前言

2021年5月，USB-IF協(xié)會(huì)發(fā)布 USB PD3.1規(guī)范；10月，USB Type-C電纜和連接器規(guī)范修訂版2.1公布。這兩個(gè)新規(guī)范將USB PD快充最高功率從100W提升到240W，不僅提升了USB PD的快充效率，而且增強(qiáng)了USB PD標(biāo)準(zhǔn)的包容性。

PD3.1 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布意味著USB PD協(xié)議從手機(jī)、筆記本電腦等傳統(tǒng)領(lǐng)域擴(kuò)展至便攜式電動(dòng)工具、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能家居、通信和安防設(shè)備、汽車和醫(yī)療等新興應(yīng)用場(chǎng)景。USB PD有望成為大一統(tǒng)的供電標(biāo)準(zhǔn)，為萬物互聯(lián)起到重要的推動(dòng)作用。

而在設(shè)計(jì)PD快充電源時(shí)，會(huì)用到高壓輸入濾波電容、VCC電容、低壓輸出濾波電容等器件，雖然電解電容是被動(dòng)元器件，但在電路中卻十分重要，也是決定電源可靠性和壽命的關(guān)鍵元器件之一，而每個(gè)位置的電容，都有不同的性能要求。

隨著 PD3.1 快充市場(chǎng)的快速發(fā)展，行業(yè)機(jī)遇正不斷涌現(xiàn)，肇慶綠寶石電子科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱：綠寶石）針對(duì)不同的 PD3.1 應(yīng)用場(chǎng)景，推出了多款固液混合電容、固態(tài)電容和高壓電解電容產(chǎn)品。下面充電頭網(wǎng)為各位讀者介紹一下綠寶石新品的特色亮點(diǎn)。

固液混合電容

固液混合電容作為一種新型電容器品類，結(jié)合了傳統(tǒng)固態(tài)電容和液態(tài)電容的諸多優(yōu)點(diǎn)，具備大容量小型化、低漏電、主要失效模式為開路、高可靠性、寬溫度工作帶、高頻低阻、優(yōu)異頻率等突出特性。

相比固態(tài)電容，固液混合電容的電解質(zhì)中含有提高電容器容量和耐壓作用的電解液，容量和耐壓值都有一定提升。相比液態(tài)電容，固液混合電容在相同規(guī)格下尺寸比液態(tài)電容更小，相同尺寸下容量可以做到更大，具有明顯的小型化優(yōu)勢(shì)。

充電頭網(wǎng)此次拿到了綠寶石TA和YA系列的固液混合電容產(chǎn)品，其中TA系列采用SMD貼片電容設(shè)計(jì)，YA系列采用插件電容設(shè)計(jì)。

綠寶石YA系列的兩款固液混合電容產(chǎn)品，參數(shù)分別為220uF容量35V耐壓、100uF容量50V耐壓。工作溫度-55~105℃，壽命5000小時(shí)。

綠寶石TA固液混合產(chǎn)品，采用SMD貼片電容設(shè)計(jì)，適合回流焊接，容量100uF，耐壓63V，工作溫度-55~105℃，壽命5000小時(shí)。

綠寶石固液混合電容產(chǎn)品外觀與結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)固態(tài)及液態(tài)電容產(chǎn)品相近，主要區(qū)別在電解質(zhì)，固態(tài)電容電解質(zhì)為導(dǎo)電性高分子，液態(tài)電容電解質(zhì)為電解液，而固液混合電容的電解質(zhì)為導(dǎo)電性高分子含浸電解液。

相同規(guī)格情況下，導(dǎo)電高分子混合型電容器的尺寸比液態(tài)電容更小，容量可以做到更大，具有明顯的小型化優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)固態(tài)電容器一旦受損，出現(xiàn)缺陷就無法修復(fù)，而固液混合電容則具備氧化膜的修復(fù)能力。通過電解液修復(fù)鋁氧化膜，同時(shí)也能改善固態(tài)電容的的耐壓相對(duì)較差、漏電流相對(duì)較高的問題。

漏電流測(cè)試方面，分別選取5顆相同12V 560uF參數(shù)的固態(tài)電容和固液混合電容進(jìn)行充電1分鐘的漏電流測(cè)試，其中固態(tài)電容漏電流平均值達(dá)126uA，而固液混合型電容漏電流平均僅5.48uA。

傳統(tǒng)液態(tài)電容采用的電解液的導(dǎo)電性相對(duì)于導(dǎo)電高分子差得多，所以液態(tài)電容的ESR比固態(tài)電容高得多。而混合電容的以導(dǎo)電高分子為主，ESR整體還是保持在較低水平。同時(shí)，在高頻工作時(shí)固液混合電容的容量衰減更小。

