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全球首個軸向引線式HP鋁電解電容器,到底好在哪兒?

作者:迎九時間:2019-04-12來源:收藏

    不久前,TDK公司推出了全球首個軸向引線式聚合物混合。為此,TDK 電子大中華區產品市場部經理王濤先生向媒體介紹了該產品的特色。

本文引用地址:http://www.ghlhk.icu/article/201904/399450.htm

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問:此產品主要適用的領域是哪些?

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

TDK首次推出的新型HP技術產品(如下圖)包括如下指標。

·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150°C

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圖:全球首個軸向引線式聚合物,電容值為 390 μF 至 2200 μF ,等效串聯電阻極低,典型值為 2 m? 至 3.5 m?。

問:新款電容器的創新在哪里?可以解決哪些應用痛點?

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電解質導電率很高(因而電解質ESR很小)的特點集于一身。因而能夠進一步獲得小型化,或者在同樣體積下獲得更大的紋波電流密度。因此總體上,可以實現更加緊湊的設計。

問:當前電動和混動汽車的總線電壓需要兼顧12V和48V,TDK在開發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技術就是根據市場需求持續開發的結果,48V應用(輕混電機逆變器)需要越來越大的功率,因此需要在有限空間內提供更大的紋波電流能力。

問:相對于常規產品,新產品的優勢如何?

答:在對電子設備進行全新設計時,節省空間的好處是可帶來積極的總體性價比優勢,更大的紋波電流能力有助于實現非常緊湊的設計。

    具體地,王濤先生的詳細介紹如下。

    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 在元件行業內豎立的又一領先標桿。

 大部分的汽車系統都要求在某單位體積內具有極高的電容量,而鋁電解電容器正好提供這種特性,從而穩定工作電壓,保障系統的功能可靠。最近幾年, TDK 集團開發并不斷優化了鋁電解電容器,特別是針對汽車應用。其中軸向式電容器是目前這些開發工作的最佳成果,它能承受高達 60 g 的抗振動能力,允許最高使用溫度達 150℃。 而鋁電解電容器的一項重要特征是其等效串聯電阻 (ESR):當施加了交變電流(波紋電流)時,電流將會加熱元件,從而導致跟ESR 等比例的功率損失 (PL = ESR x I2AC)。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無法跨越式降低等效串聯電阻值。其主要原因在于普通液態電解液的低導電性。這種離子導體的導電性只有約 0.01 S/cm。作為對比:銅等純金屬的導電性約為 58 x104 S/cm。

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 聚合物混合技術可顯著降低等效串聯電阻 (ESR)

 為顯著降低等效串聯電阻 (ESR), TDK 集團轉向開發聚合物混合技術,它將具有約1000 S/cm 的高導電性聚合物與液態電解質結合在一起。

 除了降低等效串聯電阻 (ESR) 以外,相比于僅使用聚合物,混合技術還提供了另一個優勢: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氧化層中的缺陷進行再氧化。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度、耐溫性以及耐用性。

 與同等尺寸的液體電解質技術相比,現有的聚合物混合技術提供了 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 集團顯著地改善了聚合物混合鋁電容器的電流技術,實現了更高的電容值和功率密度,并具有更低的等效串聯電阻 (ESR)。其中采用的專利材料、工藝和設計創新包括:

 ? 優化的結構和固態/液態電解液成分

 ? 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超低金屬電阻,從而充分利用聚合物的高導電性,即使在大型設計中仍可使用。

 全球首個軸向引線式聚合物混合鋁電容器

 以此為基礎, TDK 集團成功開發了全球首個軸向式設計的聚合物混合鋁電容器。這種全新的技術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 390 μF 至 2200 μF,并且典型等效串聯電阻(ESR)極 低,僅為 2 m? 至 3.5 m?。這種新的電容器結構緊湊,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。

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 緊湊的 SMD 系列系列不僅尺寸小且等效串聯電阻低

 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)的電容器可實現低于 18 m? 的等效串聯電阻值。

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 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,典型等效串聯電阻值低于 18 m?。

 TDK 集團將繼續開發聚合物混合技術以覆蓋更高的電壓等級,包括遠大于 100 V 的電壓范圍。同時,更大電容的軸向式設計也正處于研發階段。通過進一步擴展聚合物混合鋁電解電容器的產品線, TDK 集團將繼續設法滿足汽車開發工程師對更高功率密度、小型化及可靠性的需求。



關鍵詞: 電容器 鋁電解

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