聚合物电容器基础知识

什么是聚合物电容器？

聚合物电容器是使用导电聚合物作为电解质的电容器。它们使用固体聚合物电解质代替普通电解电容器中的液体或凝胶电解质。通过使用固体电解质，可以完全避免电解质干燥。电解质干燥是限制普通电解电容器寿命的因素之一。聚合物电容器有几种类型，包括铝聚合物电容器、聚合有机半导体和导电聚合物电容器。

在大多数情况下，只要不超过额定电压，聚合物电容器可直接替代电解电容器。固体聚合物电容器的额定电压低于传统电解电容器的电压：通常 35 伏，但有些聚合物电容器的工作电压高达 100 伏特直流。

聚合物电容器具有许多优于普通电解质电容器的特性：使用寿命更长、工作温度更高、稳定性更好、等效串联电阻 (ESR) 更低以及故障模式更安全。这些特性的代价是额定电压更低、电容范围更窄，而且与湿电解质电容器相比成本更高。这种电容器并不是新事物：它于 20 世纪 80 年代开始生产，从那时起，它们就被用于许多应用，包括服务器主板和计算机图形加速卡。

聚合物电容器定义

聚合物电容器是一种使用固体聚合物作为电解质的电容器。它们具有许多优良品质，包括比电解电容器更安全的故障模式、更低的损耗和更长的使用寿命。

特征

等效串联电阻

与普通电解电容器相比，聚合物电容器的等效串联电阻较低。这使得聚合物电容器在正常运行期间能够承受更高的纹波电流。纹波电流是交流分量，它会导致电容器的内部电阻耗散功率，从而使电容器升温。聚合物电容器的 ESR 在其工作温度范围内几乎恒定，而电解电容器的 ESR 会随温度明显变化。

可靠性和故障模式

使用固体电解质是比电解电容器的一大优势。在湿电解电容器中，过热会导致电解质蒸发。当电解质蒸发时，电容器内部的压力会增大，电容器可能会破裂甚至爆炸。固体聚合物电容器没有这种风险，而且它们的故障模式更安全 - 电容器要么短路，要么开始像开路一样工作。一般来说，聚合物电容器的可靠性比电解质电容器的可靠性好得多。

寿命

除了可靠性更高、操作更安全之外，固态聚合物电容器的使用寿命也更长，因为其结构中使用的固态电解质不会干涸。与电解电容器相比，这种电容器可以在较高温度下长时间运行。

电容范围、额定电压和极化

聚合物电容器的电容值在 10?F 和 1mF 之间。典型的额定电压高达 35 V，但有些聚合物电容器的工作电压可达 100 V。与普通电解电容器一样，这些聚合物电容器通常是极化的。

聚合物电容器的结构和特性

聚合物电容器的制作方法是将包含电解质的隔板夹在两片铝箔或钽箔之间。然后将组件卷成圆柱形。添加电极，然后将整个组件装入铝壳中。由于固体聚合物电容器不被视为设备中可能需要更换的组件，因此它们通常采用 SMT（表面贴装技术）制造。这使得它们在 PCB（印刷电路板）上占用的空间更小，但代价是如果需要更换，则更难拆焊。

普通电解电容器具有通风外壳或表面预刻划的外壳，在压力过大时会破裂，并以安全的方式排出外壳内形成的气体，以防止过热时爆炸。聚合物电容器上通常没有这样的刻划或通风口，因为发生故障时不会产生明显的压力积聚。

聚合物电容器的应用

由于其 ESR 较低，聚合物电容器可用于允许较大纹波电流的应用。此类应用的一个例子是开关 DC-DC 转换器。降压、升压和降压-升压转换器就是很好的例子，它们将电容器上的电压保持相对恒定，但会产生较高的纹波电流。在这种情况下，使用 ESR 较低的电容器，这样既可以提高电源效率，又可以在过载和过热的情况下提高安全性。

固体聚合物电容器可用于平滑电源到敏感电路的电压，从而降低电源噪声。在此类应用中，只要工作电压足够低，它们就可以轻松取代标准电解电容器。

它们还可用于电源旁路和信号去耦，以减少设备产生的信号噪声和电源噪声，否则这些噪声会被传输到电源并可能影响连接到该电源的其他设备。

聚合物电容器经常出现在计算机主板上，特别是质量较高的主板，例如服务器主板，它们已经大量取代了湿式电解电容器。