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薄膜高分子层积电容器 "PMLCAP" 的特长及活用

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PMLCAP

如Polymer Multi-Layer Capacitor的名字一样,在高分子(聚合物)上金属镀层并连续层叠而形成表面实装体的构造薄膜电容器.
根据RUBYCON独有的真空镀层技术实现了跟原来的薄膜电容器相较大幅的小型化.

特长

構造和等价回路

薄膜高分子层积电容“PMLCAP”(照片1)的内部構造如图1,等价回路如图2所示.
针对等价回路,通常的用途誘電等价吸収Rd和Cd可以忽视.

PMLCAP
图1 薄膜高分子层积电容 "PMLCAP"(単位mm)

PMLCAP的内部構造
图1 PMLCAP的内部構造

等価回路
图2 等価回路

PMLCAP因其真空镀层制造,誘電体的厚度非常薄,和原来使用樹脂薄膜相比较,外形要小型化约1/10左右.

電気特性

PMLCAP的规格如图表1,和其他的表面実装电解比較如图表2所示.
電気的特性和聚酯薄膜电容器大致同等.
和层积陶瓷电容(MLCC:Multi-Layer Ceramic Capacitor)相比,因无圧電効果,所以有减少噪音,誘電吸収小,印加直流電圧印加不会减少容量等特性.

表1 PMLCAP的规格
PMLCAP的规格

表2 表面実装电解比較表(不包括電解电容)
表面実装电解比較表(不包括電解电容)

耐熱性

PMLCAP使用的是熱硬化性樹脂誘電体材料.其熱重量減少開始点是300ºC以上,所以说耐熱性是很高的.

電気特性

PMLCAP的特性和高誘電率系层积陶瓷电容做比較.

阻抗频率系数特性

作为过滤电解使用时重要的阻抗值和等価串联抵抗(ESR:Equivalent Series Resistance)的频率特性如图3所示.

MLCC和PMLCAP的阻抗/ESR-频率系数特性
图3 MLCC和PMLCAP的阻抗/ESR-频率系数特性

PMLCAP是ESR和等価串联电杆(ESL:Equivalent Series Inductance)小,和MLCC大致同等的频率系数特性.

直流偏压特性

作为输入连接器电解或者连接器电解使用时重要的直流偏压特性如图4所示.PMLCAP是无圧電効果,所以印加直流電圧时无容量変動.这个相对于MLCC来说特性上具有很大的优越点.例如,定格電圧为50V的MLCC在DC25V以上使用的情况,实效容量和同样的PMLCAP的大小差不多的状况很多.

直流偏压電圧时的容量変化率
图4 直流偏压電圧时的容量変化率

温度特性

作为输入连接器电解或者滤波用电解使用时重要的温度特性如图5所示.从-55ºC到+125ºC的温度係数約为+520ppmºC.

根据温度容量変化率
图5 根据温度容量変化率

噪音特性

用于寻求静音效果的機器时重要的噪音特性图如6所示.图6(a)为1.4kHz下3Vpeak的脉冲印加时的音圧程度.相对MLCC-20dB,也就是说是它的1/10.
图6(b)是液晶后背光源回路的実装体在工作时発生的噪音频率系数分析結果的一个例子.MLCC的音響雑音由于圧電効果,1kHz以上的中音域变大.PMLCA是由于库仑1kHz以下的低音域的一部分变大.对人来说扰耳的雑音在数kHz帯内,次帯域発生的雑音需要期待小的电解,使用PMLCAP是有効的.

1.4kHz, 3Vpeak脉冲印加时的噪音
图6(a) 1.4kHz, 3Vpeak脉冲印加时的噪音

液晶后背光源回路发生的噪音的频率系数成分
图6(b) 液晶后背光源回路发生的噪音的频率系数成分

誘電吸収特性

誘電体的分極瞬间不会起来是由于時間延迟的原因,导致誘電吸収(叫誘電体吸収)悪化.如图7誘電吸収的測定数据所示.JIS放電後的再起電圧15分後的値,在这里,求的关于時間的最大値.

誘電吸収特性
图7 誘電吸収特性

PMLCAP的誘電吸収特性,和聚醇薄膜电容器大致相同,和MLCC比大幅度优越.
不拘泥于形状的话,大的引线聚乙烯薄膜电容器更显优越的特性,次容量次形状的产品几乎没有其他可替代的电解.

