Перейти к содержанию

Полимерный конденсатор (POSCAP, OS-CON)

В материнских платах и мощных преобразователях вместо обычных электролитов стоят низкие цилиндры или плоские прямоугольные корпуса с надписью POSCAP. Это полимерные конденсаторы: у них катод из проводящего полимера, и поэтому ESR заметно ниже.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Полимерный конденсатор — электролитический конденсатор, у которого катод сделан из проводящего полимера, обычно PEDOT, вместо жидкого электролита или диоксида марганца. Анод бывает танталовым (полимерный тантал, например Panasonic POSCAP) или алюминиевым (Panasonic SP-Cap и OS-CON). Первые полимерные танталовые конденсаторы выпустила NEC в середине 1990-х (KEMET, PCNS 2021).

Чем хорош

  • Низкий ESR. Проводимость PEDOT выше, чем у MnO2, поэтому ESR ниже, ёмкость стабильнее с ростом частоты, а допустимые пульсации тока выше (PCNS 2021). ADI в MT-101 пишет, что полимерные электролитические конденсаторы имеют заметно меньший ESR и более широкий диапазон частот, чем другие электролитические, и мало теряют на холоде.
  • Нет высыхания. В конденсаторе нет жидкости, поэтому ADI относит полимерные к типам без износа (MT-101, рис. 5) — в отличие от алюминиевых электролитов, у которых ресурс ограничен высыханием электролита.
  • Мягкий отказ. В полимере нет активного кислорода, и при пробое полимерного танталового конденсатора тантал не загорается — в отличие от гипотезы о возгорании танталовых с катодом MnO2 (PCNS 2021).

Ограничения

Полимерные (по ADI MT-101)
Напряжениекак правило, до 50 В
Температурабыстрая деградация выше 105 °C
Ценаотносительно высокая
Износу полимерного тантала обычной технологии в ускоренных испытаниях — массовые отказы после долгого периода без отказов (PCNS 2021)

KEMET в той же работе показывает, что технология F-Tech, подавляющая дефекты диэлектрика, убирает этот износ. Полимерные конденсаторы остаются полярными: обратное напряжение их повреждает, как и обычные электролитические.

Полимерный или танталовый

При той же ёмкости и размере полимерный танталовый конденсатор даёт ниже ESR и безопаснее при отказе; классический танталовый конденсатор с MnO2 дешевле и самовосстанавливается при мелких дефектах оксида. Низкий ESR — не всегда плюс: стабилизаторы, которым для устойчивости нужен определённый ESR выходного конденсатора, указывают допустимый диапазон в даташите, и его надо проверить перед заменой. Влияние ESR на пульсации выходного напряжения и сравнение всех типов — в статье «Конденсаторы».

Частые вопросы

Чем полимерный конденсатор отличается от обычного электролита?

Катодом. В обычном алюминиевом электролите он жидкий, в классическом танталовом — из диоксида марганца, а в полимерном — из проводящего полимера, обычно PEDOT. Полимер проводит лучше, поэтому ESR заметно ниже, ёмкость меньше падает с ростом частоты, а на холоде ESR почти не растёт. В нём нет жидкости, которая высыхает, поэтому ADI относит такие конденсаторы к не имеющим износа.

Что безопаснее: полимерный или танталовый конденсатор?

По механизму отказа — полимерный. Оба при пробое обычно отказывают коротким замыканием, но в танталовом с MnO2 катод может отдать кислород, а в полимере активного кислорода нет. KEMET называет отказ полимерного танталового конденсатора «мягким»: без возгорания тантала. Полярность соблюдать всё равно нужно — оба типа полярные.

Где ставят полимерные конденсаторы?

Там, где важен низкий ESR при большой ёмкости и малом размере: на выходе импульсных преобразователей с большим током, у процессоров и ПЛИС, в шинах питания с высокими пульсациями тока. ADI относит их к типичным для стабилизаторов питания ядра процессора. Ограничения — напряжение обычно до 50 В, цена выше и деградация выше 105 °C.

Источники

  1. Freeman Y., Lessner P. (KEMET). Reliability and Failure Mode in Solid Tantalum Capacitors. PCNS 2021 — Introduction: полимерные танталовые конденсаторы разработаны NEC и вышли на рынок в середине 1990-х; анод и диэлектрик как у твердотельных танталовых, катод — проводящий полимер, обычно PEDOT; проводимость PEDOT выше, чем у MnO2: ниже ESR, стабильнее ёмкость с ростом частоты, выше допустимые пульсации; в ускоренных испытаниях полимерные конденсаторы обычной технологии показывают износ — мало отказов вначале, затем массовые отказы за короткий интервал; типичный отказ — низкое сопротивление изоляции или короткое замыкание; в PEDOT нет активного кислорода, поэтому при пробое тантал не загорается («мягкий» отказ); Abstract: у полимерных конденсаторов, сделанных по технологии F-Tech, износа в испытаниях не обнаружено
  2. Analog Devices. MT-101 Tutorial: Decoupling Techniques (Rev. 0, 03/09) — рис. 5: алюминиево-полимерные, Special Polymer, Poscap, Os-Con — низкий ESR, импеданс стабилен по температуре, относительно малые корпуса, нет износа; ограничены напряжением до 50 В, быстрая деградация выше 105 °C, относительно высокая цена; с. 5: электролитические конденсаторы с органическим или полимерным электролитом имеют заметно меньший ESR и более широкий диапазон частот, чем другие электролитические, и мало теряют в ESR на холоде; рис. 4: импедансные кривые алюминиевого, танталового low ESR, полимерного танталового 4 В и SP-Cap 2 В
  3. Panasonic Industry. Conductive Polymer Tantalum Solid Capacitors (POSCAP) — POSCAP — анод из спечённого тантала, катод из проводящего полимера; тонкие и малые корпуса, низкий ESR и хорошие высокочастотные свойства, высокая надёжность и теплостойкость; семейства полимерных конденсаторов Panasonic: SP-Cap (полимерный алюминиевый), POSCAP (полимерный танталовый), OS-CON (полимерный алюминиевый твердотельный), гибридные алюминиевые

Нашли ошибку?

Смотрите также