全球首個軸向引線式HP鋁電解電容器，到底好在哪兒？

    不久前，TDK公司推出了全球首個軸向引線式聚合物混合鋁電解電容器。為此，TDK 電子大中華區(qū)鋁電解產(chǎn)品市場部經(jīng)理王濤先生向媒體介紹了該產(chǎn)品的特色。

問：此產(chǎn)品主要適用的領(lǐng)域是哪些？

答：主要面向汽車領(lǐng)域，針對具有很高紋波電流能力要求的12/48V直流母線應(yīng)用。因為從原理上講，HP軸向引線式電容器可在空間有限同時需要較大紋波電流的應(yīng)用（例如汽車電子）中發(fā)揮最大的優(yōu)勢，但是它們也可以用于通信和電源等領(lǐng)域。      

TDK首次推出的新型HP技術(shù)產(chǎn)品（如下圖）包括如下指標(biāo)。

·電容量：390μF – 2100μF

·電壓等級：25V到63V

·尺寸：14×25 mm到16×30 mm (d x h)

·工作溫度：最高可達(dá)150°C

圖：全球首個軸向引線式聚合物鋁電解電容器，電容值為 390 μF 至 2200 μF ，等效串聯(lián)電阻極低，典型值為 2 m? 至 3.5 m?。

問：新款電容器的創(chuàng)新在哪里？可以解決哪些應(yīng)用痛點？

答：混合式聚合物（HP）軸向引線鋁電解電容器的主要創(chuàng)新在于：將軸向引線電容器金屬電阻很小的特點與HP電解質(zhì)導(dǎo)電率很高（因而電解質(zhì)ＥＳＲ很?。┑奶攸c集于一身。因而能夠進(jìn)一步獲得小型化，或者在同樣體積下獲得更大的紋波電流密度。因此總體上，可以實現(xiàn)更加緊湊的設(shè)計。

問：當(dāng)前電動和混動汽車的總線電壓需要兼顧12V和48V，TDK在開發(fā)鋁電解電容器時會如何滿足汽車工程師對更高功率密度、小型化及可靠性的需求？

答：TDK所推出的HP技術(shù)就是根據(jù)市場需求持續(xù)開發(fā)的結(jié)果，48V應(yīng)用（輕混電機(jī)逆變器）需要越來越大的功率，因此需要在有限空間內(nèi)提供更大的紋波電流能力。

問：相對于常規(guī)產(chǎn)品，新產(chǎn)品的優(yōu)勢如何?

答：在對電子設(shè)備進(jìn)行全新設(shè)計時，節(jié)省空間的好處是可帶來積極的總體性價比優(yōu)勢，更大的紋波電流能力有助于實現(xiàn)非常緊湊的設(shè)計。

    具體地，王濤先生的詳細(xì)介紹如下。

    新鋁電解電容器推出的背景

    高功率密度、 小體積、 低重量以及高可靠性是客戶對汽車電子系統(tǒng)的要求。 這些要求同樣適用于鋁電解電容器等個別元件。 而降低等效串聯(lián)電阻 (ESR)在這方面顯得特別重要。 全新軸向引線式聚合物混合鋁電解電容器， 正是 TDK 在元件行業(yè)內(nèi)豎立的又一領(lǐng)先標(biāo)桿。

　大部分的汽車系統(tǒng)都要求在某單位體積內(nèi)具有極高的電容量，而鋁電解電容器正好提供這種特性，從而穩(wěn)定工作電壓，保障系統(tǒng)的功能可靠。最近幾年， TDK 集團(tuán)開發(fā)并不斷優(yōu)化了鋁電解電容器，特別是針對汽車應(yīng)用。其中軸向式電容器是目前這些開發(fā)工作的最佳成果，它能承受高達(dá) 60 g 的抗振動能力，允許最高使用溫度達(dá) 150℃。 而鋁電解電容器的一項重要特征是其等效串聯(lián)電阻 (ESR)：當(dāng)施加了交變電流(波紋電流)時，電流將會加熱元件，從而導(dǎo)致跟ESR 等比例的功率損失 (P_L = ESR x I²_AC)。因此， ESR 和熱阻是限制鋁電解電容器電流能力的主要因素。

