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固态电容
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发表于Tue Aug 08 14:24:56 CST 2017   |  只看该作者 1# 电梯直达

固态电容

   

 

1 、简述

固态电容全称为:固态铝质电解电容。它与普通电容(即液态铝质电解电容)最大差别在于采用了不同的介电材料,液态铝电容介电材料为电解液,而固态电容的介电材料则为导电性高分子材料。

  

鉴于液态电解电容的诸多问题,固态铝电解电容应运而生。20世纪90年代以来,铝电解电容采用固态导电高分子材料取代电解液作为阴极,取得了革新性发展。导电高分子材料的导电能力通常要比电解液高23个数量级,应用于铝电解电容可以大大降低ESR、改善温度频率特性;并且由于高分子材料的可加工性能良好,易于包封,极大地促进了铝电解电容的片式化发展。目前商品化的固态铝电解电容主要有两类:有机半导体铝电解电容(OS-CON)和聚合物导体铝电解电容(PC-CON)

有机半导体铝电解电容的结构与液态铝电解电容相似,多采用直插立式封装方式(当然也有贴片式,如下图)。不同之处在于固态铝聚合物电解电容的阴极材料用固态的有机半导体浸膏替代电解液,在提高各项电气性能的同时有效解决了电解液蒸发、泄漏、易燃等难题。

固态铝聚合物贴片电容则是结合了铝电解电容和钽电容的特点而形成的一种独特结构。同液态铝电解电容一样,固态铝聚合物多采用贴片形式。高导电率的聚合物电极薄膜沉积在氧化铝上,作为阴极,炭和银为阴极的引出电极,这一点与固态钽电解电容结构相似。


2、电容优点

高稳定性

固体铝电解电容可以持续在高温环境中稳定工作,使用固态铝电解电容可以直接提升主板性能。同时,由于其宽温度范围的稳定阻抗,适于电源滤波。它可以有效地提供稳定充沛的电源,在超频中尤为重要。

固态电容在高温环境中仍然能正常工作,保持各种电气性能。其电容量在全温度范围变化不超过15%,明显优于液态电解电容。同时固态电解电容的电容量与其工作电压基本无关,从而保证其在电压波动环境中稳定工作。

寿命长

固态铝电解电容具有极长的使用寿命(使用寿命超过50)。与液态铝电解电容相比,可以算作“长命百岁”了。它不会被击穿,也不必担心液态电解质干涸以及外泄影响主板稳定性。由于没有液态电解质诸多问题的困扰,固态铝电解电容使主板更加稳定可靠。

固态的电解质在高热环境下不会像液态电解质那样蒸发膨胀,甚至燃烧。即使电容的温度超过其耐受极限,固态电解质仅仅是熔化,这样不会引发电容金属外壳爆裂,因而十分安全。

工作温度直接影响到电解电容的寿命,固态电解电容与液态电解电容在不同温度环境下寿命明显较长。

ESR和高额定纹波电流

ESR( Equivalent Series Resistance )指串联等效电阻,是电容非常重要的指标。ESR越低,电容充放电的速度越快,这个性能直接影响到微处理器供电电路的退藕性能,在高频电路中固态电解电容的低ESR特性的优势更加明显。可以说,高频下低ESR特性是固态电解电容与液态电容性能差别的分水岭。固态铝电解电容的ESR非常低,同时具有非常小的能量耗散。在高温、高频和高功率工作条件下固态电容的极低ESR特性可以充分吸收电路中电源线间产生的高幅值电压,防止其对系统的干扰。

目前CPU的功耗非常大,主频已远远超出1GHz,同时CPU的峰值电流达到80A或更多,输出滤波电容已经接近工作临界点。另一方面,CPU采用多种工作模式,大部分时间处于工作模式的转换过程。当CPU由低功耗状态转为全负荷状态时,这种CPU的瞬间(一般小于5毫秒)切换需要的大量能量均来自CPU供电电路中的电容,此时固态电容高速充放电特性可以在瞬间输出高峰值电流,保证充足的电源供应,确保CPU稳定工作。


  


3、电解电容的分类

人们所熟知的铝电容,铝电容其实都是电解电容。如果说电容是电子元器件中最重要和不可取代的元件的话,那么电解电容器又在整个电容产业中占据了半壁江山。我国电解电容年产量300亿只,且年平均增长率高达30%,占全球电解电容产量的1/3以上。

电解电容的分类,传统的方法都是按阳极材质,比如说铝、钽或者铌。但这种凭阳极判断电容性能的方法已经过时了,目前决定电解电容性能的关键并不在于阳极,而在于电解质,也就是阴极。

