MnO2鉭固體電解電容器介紹

★★★ Cap-5---鉭固體電解電容 ★★★

引言：MnO2鉭電解電容器的基本結(jié)構(gòu)與鋁電解電容器大致相同，其作為陽極的鉭金屬粉的燒結(jié)體表面形成作為電介質(zhì)的五氧化鉭，電解質(zhì)采用了二氧化錳(固體)的結(jié)構(gòu)。MnO2鉭電解電容器具有以下特點：形狀比鋁電解電容器小，頻率特性優(yōu)異，壽命長(電解質(zhì)為固體)。但是故障模式為短路，有導(dǎo)致起火的危險，必須采取安全對策使用。

€1.各類電容的適用分布

一般來說，電容器用于以下目的，由于每種電容器類型的特性不同，適用的應(yīng)用存在不同：

圖5-1：各類電容分布域

表5-1：電容器各類型簡易對比

€2.鉭電容的特性

鉭電容器電容范圍可達數(shù)千μF，對于MnO2固體鉭技術(shù)，傳統(tǒng)的固體電解質(zhì)為二氧化錳，但導(dǎo)電聚合物類型由于其較低的ESR和降低的點火特性而越來越有利。另一方面，二氧化錳型在高溫機械應(yīng)力下具有穩(wěn)定的電氣參數(shù)，因此高可靠性和較長的運行壽命的應(yīng)用仍主要使用可靠性二氧化錳型作為主要的鉭固體電容器。

圖5-2：鉭結(jié)構(gòu)，用正極材料（錳或聚合物）劃分鉭電容器的類型

鉭電容器的缺陷主要是由于初始制造故障。在出廠篩選出缺陷品之后，合格品在使用時異常穩(wěn)定（聚合物鉭失效率可能會由于磨損現(xiàn)象而增加）。與其他電容器相比，這些器件表現(xiàn)出非常穩(wěn)定的缺陷率，由于其可靠性，在使用鉭電容器時可以確保其長期的穩(wěn)定和可靠。

€3.鉭電容的使用

電動汽車牽引逆變器中直流電容器的目的是將負載與直流電源分離。在這個作用中，電容吸收由逆變器的開關(guān)序列產(chǎn)生的大的紋波電流。一般來說，應(yīng)用于三相逆變器的直流電容可以經(jīng)受高達60%的均方根負載電流，因此該電容器需要存儲一定量的能量，以防止紋波電壓。

大容量的電容器在逆變器中占據(jù)相當大的空間，因此最小化電容器組的容量和最大功率和能量密度來優(yōu)化牽引逆變器的體積是很重要的。適用于相關(guān)逆變器的最常用的電容器是電解電容器、陶瓷電容器（MLCC）和薄膜電容器。其中電解電容器是現(xiàn)有電機驅(qū)動應(yīng)用中應(yīng)用最廣泛的一種，其成本最低和能量密度最高，但由于其壽命短、電流電導(dǎo)率有限、低頻特性有限，因此只能用作直流濾波器電容器。相比之下，薄膜電容器由于相對于電解電容器的高可靠性、高電流傳導(dǎo)能力、高頻運行、低ESR而被廣泛用作電動汽車電機單元的應(yīng)用電容器。然而，由于其缺點是體積比電介質(zhì)的電解電容器大，因此它可能不是一個尋求小型化的逆變器的合適的解決方案。

另一個為逆變器的高度首選的電容器是MLCC。MLCC可以比其他電容器更小，并且可以在高壓下使用。但實際MLCC也有一個局限性，由于CV相對于（高）額定電壓的限制，MLCC容量不能做到很大，100uF就已經(jīng)基本到達工藝極限。

在某些應(yīng)用中，可以克服這些缺點的解決方案可能是鉭電容器。鉭電容器不能達到高電壓，但由于容量高于MLCC，可以產(chǎn)生更大的容量。然而，鉭技術(shù)的電壓范圍受到相對較低額定電壓的限制。通常這些器件可以用作逆變器電路中較低電壓IGBT前端的平滑電容。另一種用途是用于具有大容量和小ESR的通用低至中壓額定濾波器（在低ESR聚合物鉭產(chǎn)品的情況下）。

選擇一個較大的電容值通常會減少輸出紋波。然而不必要的大電容值通過增加電容器的尺寸來增加成本。考慮允許紋波值的優(yōu)化，然后選擇電容種類和電容值。例如如果DC/DC轉(zhuǎn)換器與低ESR電容不兼容，則使用特別低的ESR電容技術(shù)可能導(dǎo)致異常工作模式切換。因此，如果在連續(xù)模式下使用低ESR電容器，則需要檢查負載-瞬態(tài)響應(yīng)，以確認輸出電壓可以快速穩(wěn)定（通常針對兩個開關(guān)周期）。

紋波與ESR值成比例增加，與CL值成反比增加。在鋁電解電容器的情況下，ESR值非常大，因此陶瓷電容器通常是并聯(lián)（ESR越并越小）的，以穩(wěn)定和優(yōu)化輸出電流。表5-2推薦了升壓和降壓的Cout容值：

表5-2：推薦使用鉭電容容值