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高效 高容 低阻抗 长寿命的表面安装电容的选型
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How To Select Surface Mount Capacitor Of High
Effciency, Large Capacity
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■深圳市同牧机电有限公司 舒正国
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引言
表面安装SMT（Surface Mount）元件和技术是生产现代小型和超小型便携式电子产品的基础。其特点是: 1）元件面即焊接面，因而PCB板两面均可安放元件和布线，节省了有效面积；2）采用SMT表贴元件，不仅节约了有效空间，使整机体积大大缩小，而且电路紧凑，可靠性大增，平均无故障时间成倍提高；3）便于自动化生产。在众多的SMT表贴元件中，唯有极性电解电容的体积很难进一步减小，大容量的电解电容尤其如此。这样一来，无疑阻碍了电子产品向着微型化方向发展。美国CDE公司（CORNELL
DUBILIER）推出的系列SMT表贴电容器，较圆满地解决了这一问题，从而极大程度地满足了广大用户的不同需要。
CDE公司的SMT电容
CDE公司的SMT表贴电容有：1）圆柱形铝电解电容；2）片状铝聚合物电容；3）片状云母电容；4）片状PPS膜电容。
本文只介绍第一和第二类有极性电解电容。
圆柱形铝电解电容
CDE公司的SMT铝电解电容为圆柱形外壳和矩形底座封装，易于自动贴片和再流焊接。外形尺寸A H L最小为3.3 4.5 5.4（mm），最大也仅10.3
13.0 10.2（mm）。
这类电容有AVS、ANA、AFC、AFK和AHD等品种，容量范围宽（0.1~6800 F）。其中，AVS为普通用途型，价格最低；AFK型使用寿命最长且等效串联电阻
e.s.r.（equivalent series resistance）最低；AHA型和AFC型分别为标准阻抗长寿命型和低阻抗长寿命型，工作温度105℃；AHD型为超长寿命低容量型电容器。
片状铝聚合物电容
铝聚合物电容（Aluminum Polymer）也是有极性的电解电容，为树脂模塑封装，片状结构，其外形尺寸A B H为7.3 4.3
1.8（mm）。
这类电容有ESRE和ESRD两个品种。
ESRE型电容是低压极化电解电容，在高频下具有极低的等效串联电阻e.s.r.，这种电容的高频阻抗较铝电解电容和钽电容更低，而抑制高纹波电流的能力却更强。一只ESRE型电容能代替三只以上钽电容或铝电解电容。这种电容的电解质为固态，因而具有长期阻燃的能力。
ESRD型电容兼备电解电容的高容量特点和薄膜电容的高频特性，在100KHz以上频段工作时，它的高频阻抗较铝电解电容和钽电容更低。因此，它更适合于在高频段工作。同样，一只ESRD型电容也可以代替几只铝电解电容或钽电容并联工作。
两种电容应用在以表贴技术制作的自动数字装置、便携式电子设备和膝上型LCD显示器等电路中作高频滤波、电源去耦 、高频降噪、DC/DC变换、母线旁路、同步降压变换等是十分理想的。
下面以ESRD为例，具体分析其结构和机理。
1.结构
ESRD片状电容的结构见图1。它是铝电解电容和钽电容（非特别说明，均指固态钽电容，下同）的构成要素特殊结合而成的五层结构。与传统的电解电容一样，它的阳极也是由铝电极构成，其上覆盖了经电解处理后生成的氧化层，这就形成了铝电极和聚合物层之间的绝缘介质层。在这介质层上，又沉积了一层极易导电的聚合物电解质膜，这同在钽电容中用二氧化锰作电解质层有些类似。碳基及其银涂层构成了电容的阴极。五层部件用树脂模塑封装，阻燃性能符合UL-94V0标准。端部引脚为钢件，镀铜后再涂覆上一层焊料。
2.寿命长达50年
额定工作电压下，工作温度为105℃时，ESRD使用寿命是1000小时，这就相当于在额定工作电压下，工作温度为45℃时，使用寿命达50年。
ESRD是极化电容，它以一层极易导电的聚合物膜形成固态电解质层，其可靠性优于铝电解电容和钽电容。它不同于铝电解电容的是，其电解质是固态，而铝电解电容的液态电介质容易挥发引起失效。它也不同于钽电容，钽电容的电解质会失效短路并烧毁。ESRD的固态电解质在使用20~50年后会逐渐变成开路。从预期寿命曲线上查知，在常规环境中及额定工作电压下，ESRD型电容的预期寿命可达20万小时。
3.极低的e.s.r.和高纹波电流抑制能力
ESRD的等效串联电阻e.s.r.较钽电容低得多，在100KHz频点其e.s.r.≤10m ，甚至比新型钽聚合物混合电容的e.s.r.还要低。这使其具有很强的纹波电流抑制能力，对两倍纹波电流的抑制能力优于钽电容。ESRD为什么具有如此超低的等效串联电阻e.s.r.？奥妙就在于那一层极易导电的聚合物膜形成的固态电解质。众所周知，电解电容的等效串联电阻e.s.r.很大程度是由电解质的电阻率决定的，而ESRD铝聚合物电容电解质的电阻率远小于其它电解电容电解质的电阻率，其等效串联电阻e.s.r.就相当的低，几乎等于零。此外，由于在整个工作温度范围内，Z和e.s.r.的温度曲线十分平坦，因而其阻抗和等效串联电阻也十分稳定。
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