导电性高分子混合铝电解电容器

随着汽车电动化和电子控制化的进展，车载计算机和电气部件也在逐渐向大功率化的方向发展。而构成这些车载设备电源电路的电子元器件也必须随之进行技术革新。

从雨刷和电动车窗,再到行驶、转弯、停车等基本功能,一台现代化的汽车,各类机械装置都是由高精车载计算机进行精密控制的。而且近年来,越来越多的汽车开始装载运用高精信息处理技术的先进驾驶辅助系统(ADAS),预计在不久的将来,还将出现进化版的软件定义汽车(software defined vehicles,SDV),即通过软件实现自动驾驶和高附加值车载功能的汽车。

今天的汽车就已经被称为“行驶的电脑”,而随着电动化和电子控制化的不断发展,今后的汽车还会继续进化成为“行驶的数据中心”。在此过程中,就必然需要装载更高性能的车载计算机和网络设备,以及需要更高功率的马达才能驱动的电气部件。

般情况下,这些车载设备的功能越向高精化发展,就越倾向于消耗更多的电力。为此就需要能更高效且稳定供给电力的电源电路。然而构成现有电源电路的电子元器件却并不能充分满足下一代汽车所需的技术条件。随着汽车的不断进化,车载电源电路中所装载的电子元器件也需要进行技术革新。

“我们扩充了新型电容器“导电性高分子混合铝电解电容器(以下简称混合型电容器)的产品阵容,这将有助于车载设备大功率化所需的电源电路更进一步实现高可靠性、长寿命化、高效化和小型化。”太阳诱电子公司ELNA的中村忠浩如是说。

电容器等构成车载电源电路的电子元器件，必须选择高可靠性、长寿命、高效率的产品。而且随着车载设备性能的提升，对于这些电子元器件的技术要求也越来越严格。中村说：“车载电源电路的电容器大多采用多层陶瓷电容器（MLCC）以及更加符合耐高压化和大容量化需求的‘铝电解电容器’。但是铝电解电容器的技术已经充分成熟，在结构层面上已没有提高性能的余地，这就很难实现符合车载设备高性能化要求的特性”。开关电源也用于车载电源电路中，出现了通过提高开关频率来推动实现高效化和小型化的趋势。能在100kHz以上的环境下运行的电源电路已经投入使用，在运用新一代材料氮化镓（GaN）的功率半导体电路中，也开始应用1MHz驱动。而现有的铝电解电容器都还不能胜任这些用途。中村又说道：“混合型电容器的电解质同时采用传统的电解液和低电阻导电性高分子。因此与铝电解电容器相比，混合型电容器可以在更宽的频带和温度范围内降低等效串联电阻（ESR）。ESR是用于表示电容器的电气特性和可靠性性能的指标之一，ESR值越低，电容器在电源电路中的平滑特性和瞬态响应特性就越良好，可以获得稳定的输出功率。并且，混合型电容器具有能在高频率下吸收噪音等卓越特性，所以能满足车载电源电路的要求。”

中村说：“车载电源电路的电容器大多采用多层陶瓷电容器（MLCC）以及更加符合耐高压化和大容量化需求的‘铝电解电容器’。但是铝电解电容器的技术已经充分成熟，在结构层面上已没有提高性能的余地，这就很难实现符合车载设备高性能化要求的特性”。开关电源也用于车载电源电路中，出现了通过提高开关频率来推动实现高效化和小型化的趋势。能在100kHz以上的环境下运行的电源电路已经投入使用，在运用新一代材料氮化镓（GaN）的功率半导体电路中，也开始应用1MHz驱动。而现有的铝电解电容器都还不能胜任这些用途。中村又说道：“混合型电容器的电解质同时采用传统的电解液和低电阻导电性高分子。因此与铝电解电容器相比，混合型电容器可以在更宽的频带和温度范围内降低等效串联电阻（ESR）。ESR是用于表示电容器的电气特性和可靠性性能的指标之一，ESR值越低，电容器在电源电路中的平滑特性和瞬态响应特性就越良好，可以获得稳定的输出功率。并且，混合型电容器具有能在高频率下吸收噪音等卓越特性，所以能满足车载电源电路的要求。”找元器件现货上唯样商城

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可实现的特性因电容器的材料和结构而存在较大差异。混合型电容器可以在高开关频率下运转，并且适合处理电压电力较高的电源电路。这符合新一代车载电源的要求。

目前还有一种“导电性高分子电容器”，但是仅能以导电性高分子为电解质，因此难以实现高电压下的长寿命化，不适合车载用电源。由于导电性高分子电容器没有电解液，在作为电介质的铝氧化皮膜因某种原因而产生氧空位的情况下，不能实现自我修复，因此不适合重视可靠性的车载用途。而混合型电容器则可以通过电解液来实现氧空位的自我修复，从而实现长寿命化。同样，由于可以混用电解液，混合型电容器的漏电流也有所降低。中村先生继续说：“混合型电容器是一种相对较新的电容器，其技术在2010年代前后才成形，目前能发挥其特性的用途并不多。随着车载设备高性能化的发展，对于电容器的要求也越来越高，既要能在比铝电解电容器更高的频率下使用，还要能耐住比导电性高分子电容器更高的电压。而混合型电容器正是这样一款满足时代要求的电容器，所以才会备受瞩目。”

电容分类

混合型电容器的电解质同时采用传统电解液和低电阻的导电性高分子。这样就可以同时有效利用铝电解电容器的优点——适合高电压，以及导电性高分子电容器的优点——适合在高频率下运转。

“全球的OEM（整车制造商）和一级供应商都已经决定在未来发售车型的电源电路中采用混合型电容器。”中村充满信心地说道。根据太阳诱电的推测，以2020年的所需数量为基准，混合型电容器的需求在2025年时迅速翻升至约2.5倍，并在2030年时达到约5.1倍。尽快建立能够开发并供应用户企业所需规格产品的体系，是电容器制造商的当务之急。中村继续说：“本公司的优势在于丰富的产品线。尤其在提供大容量产品方面领先于其他公司。原本由多个小容量产品构成的电路，只要改用更大容量的产品，就能实现小型化和简单化。我们还为客户准备了耐高温的‘HVK系列’以及耐振动的‘HT·HTK系列’，满足您的应用场景。”太阳诱电之所以能拥有如此丰富的产品阵容，其背景在于我们在车载用电容器领域中为大量客户供给产品的业绩。正因为我们与客户关系密切，才能及时应对未来所需电容器的规格要求。中村说：“本公司采用日本国内一条龙的开发和生产方式，从而建立起能快速合理地应对电容器材料和元件结构，并进行开发和生产的业务体系。我们会尽快供应符合汽车产业所要求的特性的产品，如果需求有增加，我们也会完善增产体制来进行应对。”混合型电容器有潜力让电源电路的性能得到飞跃性的提升，这是传统电容器所望尘莫及的。今后的运用场景也一定会越来越多。如果您的电源电路也需要技术革新，不妨考虑采用混合型电容器。

审核编辑 黄宇