固液混合電容的高溫壽命和固態(tài)電容比較接近，與固態(tài)電容一樣，有著更寬的溫度工作帶，溫度特性優(yōu)良。

耐久性測(cè)試方面，經(jīng)過多規(guī)格多批次導(dǎo)電高分子固態(tài)電容器與導(dǎo)電高分固液混合型電容器，在相同條件下進(jìn)行試驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)條件：最高工作溫度下、施加額定工作電壓、最大紋波電流）直至電容器失效。測(cè)試的固態(tài)電容的失效模式基本為漏電流大和部分短路失效，而固液混合電容的失效模式與液態(tài)電容相似，均為開路失效，有效保障電路安全。

選取綠寶石YB系列固液混合電容進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過10000次浪涌測(cè)試，容量，ESR和漏電流變化均不明顯，在125℃高溫環(huán)境測(cè)試下，電容ESR隨通電時(shí)間變化，有線性上升趨勢(shì)，漏電流無變化，可靠性高。

值得一提的是，綠寶石的固液混合電容產(chǎn)品已經(jīng)大量應(yīng)用在車載HUD抬頭顯示、車載充電器、汽車油泵/水泵控制器、汽車LED驅(qū)動(dòng)器等車規(guī)級(jí)產(chǎn)品中。固液混合電容通過電解液的修復(fù)氧化膜作用，提高了電容的耐壓效果，同時(shí)保持了固態(tài)電容低ESR和高壽命的優(yōu)點(diǎn)，又兼?zhèn)淠蜎_擊和自我修復(fù)能力，而這些正是車規(guī)產(chǎn)品所需要的。

固態(tài)電容

固態(tài)電容一般用在充電器次級(jí)側(cè)，對(duì)同步整流后的電路進(jìn)行濾波處理，使輸出的電壓更加平穩(wěn)，因此也叫輸出濾波固態(tài)電容。充電器的可靠性、輸出質(zhì)量以及使用壽命都與輸出濾波固態(tài)電容的品質(zhì)息息相關(guān)。

充電頭網(wǎng)此次拿到了綠寶石BD系列的三款固態(tài)電容代表產(chǎn)品，參數(shù)分別為470uF容量35V耐壓、390uF容量35V耐壓、68uF容量63V耐壓；均為插件電容。

綠寶石BD系列固態(tài)電容相較傳統(tǒng)電解電容，工作溫度范圍寬，最低溫度零下55度，最高溫度有125度產(chǎn)品，這在高溫工作的充電器內(nèi)很有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)最低零下55度對(duì)于寒冷地區(qū)也提供了非常好的支持。

綠寶石的PD3.1 28V輸出固態(tài)電容選型如上圖所示。有BD、CU、CT三大系列供選擇，耐壓35V；其中BD系列為插件電容，容量范圍120uF~1000uF，105℃2000小時(shí)壽命；CU系列為SMD貼片電容，容量范圍220uF~560uF，105℃2000小時(shí)壽命；CT系列為SMD貼片電容，容量有68uF等，125℃2000小時(shí)壽命。

綠寶石的PD3.1 36V輸出固態(tài)電容選型如上圖所示，有BD和CN兩大系列，耐壓50V，均為插件電容。BD系列容量范圍68uF~470uF，105℃2000小時(shí)壽命；CN系列容量有330uF等，125℃2000小時(shí)壽命。

綠寶石的PD3.1 48V輸出固態(tài)電容選型如上圖所示，有BD和CN兩大系列，耐壓63V，均為插件電容。BD系列容量范圍47uF~390uF，105℃2000小時(shí)壽命；CN系列容量范圍100uF~330uF，125℃2000小時(shí)壽命。

高壓電解電容

高壓電解電容一般用在充電器初級(jí)側(cè)，不僅能將整流橋輸出的脈動(dòng)直流平滑進(jìn)行濾波，降低脈動(dòng)成分，而且能濾除開關(guān)電源工作時(shí)的產(chǎn)生的雜波。而在PD 3.1電源應(yīng)用中，對(duì)電解電容的容值提出了更高的要求，可通過多顆電容并聯(lián)的方式來加大容量，滿足設(shè)計(jì)要求。

綠寶石的PD3.1 輸入高壓電解電容部分常用規(guī)格如上圖所示，均為ME系列插件電容，容量范圍68uF~180uF，耐壓420~450V，105℃2000小時(shí)壽命。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

USB PD3.1作為新推出的快充供電標(biāo)準(zhǔn)，具有更高的輸出功率，最高240W功率能夠滿足未來諸多設(shè)備的快充需求。而隨著5G通訊、新能源汽車、智能家居等的日益普及，人們對(duì)電容器的高可靠性、長(zhǎng)壽命、耐高溫等要求越來越高。

綠寶石致力于發(fā)展小體積長(zhǎng)壽命高電壓固態(tài)電容器及固態(tài)SMD產(chǎn)品、小型化高可靠性高壓電解電容器和超級(jí)電容器。旨在為通訊電源、移動(dòng)快充、區(qū)塊鏈新技術(shù)應(yīng)用、人工智能應(yīng)用、新能源等高端領(lǐng)域提供最前沿的應(yīng)用解決方案。