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诚博国际平台主板中的HL2电解电容器铝电解电容

  诚博国际平台病理分析:主板供电电路设计缺陷,导致电容工作环境温度过高,电容发热,从而使液态电容中的电解液挥发而失效;电容偷工减料,各项参数没有达到电路设计标准而损坏。

  电容在主板电路中广泛使用,打开机箱观察主板,可以看到星罗棋布、诚博国际平台数量众多的电解电容。它是计算机系统供电电路中不可或缺的重要元件,主板上的各类板卡、芯片组需要使用多种类型电压的电源,如+12、-12、+5、-5伏等,要保证主板及板卡的稳定运行需要采用电容器用于过滤电源,确保电压稳定。当然在CPU供电电路中,电容更是起到提高电源质量的关键作用。

  计算机主板和显卡等板卡上主要使用两类电解电容:铝电解电容和钽电解电容。铝电解电容价廉且容量较大,主要用于电源滤波部分。钽电解电容各项性能均优于铝电解电容,但价格较高。一直以来,诸如系统运行不稳定,花屏、无法开机,超频后易死机以及主板的诸多问题都与液态电解电容有着千丝万缕的联系。而液态铝电解电容的漏液、寿命短等缺陷也为电脑玩家所诟病。要想使主板稳定、高效运行,采用固态铝电解电容通常起着关键作用,对于一些先天不足的主板更是可以起到大补功效。

  在各类电容中,唯有铝电解电容存在寿命问题。在确保电容质量的前提下,高温、超压是导致液态电解电容失效的重要因素。液态电解电容的工作温度每上升十摄氏度其使用寿命就会缩短一半以上。电容的热量一方面来自主板和其他板卡散热排出的热量,这是工作环境造成的,可以通过改善散热措施减少这种热量传递。另一方面则是因电容的电解质存在电阻,电流流过电容时在其内部产生的,要减少这种情况引起的发热只有通过电解质的技术创新来实现。

  那么主板上电容接受的热量究竟从何而来的呢?主板上的许多部件在工作中都会发热,但发热量最大的有三个部分:CPU、北桥芯片、场效应管。

  通常CPU和北桥芯片都会使用专用的散热装置降低温度,但是用于CPU供电的场效应管却没有任何的散热措施。PWM(脉宽调制)电路是CPU电源供给电路中的核心组成部分,其核心器件MOSFET在工作中会释放大量热能,而这区域也是电子器件最为密集的部分。通常情况下,MOSFET紧贴主板装配,借助主板进行散热,从而直接将热量传递给其周围的电容(图1)。

  CPU电压调节模块的电路位于CPU附近,由于CPU工作中消耗的能源并不恒定,导致电压发生波动,从而需要电容来稳定电压。由于CPU的频率越来越高,更多的电脑玩家乐于超频,电脑长时间连续工作,这些都直接导致整个主板发热量直线上升,如果散热措施不到位,热量在电容周围积聚从而导致液态电解电容漏液和提前失效。

  鉴于液态电解电容的诸多问题,固态铝电解电容应运而生。20世纪90年代以来,铝电解电容采用固态导电高分子材料取代电解液作为阴极,取得了革新性发展。导电高分子材料的导电能力通常要比电解液高2~3个数量级,应用于铝电解电容可以大大降低ESR、改善温度频率特性;并且由于高分子材料的可加工性能良好,易于包封,极大地促进了铝电解电容的片式化发展,具体参考。目前商品化的固态铝电解电容主要有两类:有机半导体铝电解电容(OS-CON)和聚合物导体铝电解电容(PC-CON)。

  有机半导体铝电解电容的结构与液态铝电解电容相似,多采用直插立式封装方式(图2)。不同之处在于固态铝聚合物电解电容的阴极材料用固态的有机半导体浸膏替代电解液,在提高各项电气性能的同时有效解决了电解液蒸发、泄漏、易燃等难题。

  固态铝聚合物贴片电容则是结合了铝电解电容和钽电容的特点而形成的一种独特结构。同液态铝电解电容一样,固态铝聚合物多采用贴片形式。高导电率的聚合物电极薄膜沉积在氧化铝上,作为阴极,炭和银为阴极的引出电极,这一点与固态钽电解电容结构相似(图3)。

  由于采用了新型的固态电解质,HL2电解电容具有液态电解电容无法企及的优良特性。这些电气性能对于提高计算机系统中以高频为特征的应用显得尤为重要。HL2电解电容的多种优良特性可以为主板提供进补疗效,HL2电解电容比液态电解电容的优势主要有三点。

  固体铝电解电容可以持续在高温环境中稳定工作,使用固态铝电解电容可以直接提升主板性能。同时,由于其宽温度范围的稳定阻抗,适于电源滤波。它可以有效地提供稳定充沛的电源,在超频中尤为重要。

  固态电容在高温环境中仍然能正常工作,保持各种电气性能。其电容量在全温度范围变化不超过15%,明显优于液态电解电容。同时HL2电解电容的电容量与其工作电压基本无关,从而保证其在电压波动环境中稳定工作。

  固态铝电解电容具有极长的使用寿命(使用寿命超过50年)。与液态铝电解电容相比,可以算作“长命百岁”了。它不会被击穿,也不必担心液态电解质干涸以及外泄影响主板稳定性。由于没有液态电解质诸多问题的困扰,固态铝电解电容使主板更加稳定可靠。

  固态的电解质在高热环境下不会像液态电解质那样蒸发膨胀,甚至燃烧。即使电容的温度超过其耐受极限,固态电解质仅仅是熔化,这样不会引发电容金属外壳爆裂,因而十分安全。

  工作温度直接影响到电解电容的寿命,HL2电解电容与液态电解电容在不同温度环境下寿命明显较长。

  ESR(Equivalent Series Resistance)指串联等效电阻,是电容非常重要的指标。ESR越低,电容充放电的速度越快,这个性能直接影响到微处理器供电电路的退藕性能,在高频电路中HL2电解电容的低ESR特性的优势更加明显。可以说,高频下低ESR特性是HL2电解电容与液态电容性能差别的分水岭。固态铝电解电容的ESR非常低,同时具有非常小的能量耗散。在高温、高频和高功率工作条件下固态电容的极低ESR特性可以充分吸收电路中电源线间产生的高幅值电压,防止其对系统的干扰。

  目前CPU的功耗非常大,主频已远远超出1GHz,同时CPU的峰值电流达到80A或更多,输出滤波电容已经接近工作临界点。另一方面,CPU采用多种工作模式,大部分时间处于工作模式的转换过程。当CPU由低功耗状态转为全负荷状态时,这种CPU的瞬间(一般小于5毫秒)切换需要的大量能量均来自CPU供电电路中的电容,此时固态电容高速充放电特性可以在瞬间输出高峰值电流,保证充足的电源供应,确保CPU稳定工作。

  由于各固态电容厂家采用各自的产品标识标准,所用要鉴别电解电容需要根据具体的生产厂家提供产品手册进行查阅。对于国产电容,其产品标识一般由四部分组成,第一部分为产品名称用字母C表示电容。第二部分一般用于标识材料,钽材料为A,铝材料为D。后面则标识容量和耐压值,如容量47μF,电容耐压25V。

  区分HL2电解电容和液态电解电容直观的方法是查看电容顶部是否有“K”或“十”字形的防爆凹槽,HL2电解电容顶部平整,没有防爆凹槽。还有一种固态和液态混合型的电解电容,其顶部的防爆凹槽较浅。另外,液态电解电容一般有各种颜色的塑料外皮。

  常见的是直插式封装,其外形为圆柱形,下方有两根金属引线作为电。

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