全球首个轴向引线式聚合物混合铝电解电容器

高功率密度、小体积、低重量以及高可靠性是客户对汽车电子系统的要求。这些要求同样适用于铝电解电容器等个别元件。而降低等效串联电阻 (ESR)在这方面显得特別重要。爱普科斯新的轴向引线式聚合物混合铝电解电容器，TDK 在行业内设立一个新的标杆。

大部分的汽车系统都要求在某单位体积内具有极高的电容量，而铝电解电容器正好提供这种特性，从而稳定工作电压，保障系统的功能可靠。最近几年，TDK 集团开发并不断优化了铝电解电容器，特别是针对汽车应用。其中轴向式电容器是目前这些开发工作的最佳成果，它能承受高达 60 g 的抗振动能力，允许最高使用温度达 150℃。而铝电解电容器的一项重要特征是其等效串联电阻 (ESR)：当施加了交变电流(波纹电流)时，电流将会加热元件，从而导致跟 ESR 等比例的功率损失 (PL = ESR x I2 AC)。因此，ESR 和热电阻是限制铝电解电容器电流能力的主要因素。

通过多加芯子的引线条等等手段可逐步降低 ESR，从而提高铝电解电容器的电流能力，但这种逐步式的改进无法跨越式降低等效串联电阻值。其主要原因在于电介质內阳极鋁箔氧化层与液态电解液之间的低导电性。这种离子导体的导电性只有约 0.01 S/cm。作为对比：铜等纯金属的导电性约为 58 x104 S/cm。

聚合物混合技术可显著降低等效串联电阻 (ESR)

为显著降低等效串联电阻 (ESR)，TDK 集团转向开发聚合物混合技术，它将具有约 1000 S/cm 的高导电性聚合物与液态电解质结合在一起。图 1 显示了聚合物混合铝电解电容器的内部设计。

图 1：聚合物混合铝电解电容器的内部设计

除了降低等效串联电阻 (ESR) 以外，相比于仅使用聚合物，混合技术还提供了另一个优势：聚合物混合铝电解电容器具有自愈性，能对铝电解电容器电介质氧化层中的缺陷进行再氧化。因此，相比于纯聚合物铝电容器，聚合物混合铝电解电容器具有更高的介电强度、耐温性以及耐用性。

现有的聚合物混合技术提供了 2 至 5 倍的更高波纹电流能力，具体取决于温度和额定电压。目前，市场上此类电容器的电容值和额定电压值都非常低。一般而言，对于 10 mm x 10 mm(D x H) SMD 型产品，在 35 V 的额定电压下，电容值仅为 270 µF。这些电容器的等效串联电阻 (ESR)值为 10 mΩ 至 15 mΩ。

更高的电容值和功率密度

TDK 集团显著地改善了聚合物混合铝电容器的电流技术，实现了更高的电容值和功率密度，并具有更低的等效串联电阻 (ESR)。其中采用的专利材料、工艺和设计创新包括：

• 优化的结构和固态/液态电解液成分

• 将聚合物材料填充至大的芯子绕组中

• 通过多引线条接头实现超低金属电阻，从而充分利用聚合物的高导电性以及超低等效串联电感 (ESL)，即使在大型设计中仍可使用。

全球首个轴向引线式聚合物混合铝电容器

以此为基础，TDK 集团成功开发了全球首个轴向式设计的聚合物混合铝电容器。这种全新的技术可提供无与伦比的电容能力，在 25 V 额定电压下，电容可达 1300 µF，并且等效串联电阻 (ESR) 低至 3 mΩ。这种新的电容器结构紧凑，尺寸仅为 14 mm x 25 mm(深 x 高)(图 2)。

图 2：全球首个轴向引线式聚合物铝电解电容器，电容值达 1300 µF，等效串联电阻低至 3 mΩ。

全新聚合物混合铝电解电容器的等效串联电阻值仅为一般铝电解电容器的 8.5 分之一。因此，相比于一般类型产品的 6 A 波纹电流能力，这种新的电容器提供了极高的波纹电流能力，在 10 kHz 和 125℃表壳温度下，可达 16 A。例如，图 3 比较了聚合物混合铝电解电容器与一般铝电解电容器的等效串联电阻 (ESR)。

图 3：聚合物混合铝电解电容器与标准铝电解电容器的等效串联电阻 (ESR) 比较。

減少元件数量，缩小系统空间

由于具有高波纹电流能力，這種全新的轴向引线式聚合物混合铝电解电容器具有极高的功率密度，从而显著减少了所需元件的数量，节约了大量空间。在此之前，为实现汽车应用所需的高电流能力，用户通常必须并联多个标准铝电解电容器，占用了大量空间，或者使用多个現有的低电容聚合物混合 SMD 铝电解电容器。使用单个元件还可以减少焊点的数量，从而确保更高的可靠性。

这种全新的聚合物混合铝电解电容器的典型应用领域是 48 V 系统的额定电压在 of 25 V, 35 V and 63 V 的直流链路变频器，且这种应用在混合动力汽车中日益流行。

更高容值型号和贴片设计处于开发中

TDK 集团将继续开发聚合物混合技术以覆盖更高的电压等级，包括远大于 100 V 的电压范围。同时，更大电容的轴向式设计也正处于研发阶段。此外，TDK 集团还正在开发 SMD 型产品。通过进一步扩展聚合物混合铝电解电容器的产品线，TDK 集团将继续设法满足汽车开发工程师对更高功率密度、小型化及可靠性的需求。