǎn)品。

2. 額定電壓范圍2~16V，容量范圍3.3~330μF，容量與標稱(chēng)容量允許偏差為±20%（M級），損耗角正切 ≦ 0.06 (120Hz)，漏電流 ≦ 0.04CV。

3. 等效串聯(lián)電阻（ESR）低 ，最低的ESR可達8mΩ（100KHz）。

4. 溫度特性穩定，如圖1所示在-55~+105℃工作溫度范圍內，容量、ESR變化幅度小。

5. 頻率特性?xún)?yōu)良，如圖2所描述，在中頻段（10KHz~20MHz），其ESR比鉭電解電容和液體鋁電解電容還要低，特別是在100 KHz~1MHz之間，相差非常明顯。

6. 長(cháng)壽命、高可靠性，+105℃下壽命為1000h，相當于在+55℃下可工作36年。

7. 無(wú)須降壓使用;采用無(wú)鉛封裝，符合RoHS標準,綠色環(huán)保.

8. 出現失效時(shí)不會(huì )爆炸、燃燒，比一般鉭電解電容器安全. 
 
圖1.  PA-Cap溫度特性曲線(xiàn)
 
圖2.  PA-Cap、聚合物鉭電容、普通鉭電容的容量隨頻率變化

PA-Cap的應用
PA-Cap的應用范圍很廣，本文重點(diǎn)介紹在DC/DC轉換器或開(kāi)關(guān)電源輸出電容、噪聲吸收和高速保護方面的應用，并與其他電解電容器進(jìn)行對比。

a DC/DC轉換器或開(kāi)關(guān)電源輸出電容
由于電子產(chǎn)品的工作電壓不斷地降低，而其功耗卻在增大, 這就要求DC/DC轉換器具有輸出電壓低和輸出電流高等特點(diǎn)。作為DC/DC轉換器或開(kāi)關(guān)電源輸出電容，要求在開(kāi)關(guān)管的工作頻率附近具有較低的紋波電壓。為了觀(guān)察PA-Cap在開(kāi)關(guān)管一般工作頻率下的紋波電壓效果，進(jìn)行了如圖3所示的測試，其中的參數示于表1中。
 
圖3. 開(kāi)關(guān)電源濾波測試電路

表1. 開(kāi)關(guān)電源測試電路參數

現分別用1只2V/220μF PA-Cap或2V/220μF松下公司聚合物固體疊層鋁電解電容器（SP-Cap）接在輸出電容Cout位置，測試其濾波效果。輸出波形如圖4和圖5所示：
 
圖4.  300KHz時(shí)PA-Cap 濾波效果
 
圖5.  300KHz時(shí)SP-Cap濾波效果

如上面的濾波效果顯示，當開(kāi)關(guān)電源頻率在300KHz左右時(shí)，同種規格的PA-Cap的輸出均方根與SP-Cap的很接近，所以PA-Cap濾波效果基本接近于SP-Cap。由于具有低的ESR、允許的紋波電流大，所以PA-Cap也是DC/DC轉換器或開(kāi)關(guān)電源輸出電容的優(yōu)選電容之一。

b 噪聲吸收
對于高質(zhì)量聲音影像的儀器設備來(lái)說(shuō)，需要溫度穩定性和消除高頻噪聲的能力。用于降低噪聲的電容高頻低阻，即具備低ESR和低ESL。但是，ESR過(guò)低，使得電容成為一個(gè)LC濾波器，產(chǎn)生諧振引起共振。電容的依存性很大程度上取決于它的電解質(zhì)。PA-Cap采用溫度系數低的導電高分子作為電解質(zhì)，在寬溫區域內具有良好的溫度特性。

吸收噪聲性能的測試電路示意圖如圖6所示，不同溫度下測試2V/220μF結果如圖7、8所示：
 
圖6. 噪聲吸收測試電路示意圖
 
圖7. 室溫下均方根隨頻率變化
 
圖8.  55度時(shí)均方根隨頻率變化

如上述圖7、8曲線(xiàn)所示： 頻率在100 KHz～500 KHz內，輸入峰-峰電壓為8V，負載為50Ω時(shí)，接上PA-Cap的輸出均方根不超過(guò)2mV，吸收了近99%的噪聲。所以，100 KHz～500 KHz為 PA-Cap理想工作頻率范圍。而且，不管在室溫還是在55度下，10 KHz～1 MHz頻率范圍內， PA-Cap噪聲吸收性能基本接近于SP-Cap。PA-Cap的溫度穩定性和消除高頻噪聲能力也是相當優(yōu)秀的。

c 高速保護
在全球節能的浪潮中，電子產(chǎn)品使用的IC，特別是MPU（微處理器）正超著(zhù)高速度、低工作電壓方向發(fā)展。低工作電壓化帶來(lái)了MPU的負載電流呈增加的趨勢。MPU從休眠狀態(tài)向高速突變時(shí)，MPU的負載變化劇烈，負載電流急劇變化，引起了電源線(xiàn)路的電壓變動(dòng)導致MPU的誤操作。為了防止這種情況的出現，在MPU電源瞬態(tài)響應設計時(shí)，考慮在陶瓷電容附近提供一個(gè)電荷備用庫。這個(gè)電荷備用庫是通過(guò)低ESR、低ESL、大容量的電解電容來(lái)實(shí)現。過(guò)去一般應用鉭電容作為電荷備用庫，顧慮到現火災隱患，現避免使用選用該類(lèi)元件。

圖9為高速保護測試電路，CT為測試電容——16 V/220μF普通鉭電容、4V/82μF PA-Cap。
 
圖9. 高速保護測試電路
 
圖10.  16 V/220μF普通鉭電容的測試波形
 
圖11 . 4V/82μF PA-Cap的測試波形
   
當MPU的負載電流急劇增大時(shí)，由于PA-Cap的ESR比普通鉭電容小很多，所以接上PA-Cap的電源電壓下降只有66mV比普通鉭電容小好幾倍（如圖10、11所示），達到良好的去耦效果。PA-Cap不僅去耦效果好，而且不燃燒不爆炸，是MPU等數字電路作為高速保護備用電荷庫的優(yōu)選電容之一。

結束語(yǔ)
新型電容器——PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器，技術(shù)指標達到或接近國際先進(jìn)水平，具有超越現有液體鋁電解電容器和固體鉭電解電容器的卓越電性能；穩定的頻率特性和溫度特性，寬溫長(cháng)壽命高可靠性。廣泛應用于筆記本電腦、平板顯示器、移動(dòng)DVD、通訊電源、汽車(chē)電子、儀器儀表等高端數字化電子中。

參考文獻
[1]  PA-Cap○R聚合物固體片式鋁電解電容器2006年產(chǎn)品手冊

[2]  PA-Cap○R聚合物固體片式鋁電解電容器2007年企業(yè)標準

[3]  日本三洋公司產(chǎn)品資料

[4]  日本松下公司產(chǎn)品資料

[5]  Yining Zhang等  Multilayer Polymer Aluminium Electrolytic Capacitors with Polypyrrole as Cathode Material  [A]. CARTS USA 2008,pp433-437

作者簡(jiǎn)介：
張易寧，男，博士，福建國光新型電子元件與材料研究院院長(cháng),福建國光電子科技股份有限公司副總經(jīng)理,研究方向為新型材料與元器件。

陳由雄，男，分析應用工程師，研究方向為電子元件器。