　通過多加芯子的引線條等等手段可逐步降低 ESR，從而提高鋁電解電容器的電流能力，但這種逐步式的改進(jìn)無法跨越式降低等效串聯(lián)電阻值。其主要原因在于普通液態(tài)電解液的低導(dǎo)電性。這種離子導(dǎo)體的導(dǎo)電性只有約 0.01 S/cm。作為對比：銅等純金屬的導(dǎo)電性約為 58 x104 S/cm。

　聚合物混合技術(shù)可顯著降低等效串聯(lián)電阻 (ESR)

　為顯著降低等效串聯(lián)電阻 (ESR)， TDK 集團(tuán)轉(zhuǎn)向開發(fā)聚合物混合技術(shù)，它將具有約1000 S/cm 的高導(dǎo)電性聚合物與液態(tài)電解質(zhì)結(jié)合在一起。

　除了降低等效串聯(lián)電阻 (ESR) 以外，相比于僅使用聚合物，混合技術(shù)還提供了另一個優(yōu)勢：聚合物混合鋁電解電容器具有自愈性，能對鋁電解電容器電介質(zhì)氧化層中的缺陷進(jìn)行再氧化。因此，相比于純聚合物鋁電容器，聚合物混合鋁電解電容器具有更高的介電強(qiáng)度、耐溫性以及耐用性。

　與同等尺寸的液體電解質(zhì)技術(shù)相比，現(xiàn)有的聚合物混合技術(shù)提供了 2 至 5 倍的更高波紋電流能力，具體取決于溫度和額定電壓。目前，市場上此類電容器的電容值和額定電壓值相對較低。

　更高的電容值和功率密度

　TDK 集團(tuán)顯著地改善了聚合物混合鋁電容器的電流技術(shù)，實現(xiàn)了更高的電容值和功率密度，并具有更低的等效串聯(lián)電阻 (ESR)。其中采用的專利材料、工藝和設(shè)計創(chuàng)新包括：

　? 優(yōu)化的結(jié)構(gòu)和固態(tài)/液態(tài)電解液成分

　? 將聚合物材料填充至大的芯子繞組中

　? 通過多引線條接頭實現(xiàn)超低金屬電阻，從而充分利用聚合物的高導(dǎo)電性，即使在大型設(shè)計中仍可使用。

　全球首個軸向引線式聚合物混合鋁電容器

　以此為基礎(chǔ)， TDK 集團(tuán)成功開發(fā)了全球首個軸向式設(shè)計的聚合物混合鋁電容器。這種全新的技術(shù)可提供無與倫比的電容能力，在 25 V 至 63 V 的額定電壓下，電容可達(dá) 390 μF 至 2200 μF，并且典型等效串聯(lián)電阻(ESR)極 低，僅為 2 m? 至 3.5 m?。這種新的電容器結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸僅為 14 mm x 25 mm(直徑 x 高)至 16 mm x 30 mm(直徑 x 高) 。

　與一般鋁電解電容器相比，全新聚合物混合鋁電解電容器的等效串聯(lián)電阻值非常小。因此，這種新的電容器提供了極高的波紋電流能力，為一般鋁電解電容器的 2 至 10 倍。

　緊湊的 SMD 系列系列不僅尺寸小且等效串聯(lián)電阻低

　除了軸向引線式混合聚合物鋁電解電容器， TDK 還開發(fā)了 SMD 系列(如下圖)。額定電壓為 25V 至 35 V 時，新系列電容器的容值為 270μF 至 330μF。憑借其混合聚合物技術(shù)特性，這些尺寸僅為 10 mm x 10.5 mm(直徑 x 高)的電容器可實現(xiàn)低于 18 m? 的等效串聯(lián)電阻值。

　圖: 額定電電電 25 V 至 35 V 時，混合聚合物鋁電解電容器的新型 SMD 系列的電容值電 270 μF 至330 μF，典型等效串聯(lián)電阻值低于 18 m?。

　TDK 集團(tuán)將繼續(xù)開發(fā)聚合物混合技術(shù)以覆蓋更高的電壓等級，包括遠(yuǎn)大于 100 V 的電壓范圍。同時，更大電容的軸向式設(shè)計也正處于研發(fā)階段。通過進(jìn)一步擴(kuò)展聚合物混合鋁電解電容器的產(chǎn)品線， TDK 集團(tuán)將繼續(xù)設(shè)法滿足汽車開發(fā)工程師對更高功率密度、小型化及可靠性的需求。