【電解電容】電解電容在主板電路中廣泛使用
電容在主板電路中廣泛使用,打開(kāi)機(jī)箱觀察主板,可以看到星羅棋布、數(shù)量眾多的電解電容。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電電路中不可或缺的重要元件,主板上的各類板卡、芯片組需要使用多種類型電壓的電源,如+12、-12、+5、-5伏等,要保證主板及板卡的穩(wěn)定運(yùn)行需要采用電容器用于過(guò)濾電源,確保電壓穩(wěn)定。當(dāng)然在CPU供電電路中,電容更是起到提高電源質(zhì)量的關(guān)鍵作用。
計(jì)算機(jī)主板和顯卡等板卡上主要使用兩類電解電容:鋁電解電容和鉭電解電容。鋁電解電容價(jià)廉且容量較大,主要用于電源濾波部分。鉭電解電容各項(xiàng)性能均優(yōu)于鋁電解電容,但價(jià)格較高。一直以來(lái),諸如系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定,花屏、無(wú)法開(kāi)機(jī),超頻后易死機(jī)以及主板的諸多問(wèn)題都與液態(tài)電解電容有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。而液態(tài)鋁電解電容的漏液、壽命短等缺陷也為電腦玩家所詬病。要想使主板穩(wěn)定、高效運(yùn)行,采用固態(tài)鋁電解電容通常起著關(guān)鍵作用,對(duì)于一些先天不足的主板更是可以起到大補(bǔ)功效。
在各類電容中,唯有鋁電解電容存在壽命問(wèn)題。在確保電容質(zhì)量的前提下,高溫、超壓是導(dǎo)致液態(tài)電解電容失效的重要因素。液態(tài)電解電容的工作溫度每上升十?dāng)z氏度其使用壽命就會(huì)縮短一半以上。電容的熱量一方面來(lái)自主板和其他板卡散熱排出的熱量,這是工作環(huán)境造成的,可以通過(guò)改善散熱措施減少這種熱量傳遞。另一方面則是因電容的電解質(zhì)存在電阻,電流流過(guò)電容時(shí)在其內(nèi)部產(chǎn)生的,要減少這種情況引起的發(fā)熱只有通過(guò)電解質(zhì)的技術(shù)創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)。
那么主板上電容接受的熱量究竟從何而來(lái)的呢?主板上的許多部件在工作中都會(huì)發(fā)熱,但發(fā)熱量最大的有三個(gè)部分:CPU、北橋芯片、場(chǎng)效應(yīng)管。
通常CPU和北橋芯片都會(huì)使用專用的散熱裝置降低溫度,但是用于CPU供電的場(chǎng)效應(yīng)管卻沒(méi)有任何的散熱措施。PWM(脈寬調(diào)制)電路是CPU電源供給電路中的核心組成部分,其核心器件MOSFET在工作中會(huì)釋放大量熱能,而這區(qū)域也是電子器件最為密集的部分。通常情況下,MOSFET緊貼主板裝配,借助主板進(jìn)行散熱,從而直接將熱量傳遞給其周圍的電容(圖1)。
CPU電壓調(diào)節(jié)模塊的電路位于CPU附近,由于CPU工作中消耗的能源并不恒定,導(dǎo)致電壓發(fā)生波動(dòng),從而需要電容來(lái)穩(wěn)定電壓。由于CPU的頻率越來(lái)越高,更多的電腦玩家樂(lè)于超頻,電腦長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作,這些都直接導(dǎo)致整個(gè)主板發(fā)熱量直線上升,如果散熱措施不到位,熱量在電容周圍積聚從而導(dǎo)致液態(tài)電解電容漏液和提前失效。
鑒于液態(tài)電解電容的諸多問(wèn)題,固態(tài)鋁電解電容應(yīng)運(yùn)而生。20世紀(jì)90年代以來(lái),鋁電解電容采用固態(tài)導(dǎo)電高分子材料取代電解液作為陰極,取得了革新性發(fā)展。導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電能力通常要比電解液高2~3個(gè)數(shù)量級(jí),應(yīng)用于鋁電解電容可以大大降低ESR、改善溫度頻率特性;并且由于高分子材料的可加工性能良好,易于包封,極大地促進(jìn)了鋁電解電容的片式化發(fā)展。目前商品化的固態(tài)鋁電解電容主要有兩類:有機(jī)半導(dǎo)體鋁電解電容(OS-CON)和聚合物導(dǎo)體鋁電解電容(PC-CON)。
有機(jī)半導(dǎo)體鋁電解電容的結(jié)構(gòu)與液態(tài)鋁電解電容相似,多采用直插立式封裝方式(圖2)。不同之處在于固態(tài)鋁聚合物電解電容的陰極材料用固態(tài)的有機(jī)半導(dǎo)體浸膏替代電解液,在提高各項(xiàng)電氣性能的同時(shí)有效解決了電解液蒸發(fā)、泄漏、易燃等難題。
固態(tài)鋁聚合物貼片電容則是結(jié)合了鋁電解電容和鉭電容的特點(diǎn)而形成的一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)。同液態(tài)鋁電解電容一樣,固態(tài)鋁聚合物多采用貼片形式。高導(dǎo)電率的聚合物電極薄膜沉積在氧化鋁上,作為陰極,炭和銀為陰極的引出電極,這一點(diǎn)與固態(tài)鉭電解電容結(jié)構(gòu)相似(圖3)。
真是主板的“治病良藥”?—固態(tài)電解電容特性詳解
由于采用了新型的固態(tài)電解質(zhì),固態(tài)電解電容具有液態(tài)電解電容無(wú)法企及的優(yōu)良特性。這些電氣性能對(duì)于提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中以高頻為特征的應(yīng)用顯得尤為重要。固態(tài)電解電容的多種優(yōu)良特性可以為主板提供進(jìn)補(bǔ)療效,固態(tài)電解電容比液態(tài)電解電容的優(yōu)勢(shì)主要有三點(diǎn)。
1.高穩(wěn)定性:
固體鋁電解電容可以持續(xù)在高溫環(huán)境中穩(wěn)定工作,使用固態(tài)鋁電解電容可以直接提升主板性能。同時(shí),由于其寬溫度范圍的穩(wěn)定阻抗,適于電源濾波。它可以有效地提供穩(wěn)定充沛的電源,在超頻中尤為重要。
固態(tài)電容在高溫環(huán)境中仍然能正常工作,保持各種電氣性能。其電容量在全溫度范圍變化不超過(guò)15%,明顯優(yōu)于液態(tài)電解電容。同時(shí)固態(tài)電解電容的電容量與其工作電壓基本無(wú)關(guān),從而保證其在電壓波動(dòng)環(huán)境中穩(wěn)定工作。
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