自己修复性

印加了過電圧脉冲造成短絡故障,在短絡部分集中了電流并発熱,镀层金属氧化导致镀层金属消失,誘電体以及镀层金属飛散回复絶縁.像这样的自己修复,镀层抵抗高镀层膜薄的很容易发生,拥有如此的構造的PMLCAP可谓安全性非常高.
印加過電圧脉冲的強制性的引起短絡故障时观测自己修复特性的結果如照片2所示.照片2(a)186Vpeak,1msec的脉冲形状.以此做2Ω的串联抵抗介于PMLCAP的端子間时的波形照片为2(b).可以观测到自己修复現象.
因此,从短絡到修复,絶縁抵抗等的電気特性は并不是恢复到短絡前的状態,从信頼性的観点来看有必要早期交換.

针对瞬間的過電圧自己修复的特性
写真2 针对瞬間的過電圧自己修复的特性

許容文波電流

PMLCAP的許容文波的一例如图8所示.

PMLCAP 許容文波電流特性
图8 PMLCAPの許容文波電流特性

"低漏電流"特性

作为薄膜电容器的特長、他和电解电容器具有比較低漏電流的优越特性.如图9 显示16V22µF的各種电解(電解、钽电容、层积陶瓷电容)的漏電流特性比較数据。

漏電流特性比較
图9 漏電流特性比較

代表的用途和使用方法

代表的用途有发挥高音質的特色的音響機器,基本没有噪音特徴的電源的电脑,誘電吸収小的特徴的PLL(Phase Lock Loop)的循环过滤、发挥低漏電流的特長的能源环境发电(環境発電)的蓄電用电解.

音響機器

图10的使用在D級放大器(电子放大器)为例的表示.PMLCAP的输入部分的直流CUT用D连接器电解或者输出滤波器.作为音質可增加中高域的透明感.还有,使用输出滤波器的话没有容量変動滤波器的特性变化也会变小.

D級扩音器的输出,输入电解使用例
图10 D級扩音器的输出,输入电解使用例

图11,显示出実際的D級扩音器的输出变化时的各种频率系数THD+N (Total Harmonic Distortion:全高調波歪,Noise:噪音) 的測定結果.
原来输出滤波器中用聚乙烯薄膜电容器(630V,0.47µF,17.5×18.0×9.0mm).此电解电容器换用PMLCAP 35V,1µF (3.2×2.5×1.4mm), MLCC 50V, 1µF (X7R,3.2×2.5×1.8mm)分别作了測定.

薄膜电容器的THD+N
图11(a) 薄膜电容器的THD+N

PMLCAP的THD+N
图11(b) PMLCAP的THD+N

MLCC的THD+N
图11(c) MLCC的THD+N

根据此結果,可以显而易见PMLCAP和原来的薄膜电解同等,比MLCC优越.

背光灯用LED驱动使用例

作为誘電体的薄膜电解,因没有圧電効果,发挥其噪音少的特性,使用在打文波电流的電源电脑.
如图12 使用在LED背光灯用DC-DC变频器的输入和输出的情况下如挿入地方表示.LED背光灯,使用可聴频率系数的PWM(Pulse Width Modulation)信号来调光,如果用MLCC的话,引起巨大噪音的情况多发恼人.
如图12,昇圧型情况使用变频器的输出输入的过滤电解,降圧型的情况使用输入的过滤电解.

背光灯用LED驱动器的输出入电解的使用例
图12 背光灯用LED驱动器的输出入电解的使用例

PLL的循环过滤器用

如图所示13 PLL的用于循环滤波的例子.和高誘電率系MLCC比誘電吸収较小,叫锁时的频率系数切换的时间大幅的缩短.

PLL电子音响合成气循环滤波用电解的使用例
图13 PLL电子音响合成气循环滤波用电解的使用例

能源发电(環境発電)

PMLCAP是在誘電体上采用薄膜电解、使漏電流非常小、但是比原来的薄膜电容器具有小形大容量的特長。因此、收集微弱的電力用于能源发电«環境発電»(图14)的蓄電用电解是最合适的.

环境发电 阵营图
图14 环境发电 阵营图

此稿是CQ出版株式会社刊«半导体技术»2010年8月号记载的报道为基准修正的。

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