世界网络

《中无通讯》第69期 文︰世界网络 www.linkwan.com 林和安 小洛夫

电解液电容(简称E-cap)有容量大、售价便宜等特点而广为各电子产品采用，尤以PC为甚。因为电解液电容的有极性设计，适合直流电 路中的滤波及整流之用。不过电解液电容缺点亦多，如高温下使用寿命大幅度降低及有“易爆”等重大使用问题，因此电容厂商们一直致力克服其缺点，而最新的产品有混合电容(Hybrid Capacitors)。此项技术由日系大厂于2011年开始研发，在今年内开始陆续推出样品予厂商测试，集传统电解液电容及固态电容优势于一身，有望为电子产品带来重大的改变。

铝电解混合电容技术主要特点

混合电容产品有很多，但本文主要讨论的是混合电解电容(以后简称混合电容)，因为计算机主要使用此类电容，所以本文的介绍也以此为主。

混合电容目前主要由NCC(Nippon Chemi-Con)及Panasonic两大日系电容厂商所提倡，全名为Hybrid Construction Aluminum Electrolytic Capacitors，而固態電容全名為Conductive Polymer Aluminum Solid Electrolytic capacitors，可见两者均属于铝电解电容，不过混合电容结合了Liquid及Conductive polymer两种不同的电解质(Electrolyte)，兼备了两者的优点如︰

◆ 更长的使用寿命

◆ 较低之ESR

◆ 更高的Ripple Current

◆ 更高的工作温度

◆ 更高的工作耐压

◆ 更高的容量

以下的传统电解液电容、固态电容及混合电容的性能比较表，大家可以见到三款电容产品各有所长，而以混合电容优点最多，可说是针对前两者的问题而生。

* ESR = Equivalent Series Resistance(ohm)

** RCR = Ripple (AC) Current Rating

现阶段的混合电容在外观上跟固态电容十分相似。

固态电容的先天不足一︰电压及容量

混合电容主要针对固态电容及传统电解液电容之不足，所以它的优点也是这两款产品的缺点。对于固态电容来说，其最大缺点是工作电压偏低，一般在6.3V至16V左右，特别型号可达63V。至于容量方面，固态电容一般以330μF、560μF为主，因单颗容量不足需同时使用多颗串联来补足所需容量，占用宝贵的PCB空间。相比之下，传统电解液电容在电压及容量上几无上限，即使考虑到采用与固态电容相近的小型封装，要提供50V 1000μF并非难事。

针对固态电容的不足，虽然混合电容无法提供传统电解液电容的电压与容量，但已知已推出最高电压为100V，或最高6.3V 1000μF。

另外，混合电容在使用上较固态电容有弹性。如在Failure mode下，固态电容会当作short mode，而混合电容则保留传统电解液电容的特性，可作为open mode使用。

受技术所限，固态电容一般电压及容量不高。图中是主机板CPU供电所用的6.3V 560μF固态电容。

低成本有待取代传统电解液电容

玩家们总喜欢拿新技术与固态电容相比，达到追求最强产品的目的。不过混合电容的推出是以取代传统电解液为主，所以在定价上接近后者，但提供后者所不及的性能。如相似条件下较低的ESR(100kHz下 80mΩ vs 100mΩ)、较高的Ripple Current (100kHz下1200mA vs 800mA)等等。ESR (Equivalent Series Resistance)是电流通过时，电压损失的数值，所以是越低越好，至于Ripple Current是是电容在承受不规律电流的能力，所以是越高越好。

除了以上两项重要性能外，混合电容在使用寿命上也有加强。现时传统电解液电容最大问题是高温度下有蒸发电解液的问题，所以工作温度普遍在85-105℃左右，而且长期在最高温度下工作只有1000-2000小时的寿命。相比之下，混合电容改进了这问题，目前已有125/135℃版本，使用寿命在105℃下最高为1万小时，一般为2000小时，虽不及固态电容但已有明显的进步。另外，混合电容也助减少占用PCB空间。即以一个DC-DC converter电路示范为例，Input Voltage 6VDC、Output Voltage 3.5VDC，原来需要使用8颗330μF/10VDC电容的场合，若改用混合电容的话只要3颗330μF/10VDC即可，有助厂商推出新一代小型产品

使用DC-DC converter电路作示范，原来需要8颗电容的DC-DC converter，若果改用混合电容的话只要3颗即可。

传统电解液电容一般不能在太高温下工作，笔者认为它在85℃下性能是最好的。

混合电容产品巡礼︰

为了读者们更好地了解混合电容技术，以下即针对NCC及Panasonic已上市的固态电容产品作出介绍，以了解其实际性能。

NCC NSPE系列︰

NCC NSPE电容的官方照片。

NCC 在混合电容上作出了大量的投资，推出针对不同市场的多个型号，提供相对领先的性能。如最高100V电压的NSPE-H及NSPE-T、最高1000μF 容量的NSPE-S、最高135℃工作温度的NSPE-Y、最高3.89A Ripple Current的NSPE-S，以及最多1万小时使用时间的NSPE-H，为混合电容提供指标性的作用，以下附上NCC NSPE系列电容之性能供读者们参考。

Panasonic EEH系列︰

Panasonic EEH电容的官方照片。

Panasonic 混合电容产品相对保守，主要为EEH-ZA 及 EEH-ZC，前者属于标准的版本，可承受-55°C至 +105°C的工作温度，使用寿命为可于105°C下工作5,000 小时。而EEH-ZC是特別針對Automotive市场的版本，可于-55°C 至+125°C温度下工作，并于125°C高温下可工作4000小时。至于电压及容量方面，EEH-ZA 及 EEH-ZC提供25-80V电压、10-330μF容量的不同型號。在ESR方面，Panasonic EEH-ZA 及 EEH-ZC均提供 20mΩ 至120mΩ的低ESR值，、其分别在于可承受的最大工作温度，最高Ripple Current分别为2.5A及2A左右，不及NCC。

混合电容的制作方法︰

混合电容在制作上不会有太大的分别。其制作方法是为在阴极箔及阳极箔

之间插入电解纸，然后卷绕成圆柱形，分别在阴极箔及阳极箔上连接端子，经过含浸与密封而成。不过在使用电解质方面，混合电容既有液体也有固体电解质，而非过往由单一种电解质所组成。

混合电容解构图。它的外型及构造皆与固态电容十分相似。

从这幅图可见，液体与固体电解质以梅花间竹方式布置。

总结︰固态电容不会被取代

虽然混合电解电容有众多优点，但厂商并没有计划让固态电容于短期内退市，而仅把它定位为取代传统电解液电容。因为发展于1990年代之固态电容技术经过多年发展后，已经变得十分成熟，而且厂商们在引入新产品一般比较保守，迫使厂商必须继续为固态电容提供新产品。据Pansonic表示，未来固态电容会有680μF容量的版本而且ESR值可至2mΩ，进步不大但表明了固态电容仍有技术进步的空间。不过笔者深信，将来会有更多的产品采用混合电容，为用家提供更好、更便宜的产品。