首頁 -> 網絡技術 -> 技術前哨 -> 正文
集固態與電解液電容優點于一身—混合電容

《中無通訊》第69期 文︰世界網絡 www.581895.tw 林和安 小洛夫

wps_clip_image-8918[4]

電解液電容(簡稱E-cap)有容量大、售價便宜等特點而廣為各電子產品采用,尤以PC為甚。因為電解液電容的有極性設計,適合直流電 路中的濾波及整流之用。不過電解液電容缺點亦多,如高溫下使用壽命大幅度降低及有“易爆”等重大使用問題,因此電容廠商們一直致力克服其缺點,而最新的產品有混合電容(Hybrid Capacitors)。此項技術由日系大廠于2011年開始研發,在今年內開始陸續推出樣品予廠商測試,集傳統電解液電容及固態電容優勢于一身,有望為電子產品帶來重大的改變。

鋁電解混合電容技術主要特點

混合電容產品有很多,但本文主要討論的是混合電解電容(以后簡稱混合電容),因為計算機主要使用此類電容,所以本文的介紹也以此為主。

混合電容目前主要由NCC(Nippon Chemi-Con)及Panasonic兩大日系電容廠商所提倡,全名為Hybrid Construction Aluminum Electrolytic Capacitors,而固態電容全名為Conductive Polymer Aluminum Solid Electrolytic capacitors,可見兩者均屬于鋁電解電容,不過混合電容結合了Liquid及Conductive polymer兩種不同的電解質(Electrolyte),兼備了兩者的優點如︰

◆ 更長的使用壽命

◆ 較低之ESR

◆ 更高的Ripple Current

◆ 更高的工作溫度

◆ 更高的工作耐壓

◆ 更高的容量

以下的傳統電解液電容、固態電容及混合電容的性能比較表,大家可以見到三款電容產品各有所長,而以混合電容優點最多,可說是針對前兩者的問題而生。

image

* ESR = Equivalent Series Resistance(ohm)

** RCR = Ripple (AC) Current Rating

wps_clip_image-22368[4]

現階段的混合電容在外觀上跟固態電容十分相似。

固態電容的先天不足一︰電壓及容量

混合電容主要針對固態電容及傳統電解液電容之不足,所以它的優點也是這兩款產品的缺點。對于固態電容來說,其最大缺點是工作電壓偏低,一般在6.3V至16V左右,特別型號可達63V。至于容量方面,固態電容一般以330μF、560μF為主,因單顆容量不足需同時使用多顆串聯來補足所需容量,占用寶貴的PCB空間。相比之下,傳統電解液電容在電壓及容量上幾無上限,即使考慮到采用與固態電容相近的小型封裝,要提供50V 1000μF并非難事。

針對固態電容的不足,雖然混合電容無法提供傳統電解液電容的電壓與容量,但已知已推出最高電壓為100V,或最高6.3V 1000μF。

另外,混合電容在使用上較固態電容有彈性。如在Failure mode下,固態電容會當作short mode,而混合電容則保留傳統電解液電容的特性,可作為open mode使用。

wps_clip_image-5435[4]

受技術所限,固態電容一般電壓及容量不高。圖中是主機板CPU供電所用的6.3V 560μF固態電容。

低成本有待取代傳統電解液電容

玩家們總喜歡拿新技術與固態電容相比,達到追求最強產品的目的。不過混合電容的推出是以取代傳統電解液為主,所以在定價上接近后者,但提供后者所不及的性能。如相似條件下較低的ESR(100kHz下 80mΩ vs 100mΩ)、較高的Ripple Current (100kHz下1200mA vs 800mA)等等。ESR (Equivalent Series Resistance)是電流通過時,電壓損失的數值,所以是越低越好,至于Ripple Current是是電容在承受不規律電流的能力,所以是越高越好。

