★★★ Cap-5---鉭固體電解電容 ★★★

引言：MnO2鉭電解電容器的基本結構與鋁電解電容器大致相同，其作為陽極的鉭金屬粉的燒結體表面形成作為電介質的五氧化鉭，電解質采用了二氧化錳(固體)的結構。MnO2鉭電解電容器具有以下特點：形狀比鋁電解電容器小，頻率特性優異，壽命長(電解質為固體)。但是故障模式為短路，有導致起火的危險，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千μF，對于MnO2固體鉭技術，傳統的固體電解質為二氧化錳，但導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力下具有穩定的電氣參數，因此高可靠性和較長的運行壽命的應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：鉭結構，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定（聚合物鉭失效率可能會由于磨損現象而增加）。與其他電容器相比，這些器件表現出非常穩定的缺陷率，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序列產生的大的紋波電流。一般來說，應用于三相逆變器的直流電容可以經受高達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化牽引逆變器的體積是很重要的。適用于相關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有電機驅動應用中應用最廣泛的一種，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、高電流傳導能力、高頻運行、低ESR而被廣泛用作電動汽車電機單元的應用電容器。然而，由于其缺點是體積比電介質的電解電容器大，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就已經基本到達工藝極限。

在某些應用中，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，可以產生更大的容量。然而，鉭技術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化，然后選擇電容種類和電容值。例如如果DC/DC轉換器與低ESR電容不兼容，則使用特別低的ESR電容技術可能導致異常工作模式切換。因此，如果在連續模式下使用低ESR電容器，則需要檢查負載-瞬態響應，以確認輸出電壓可以快速穩定（通常針對兩個開關周期）。

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（ESR越并越小）的，以穩定和優化輸出電流。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