中心議題：

• 鋁聚合物電解電容器電氣性能
• 鋁聚合物電解電容器的應用舉例

解決方案：

• ESR和額定紋波電流
• 上電衝擊電流的抑製
• 輸出整流濾波時的短路電流限製

鋁聚合物電解電容器
　　
鋁電解電容器種類很多，有的可以將ESR明顯減小，但是還是沒有質的變化。ESR主zhu要yao是shi由you電dian解jie電dian容rong器qi的de陰yin極ji電dian阻zu造zao成cheng的de
，提ti高gao電dian解jie電dian容rong器qi的de陰yin極ji材cai料liao電dian導dao率lv可ke以yi改gai善shan電dian解jie電dian容rong器qi的de性xing能neng，而er鋁lv聚ju合he物wu電dian解jie電dian容rong器qi的de有you機ji聚ju合he物wu陰yin極ji可ke以yi使shi電dian導dao率lv達da到dao300ms/cm，甚至3000ms/cm，這種陰極材料可以使電解電容器的ESR非常低。
　　
鋁(lv)聚(ju)合(he)物(wu)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)結(jie)構(gou)與(yu)普(pu)通(tong)鋁(lv)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)相(xiang)同(tong)
，所(suo)不(bu)同(tong)的(de)是(shi)引(yin)線(xian)式(shi)鋁(lv)聚(ju)合(he)物(wu)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)陰(yin)極(ji)材(cai)料(liao)用(yong)有(you)機(ji)半(ban)導(dao)體(ti)浸(jin)膏(gao)替(ti)代(dai)電(dian)解(jie)液(ye)。固(gu)態(tai)鋁(lv)聚(ju)合(he)物(wu)貼(tie)片(pian)電(dian)容(rong)是(shi)結(jie)合(he)了(le)鋁(lv)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)和(he)鉭(tan)電(dian)容(rong)的(de)一(yi)種(zhong)獨(du)特(te)結(jie)構(gou)。同(tong)傳(chuan)統(tong)的(de)鋁(lv)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)一(yi)樣(yang)，固(gu)態(tai)鋁(lv)聚(ju)合(he)物(wu)貼(tie)片(pian)電(dian)容(rong)的(de)陽(yang)極(ji)鋁(lv)電(dian)極(ji)板(ban)

、yanghualvcengtongguoyangjiyanghuaguochengzhizuozaishangmian。gutailvjuhewutiepiandianrongzhong
，gaodaodianlvdejuhewudianjibomochenjizaiyanghualvshang
，zuoweiyinji，tanheyinweiyinjideyinchudianji，zheyidianyugutaitandianjiedianrongqixiangsi。
　　
鋁聚合物電解電容器電氣性能
　　
ESR和額定紋波電流
　　
鋁聚合物電解電容器最大的特點是ESR很小，固態鋁聚合物貼片電容的ESR低於固態鉭，甚至低於鉭-聚合物組合電容，原因就是采用了固態導體聚合物，這就意味著承受紋波電流能力強。電解電容的ESR主要取決於電極的電阻，固態鋁聚合物電容的電極阻值比其它電極的阻值小得多，幾乎為0。
　　
阻抗頻率特性
　　
在低頻段(低於10kHz)和高頻段(高於20MHz)，鋁聚合物電解電容器與低ESR鋁電解電容器、鉭電解電容器的性能相差不多。而在對開關電源輸出整流濾波和數字電路的電源旁路最有效的中頻段，卻有著明顯的差別，特別是在1MHz左右，相差非常明顯。鋁聚合物電解電容器的阻抗最低，鉭電解電容器次之
，ESR鋁電解電容器相對阻抗最高相差接近一個半數量級。表明鋁聚合物電解電容器在上述應用中更加有效。
　　
ESR與電容量的溫度特性
　　
鋁聚合物電解電容器及用途相近的其它電容器的ESR溫度特性如圖1(a)所示。鋁聚合物電解電容器的ESR特性從-55℃到+105℃幾乎沒有變化，變化由大到小依次為鋁電解電容器、X5U陶瓷電容器、鉭電解電容器、X5P陶瓷電容器、鋁聚合物電解電容器
，其中鋁電解電容器變化達數十倍。鋁聚合物電解電容器及用途相近的其它電容器的電容溫度特性如圖1(b)所示。鋁聚合物電解電容器的電容量在全溫度範圍內變化不到15%，略高於鉭電解電容器，低於其它電容器。