除了以上兩項重要性能外,混合電容在使用壽命上也有加強,F時傳統電解液電容最大問題是高溫度下有蒸發電解液的問題,所以工作溫度普遍在85-105℃左右,而且長期在最高溫度下工作只有1000-2000小時的壽命。相比之下,混合電容改進了這問題,目前已有125/135℃版本,使用壽命在105℃下最高為1萬小時,一般為2000小時,雖不及固態電容但已有明顯的進步。另外,混合電容也助減少占用PCB空間。即以一個DC-DC converter電路示范為例,Input Voltage 6VDC、Output Voltage 3.5VDC,原來需要使用8顆330μF/10VDC電容的場合,若改用混合電容的話只要3顆330μF/10VDC即可,有助廠商推出新一代小型產品

wps_clip_image-17265[4]

使用DC-DC converter電路作示范,原來需要8顆電容的DC-DC converter,若果改用混合電容的話只要3顆即可。

wps_clip_image-21231[4]

傳統電解液電容一般不能在太高溫下工作,筆者認為它在85℃下性能是最好的。

混合電容產品巡禮︰

為了讀者們更好地了解混合電容技術,以下即針對NCC及Panasonic已上市的固態電容產品作出介紹,以了解其實際性能。

NCC NSPE系列︰

wps_clip_image-8648[4]

NCC NSPE電容的官方照片。

NCC 在混合電容上作出了大量的投資,推出針對不同市場的多個型號,提供相對領先的性能。如最高100V電壓的NSPE-H及NSPE-T、最高1000μF 容量的NSPE-S、最高135℃工作溫度的NSPE-Y、最高3.89A Ripple Current的NSPE-S,以及最多1萬小時使用時間的NSPE-H,為混合電容提供指標性的作用,以下附上NCC NSPE系列電容之性能供讀者們參考。

image

Panasonic EEH系列︰

wps_clip_image-6709[4]

Panasonic EEH電容的官方照片。

Panasonic 混合電容產品相對保守,主要為EEH-ZA 及 EEH-ZC,前者屬于標準的版本,可承受-55°C至 +105°C的工作溫度,使用壽命為可于105°C下工作5,000 小時。而EEH-ZC是特別針對Automotive市場的版本,可于-55°C 至+125°C溫度下工作,并于125°C高溫下可工作4000小時。至于電壓及容量方面,EEH-ZA 及 EEH-ZC提供25-80V電壓、10-330μF容量的不同型號。在ESR方面,Panasonic EEH-ZA 及 EEH-ZC均提供 20mΩ 至120mΩ的低ESR值,、其分別在于可承受的最大工作溫度,最高Ripple Current分別為2.5A及2A左右,不及NCC。

混合電容的制作方法︰

混合電容在制作上不會有太大的分別。其制作方法是為在陰極箔及陽極箔

之間插入電解紙,然后卷繞成圓柱形,分別在陰極箔及陽極箔上連接端子,經過含浸與密封而成。不過在使用電解質方面,混合電容既有液體也有固體電解質,而非過往由單一種電解質所組成。

wps_clip_image-11058[4]

混合電容解構圖。它的外型及構造皆與固態電容十分相似。

wps_clip_image-19928[4]

從這幅圖可見,液體與固體電解質以梅花間竹方式布置。

總結︰固態電容不會被取代

雖然混合電解電容有眾多優點,但廠商并沒有計劃讓固態電容于短期內退市,而僅把它定位為取代傳統電解液電容。因為發展于1990年代之固態電容技術經過多年發展后,已經變得十分成熟,而且廠商們在引入新產品一般比較保守,迫使廠商必須繼續為固態電容提供新產品。據Pansonic表示,未來固態電容會有680μF容量的版本而且ESR值可至2mΩ,進步不大但表明了固態電容仍有技術進步的空間。不過筆者深信,將來會有更多的產品采用混合電容,為用家提供更好、更便宜的產品。

文章搜索

覆蓋全國各省會城市及海外城市的網速測試
→選擇要測試的地區
→選擇目標測試點
>> 測試點注冊
时时彩计划