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全球首个轴向引线式HP铝电解电容器,到底好在哪儿?

作者:迎九时间:2019-04-12来源:收藏

    不久前,TDK公司推出了全球首个轴向引线式聚合物混合。为此,TDK 电子大中华区产品市场部经理王涛先生向媒体介绍了该产品的特色。

本文引用地址:http://littleridinghoods.com/article/201904/399450.htm

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问:此产品主要适用的领域是哪些?

答:主要面向汽车领域,针对具有很高纹波电流能力要求的12/48V直流母线或滤波器应用。因为从原理上讲,HP轴向引线式可在空间有限同时需要较大纹波电流的应用(比如汽车电子)中发挥最大的优势,但是它们也可以用于通信和电源等领域。

TDK首次推出的新型HP技术产品(如下图)包括如下指标。

·电容量:390µF – 2100µF

·电压等级:25V到63V

·尺寸:14×25 mm到16×30 mm (d x h)

·工作温度:最高可达150°C

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图:全球首个轴向引线式聚合物,电容值为 390 µF 至 2200 µF ,等效串联电阻极低,典型值为 2 mΩ 至 3.5 mΩ。

问:新款电容器的创新在哪里?可以解决哪些应用痛点?

答:混合式聚合物(HP)轴向引线铝电解电容器的主要创新在于:将轴向引线电容器金属电阻很小的特点与HP电解质导电率很高(因而纹波电流能力很强)的特点集于一身。因而能够进一步获得小型化,或者在同样体积下获得更大的纹波电流密度。因此总体上,可以实现更加紧凑的设计。

问:当前电动和混动汽车的总线电压需要兼顾12V和48V,TDK在开发铝电解电容器时会如何满足汽车工程师对更高功率密度、小型化及可靠性的需求?

答:TDK所推出的HP技术就是根据市场需求持续开发的结果,48V应用(比如增压启动发电机)需要越来越大的功率,因此需要在有限空间内提供更大的纹波电流能力。

问:相对于常规产品,新产品的价格如何?

答:在对电子设备进行全新设计时,节省空间的好处是可带来积极的总体性价比优势,更大的纹波电流能力有助于实现非常紧凑的设计。

    具体地,王涛先生的详细介绍如下。

    新铝电解电容器推出的背景

    高功率密度、 小体积、 低重量以及高可靠性是客户对汽车电子系统的要求。 这些要求同样适用于铝电解电容器等个别元件。 而降低等效串联电阻 (ESR)在这方面显得特別重要。 全新轴向引线式聚合物混合铝电解电容器, 正是 TDK 在元件行业内竖立的又一领先标杆。

 大部分的汽车系统都要求在某单位体积内具有极高的电容量,而铝电解电容器正好提供这种特性,从而稳定工作电压,保障系统的功能可靠。最近几年, TDK 集团开发并不断优化了铝电解电容器,特别是针对汽车应用。其中轴向式电容器是目前这些开发工作的最佳成果,它能承受高达 60 g 的抗振动能力,允许最高使用温度达 150℃。 而铝电解电容器的一项重要特征是其等效串联电阻 (ESR):当施加了交变电流(波纹电流)时,电流将会加热元件,从而导致跟ESR 等比例的功率损失 (PL = ESR x I2AC)。因此, ESR 和热阻是限制铝电解电容器电流能力的主要因素。

 通过多加芯子的引线条等等手段可逐步降低 ESR,从而提高铝电解电容器的电流能力,但这种逐步式的改进无法跨越式降低等效串联电阻值。其主要原因在于普通液态电解液的低导电性。这种离子导体的导电性只有约 0.01 S/cm。作为对比:铜等纯金属的导电性约为 58 x104 S/cm。

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 聚合物混合技术可显著降低等效串联电阻 (ESR)

 为显著降低等效串联电阻 (ESR), TDK 集团转向开发聚合物混合技术,它将具有约1000 S/cm 的高导电性聚合物与液态电解质结合在一起。

 除了降低等效串联电阻 (ESR) 以外,相比于仅使用聚合物,混合技术还提供了另一个优势:聚合物混合铝电解电容器具有自愈性,能对铝电解电容器电介质氧化层中的缺陷进行再氧化。因此,相比于纯聚合物铝电容器,聚合物混合铝电解电容器具有更高的介电强度、耐温性以及耐用性。

 与同等尺寸的液体电解质技术相比,现有的聚合物混合技术提供了 2 至 5 倍的更高波纹电流能力,具体取决于温度和额定电压。目前,市场上此类电容器的电容值和额定电压值相对较低。

 更高的电容值和功率密度

 TDK 集团显著地改善了聚合物混合铝电容器的电流技术,实现了更高的电容值和功率密度,并具有更低的等效串联电阻 (ESR)。其中采用的专利材料、工艺和设计创新包括:

 • 优化的结构和固态/液态电解液成分

 • 将聚合物材料填充至大的芯子绕组中

 • 通过多引线条接头实现超低金属电阻,从而充分利用聚合物的高导电性,即使在大型设计中仍可使用。

 全球首个轴向引线式聚合物混合铝电容器

 以此为基础, TDK 集团成功开发了全球首个轴向式设计的聚合物混合铝电容器。这种全新的技术可提供无与伦比的电容能力,在 25 V 至 63 V 的额定电压下,电容可达 390 µF 至 2200 µF,并且典型等效串联电阻(ESR)极 低,仅为 2 mΩ 至 3.5 mΩ。这种新的电容器结构紧凑,尺寸仅为 14 mm x 25 mm(直径 x 高)至 16 mm x 30 mm(直径 x 高) 。

 与一般铝电解电容器相比,全新聚合物混合铝电解电容器的等效串联电阻值非常小。因此,这种新的电容器提供了极高的波纹电流能力,为一般铝电解电容器的 2 至 10 倍。

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 紧凑的 SMD 系列系列不仅尺寸小且等效串联电阻低

 除了轴向引线式混合聚合物铝电解电容器, TDK 还开发了 SMD 系列(如下图)。额定电压为 25V 至 35 V 时,新系列电容器的容值为 270µF 至 330µF。凭借其混合聚合物技术特性,这些尺寸仅为 10 mm x 10.5 mm(直径 x 高)的电容器可实现低于 18 mΩ 的等效串联电阻值。

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 图: 额定电电电 25 V 至 35 V 时,混合聚合物铝电解电容器的新型 SMD 系列的电容值电 270 µF 至330 µF,典型等效串联电阻值低于 18 mΩ。

 TDK 集团将继续开发聚合物混合技术以覆盖更高的电压等级,包括远大于 100 V 的电压范围。同时,更大电容的轴向式设计也正处于研发阶段。通过进一步扩展聚合物混合铝电解电容器的产品线, TDK 集团将继续设法满足汽车开发工程师对更高功率密度、小型化及可靠性的需求。



关键词: 电容器 铝电解

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