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。”
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。”