圖1電容器的溫度特性
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電壓對電容量的影響
　　
鋁聚合物電解電容器的電容量與施加電壓基本無關，而陶瓷電容器的電容量則隨外加電壓的增加而明顯下降(大約下降20%)。

鋁聚合物電解電容器的應用
　　
上電衝擊電流的抑製
　　
由於鋁聚合物電解電容器的ESR極小
，上電過程中電容器上沒有初始電壓，因此，將產生幅值很高的上電衝擊電流。一般情況下，應將衝擊電流幅值限製在10A以下或低於允許紋波電流的10倍以下。通常的DC/DC變換器的輸入僅用一個低ESR電容器濾波，這時，如選用鋁聚合物電解電容器作為輸入濾波電容器(假設ESR和電源內阻分別為90mW和50mW，輸入電壓為24V)

，其上電電流峰值可能達到：


遠遠高於鋁聚合物電解電容器的紋波電流承受能力。必須考慮上電過程的衝擊電流限製。可以采用AC/DC變換器上電電流限製方法，如串聯限流電阻，見圖2(a)，則：

這種電路的最大特點是電路極其簡單，所付出的代價則是降低了變換器的效率，在輸入電壓較低的DC/DC變換器應用中不宜采用。要解決這個問題，可以采用AC/DC變換器的方案，通過繼電器的觸點，上電後經過一個延遲時間將限流電阻短路，如圖2(b)所示。這種電路的問題是繼電器的體積與DC/DC變換器體積矛盾
，以及控製繼電器所需的功率將影響變換器的效率。還可以在電源與DC/DC變換器的輸入端串接負溫度係數熱敏電阻，如圖2(c)所示，這個方案看起來似乎特別合理

，但是對於低電壓輸入的DC/DC變bian換huan器qi

，其qi熱re態tai的de電dian阻zu會hui影ying響xiang變bian換huan器qi的de效xiao率lv
，這zhe種zhong電dian路lu的de缺que點dian是shi在zai高gao溫wen環huan境jing下xia熱re敏min電dian阻zu將jiang不bu能neng有you效xiao地di起qi到dao限xian流liu作zuo用yong。還hai可ke以yi采cai用yong熱re插cha拔ba電dian路lu，如ru圖tu2(d)所示

，能很好地解決這個問題。當然也可以在變換器輸入部分串接一個帶有磁芯的電感，允許的峰值電流為：

得到其電感量的關係為：

當輸入電壓為24V，輸入濾波電容器為22mF，限製電流在10A以下時的電感量為：

為防止限流電感釋放儲能時產生浪湧過壓
，可以在限流電感上反並聯二極管。

圖2限製上電電流的措施

用於輸出整流濾波時的短路電流限製

由於鋁聚合物電解電容器的ESR極小，用於輸出整流濾波時，由於負載短路或其它原因，會出現瞬間的高幅值放電電流。因此，具有鋁聚合物電解電容器的AC/DC變換器或DC/DC模mo塊kuai
，可ke以yi采cai用yong類lei似si熱re插cha拔ba的de電dian路lu抑yi製zhi輸shu出chu短duan路lu電dian流liu。需xu要yao注zhu意yi的de是shi，這zhe時shi的de短duan路lu保bao護hu不bu再zai是shi關guan閉bi開kai關guan管guan，而er是shi切qie斷duan變bian換huan器qi的de輸shu出chu與yu外wai界jie的de聯lian係xi。
　　
duiyufuzaideshangdianguocheng
，ruguofuzaideshurulvbodianrongbushilvjuhewudianjiedianrongqi
，tongchangwuxuteyixianzhishuchudefangdiandianliuzhi。qiyuanyinshi
，xiaodebomodianrongqiderongliangxiangduihenxiao，shangdiandeshunshichongjidianliuchixushijianjiduan，huokeyitongguohuiludejishengdianganjiayixianzhi。erfuzaiyonglvdianjiedianrongqizuoweishurulvbo，zeyouyulvdianjiedianrongqideESR相對很大，有效地限製了負載上電過程的衝擊電流。　　
　　
鋁聚合物電解電容器的並聯及與其它電容器的並聯
　　
為將鋁聚合物電解電容器的紋波電流限製在允許範圍內，可以采用多個容量小的鋁聚合物電解電容並聯。如10V/4.7mF電容器的額定紋波電流為670mA，而10V/47mF
、10V/470mF的鋁聚合物電解電容器的額定紋波電流分別為1620mA
、4510mA
，從紋波電流值考慮，一個10V/47mF和一個10V/470mF分別可以用兩個半和6.7個10V/4.7mF替代。同樣
，10個10V/4.7mF可以流過6700mA的紋波電流，而一個10V/47mF僅能流過1620mA的de紋wen波bo電dian流liu。因yin此ci，在zai紋wen波bo電dian流liu比bi較jiao大da的de應ying用yong中zhong
，可ke以yi考kao慮lv采cai用yong多duo個ge電dian容rong器qi並bing聯lian的de方fang式shi
，在zai開kai關guan電dian源yuan和he電dian腦nao主zhu板ban的de電dian壓ya變bian換huan部bu分fen也ye常chang采cai用yong這zhe種zhong解jie決jue方fang案an。由you於yu寄ji生sheng電dian感gan的de作zuo用yong，通tong常chang產chan生sheng紋wen波bo電dian流liu的de電dian路lu可ke以yi認ren為wei是shi紋wen波bo電dian流liu源yuan。這zhe樣yang
，濾lv波bo電dian容rong器qi的deESR與尖峰電壓的關係可以用式(6)表示：

