铝电解电容器及钽电解电容器是大家较热悉的，但对新开发的铝聚合物固态电解电容器可能就较生疏了。本文介绍CDE公司生产的ESRD及ESRE两个系列贴片式铝聚合物电解电容器的内部结构、基本参数与特性曲线及应用。
主要特点
ESRD及ESRE两个系列的电解电容具有极好的高频特性，允许大的纹波电流，电容量允差±20％(精度为M级)，等效串联电阻ESR小，ESRD电容在100kHz时为10～45mΩ，ESRE电容在100kHz时低于10mΩ，400kHz、20℃时的阻抗为13mΩ到81mΩ，在使用温度范围内阻抗几乎不变，工作寿命长，小尺寸贴片式封装，ESRD的尺寸为7.3mm(长)×4.3mm(宽)×1.8mm(高)，而ESER系列的尺寸仅高度尺寸不同，高度为4.2mm，工作温度为-55℃～+105℃。
内部结构及外形
这两个系列电容器的内部结构如图1所示，用铝极做阳极，在下表面用电解工艺制成一层氧化铝绝缘层。采用高分子聚合物薄膜作为固态电解质，由碳衬底及镀银层作为阴极，外部用塑料封装。这种多层结构与铝电解电容器及固态钽电解电容器是不同的，在0.1MHz～10MHz频段有很好的特性。
该电容器的外形如图2所示，其外形及底面尺寸与某些钽电解电容器相同。顶面有横道的一端为阳极，顶面上有电容容量代码及耐压代码。容量代码的第一位、第二位表示电容量的基数，第三位表示几个零，例如220表示22μF，101表示100μF。有的在第二位用R，则R表示小数点，如4R7表示4.7μF。耐压代码为，D=2V，G=4V，J=6.3V，K=8V、B=12.5V、C=16V。
基本参数与特性
ESRD系列的基本参数如表1所示，ESER系列如表2所示。
这两个系列电容器的典型特性曲线如图3、图4及图5所示。图3是56μF(ESRD系列)及270μF(ESRE系列)在不同频率时的阻抗值及ESR值。在100kHz～1MHz时，其阻抗及ESR值都很小，并且可以看出即使是56μF的电容量，在1MHz时，其ESR值与270μF的值相差并不多。
图4是三种不同的10μF电容器在温度变化时的阻抗变化情况，可以从图4中看出铝电解电容器在负温时阻抗变化较大，钽电容性能较好，而ESRD电容在-55℃～+105℃的温度范围内阻抗几乎不变，而且三种电容中ESRD型电容器的阻抗最小。
图5是在不同频率下100μF的钽电容、10μF及47μF的ESRD电容的ESR值的变化情况。由图可以看出，在1MHz时，10μF的ESRD电容的ESR值约为0.012Ω，而100μF的钽电容在1MHz时约为0.016Ω，二者的容量差10倍，这说明ESRD电容具有良好的高频性能。
表1 ESRD系列电容的基本参数
|
电容
(μF) |
耐压
(VDC) |
典型阻抗
400kHz/20℃(Ω) |
典型ESR
400kHz/20℃(Ω) |
最大纹波电流(A)
100kHz/100℃ |
|
56 |
4 |
0.013 |
0.012 |
1.6 |
|
10 |
6.3 |
0.055 |
0.028 |
1.0 |
|
22 |
0.030 |
0.022 |
1.3 |
|
33 |
0.018 |
0.013 |
1.6 |
|
47 |
0.014 |
0.010 |
1.6 |
|
8.2 |
8.0 |
0.060 |
0.015 |
1.0 |
|
15 |
0.029 |
0.013 |
1.3 |
|
22 |
0.021 |
0.012 |
1.6 |
|
33 |
0.017 |
0.012 |
1.6 |
|
4.7 |
12.5 |
0.081 |
0.019 |
1.0 |
|
10 |
0.040 |
0.018 |
1.0 |
|
15 |
0.027 |
0.015 |
1.3 |
|
22 |
0.022 |
0.014 |
1.6 |
|
2.2 |
16 |
0.245 |
0.045 |
1.0 |
|
4.7 |
0.107 |
0.027 |
1.0 |
|
6.8 |
0.071 |
0.020 |
1.0 |
|
8.2 |
0.054 |
0.015 |
1.0 |
在DC/DC变换器电路或电荷泵电路中，低ESR值意味着更高的转换效率，在输出滤波电路中有更小的纹波电压。另外，小尺寸的电容器能减小电源体积，便于应用到便携式产品中。
应用及应用指南
这两个系列的电容器主要应用于主板旁路电容、DC/DC变换器、电源去耦、高频噪声抑制电路及便携式电子设备等。
在使用中可以在额定电压下连续工作，但不能超过额定电压使用，因此在选择时要留有余地。电容器在作平滑滤波时，由于它有ESR，因此在充电、放电过程中会产生热量而使温度上升，因此纹波电流也应小于表1及表2值。另外抑制纹波电流大小与频率有关，不同的频率其ESR值不同，不同频率时要乘一个倍数，如表3所示。另外，可以看出低频使用时的效果稍差。
这两个系列电容器有极性，有横道端为正极，不可接反。最大承受反压仅为10％额定电压，反向电压脉冲可达20％额定电压，超过该值会损坏电容器。可采用回流焊，其焊接特性如图6所示。也可用手工焊，但烙铁温度不能超过350℃，时间不超过10秒。
参考文献
1 万福君，潘松峰等.单片微机原理系统设计与应用.中国科学 技术大学出版社, 2001
2 阳宪惠.现场总线技术及其应用.清华大学出版社, 1999
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4 肖建华.一种利用RS-485总线实现PC机与单片机通讯的方法.中国仪器仪表, 1999.5 |