按照阴极材料分类,电解电容器可分为电解液、二氧化锰、TCNQ有机半导体、固体聚合物导体等。而常用的电容大致有:电解液电容、固态电容和钽电容。

在很多用户的眼中,主板,显卡,工业控制板等产品是否使用固态电容,决定了该板卡是否处于较高的档次。固态电容这两年在国内技术发展迅速,由原来的SANYO一枝独秀,到现在众多国内,国外品牌争锋天下。固态电容已经走下了神坛,很多普通的电子,数码产品都大量使用这类产品,图示固态电容类似于常见的铝电解电容,部分可替换,另外有一种固态电容,片状,用于替换普通钽电容。

 

4、简析固态电容的利与弊

液体电解电容的电介质为液态电解液,液态粒子在高温下十分活跃,对电容内部产生压力,它的沸点不是很高,因此可能会出现爆浆的情况,固态电容采用了高分子电介质,固态粒子在高温下,无论是粒子澎涨或是活跃性均较液态电解液低,它的沸点也高达摄氏350度,因此几乎不可能出现爆浆的可能性。 从理论上来说,固态电容几乎不可能爆浆。

固态电容在等效串联阻抗表现上相比传统电解电容有更优异的表现,据测试显示,固态电容在高频运作时等效串联电阻极为微小,而且导电性频率特佳,具有降低电阻抗和更低热输出的特色,在100KHz10MHz之间表现最为明显。 而传统电解电容比较容易受使用环境的温度和湿度影响,在高低温稳定性方面稍差。即使是在零下摄氏55度至105度,固态电容的ESR(等效串联电阻)阻抗可以低达0.0040.005欧姆,但电解电容则会因温度而改变。 在电容值方面,液态电容在摄氏20度以下,将会比其标示的电容值为低,温度越低电容值也会随之而下降,在摄氏零下20度下电容量下降约13%、摄氏零下55度下电容量更达至37% 当然,这对普通用户来说没有什么影响,但对于采用液态氮作终极超频的玩家来说,固态电容可保证不会因温度降低而使电容容量上受到影响,从而导致超频稳定性大打折扣,因为固态电容在零下55度其电容值只会下降不足5% 固态电容确实有很多优点,但它并不是任何时候都适用。

固态电容的低频响应不如电解电容,如果用于涉及到音效的部分会得不到最佳的音质效果。也就是说,一款主板采用全固态电容并不一定是最合理的!不管是固态电容还是电解电容,它们的主要作用是滤除杂波,因此电容只要容量达到一定的数值要求即可,只要其元件质量过关,也能确保主板的稳定运行。而这一点,电解电容也完全能做到!

固态电容在105摄氏度的时候,它和电解电容的寿命同样为2000小时,在温度降低后,它们的寿命会增加,但是固态电容寿命增加的幅度更大,一般情况下电容的工作温度在70度或更低,这个时候固态电容的寿命可能会达到23年,几乎是电解电容的6倍多!但是……你的主板在23年后还会继续使用吗?而且这个23年是指全天候24小时开机,即使电容有那么长的寿命,其它元器件恐怕也不能挺23年!

固态电容与电解电容相比,同体积同电压下,电解电容的容量远大于固态电容,目前电脑主板CPU电源部分大都采用固态电容,虽避免了爆浆问题,但由于体积限制,容量冗余很少;再者因容量问题,不得不提高CPU供电部分开关的频率。固态电容和电解电容在使用过程中都会出现容量衰减问题,而采用固态电容的电路板,容量稍有波动,就会使电源出现波纹,造成CPU不能正常工作。因此,理论上固态电容的寿命很高,但采用固态电容的板子寿命就未必高。 

采用固态电容电脑板的维修:由于CPU供电部分常常是多个电容并联,因固态电容不会出现变形、爆浆、漏液等的现象,目测是基本没有办法可以判断是哪一只出现故障,所以在维修中常采取拆除其中一只(无论好坏),换一只大容量的电容(很多时候可以用电解电容),这种办法一般能快速解决问题。

理论上固态电容的寿命很高,但是在实际使用过程中仍然会出现很多故障,笔者在维修过程中曾多次遇到电容失效问题,

目前看来,不少厂商推出的以超频为卖点的主板大都会使用固态电容,固态电容的主板更能超这个说法只能说勉强正确,对超频起决定作用的并不是电容。线路的设计、BIOS的研发,CPU本身体质的好坏以及散热措施都可能决定超频的成败。所以不存在说将主板上的普通电解电容更换为全固态电容就能提升主板的超频性能,这种说法完全错误!如果真的要说固态电容对超频的影响的话,那就是由于它拥有更高的耐压和耐温能力,因此对超频后的系统稳定性提供了一定的保障。


    最后。固态电容,目前立创商城上有数十款可选择,下面给出2个物料,供大家参考:

商品名称:PR101M016E077PTR(台湾丰宾),规格:100uF 16V,商品编号:C93819

商品名称:16SEP330M+T (日本松下) ,规格:330uF ±20% 16V 商品编号:C85621

 

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