其中
，Vpeak
、Ir分別為峰值電壓和紋波電流。
　　
可以看到，若紋波電流峰值為5A，ESR為10mW，則紋波峰值電壓為50mV
，若ESR為100mW，則紋波峰值電壓為500mV。10V/4.7mF、10V/47mF和10V/470mF鋁聚合物電解電容器的ESR分別為：240mW、50mW和13mW，如果這個紋波電流峰值分別流過上述電容器，則會產生1200mV、250mV、75mV紋波峰值電壓
，如果用5個10V/47mF並聯，盡管容量僅為235mF，但是ESR可以下降到10mW，可以將紋波電壓峰值限製在50mV以內。
　　
與其它種類電容器並聯時
，在低頻段，電容器呈容性，紋波電流根據電容量的比例分配。在中頻段則以ESR的倒數比例進行分配，這是由於鋁聚合物電解電容器的ESR比bi鋁lv電dian解jie電dian容rong器qi和he鉭tan電dian解jie電dian容rong器qi小xiao得de多duo，因yin此ci

，將jiang分fen得de較jiao大da比bi例li的de紋wen波bo電dian流liu。在zai高gao頻pin段duan是shi按an各ge電dian容rong器qi寄ji生sheng電dian感gan的de倒dao數shu比bi例li進jin行xing分fen配pei，寄ji生sheng電dian感gan小xiao的de電dian容rong器qi將jiang流liu過guo比bi較jiao大da的de紋wen波bo電dian流liu。種zhong類lei不bu同tong但dan容rong量liang相xiang同tong的de電dian容rong器qi並bing聯lian時shi，若ruo在zai某mou個ge頻pin段duan，各ge電dian容rong器qi分fen別bie呈cheng現xian容rong性xing、阻性、感(gan)性(xing)，則(ze)呈(cheng)現(xian)容(rong)性(xing)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)上(shang)的(de)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)最(zui)大(da)

，通(tong)常(chang)，這(zhe)個(ge)呈(cheng)現(xian)容(rong)性(xing)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)就(jiu)是(shi)鋁(lv)聚(ju)合(he)物(wu)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)
，這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)鋁(lv)聚(ju)合(he)物(wu)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)上(shang)的(de)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)是(shi)否(fou)超(chao)過(guo)允(yun)許(xu)的(de)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)值(zhi)。

通(tong)過(guo)上(shang)述(shu)分(fen)析(xi)，可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)鋁(lv)聚(ju)合(he)物(wu)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)由(you)於(yu)其(qi)結(jie)構(gou)和(he)材(cai)料(liao)的(de)不(bu)同(tong)，具(ju)有(you)明(ming)顯(xian)優(you)於(yu)其(qi)它(ta)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)特(te)點(dian)。在(zai)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)中(zhong)應(ying)充(chong)分(fen)發(fa)揮(hui)其(qi)優(you)點(dian)
，使(shi)設(she)計(ji)簡(jian)捷(jie)、高效、可靠。