具有极低的等效串联电阻(ESR)，降低纹波电压能力强，允许通过更大纹波电流。聚合物片式叠层铝电解电容器在高频下，阻抗曲线呈现近似理想电容器特性。在频率变化情况下，电容量非常稳定。此类电容器主要应用于主板(笔记本电脑、平板显示器、数字交换机 )旁路去耦/储能滤波电容、开关电源、DC/DC变换器、高频噪声抑制电路及便携式电子设备等。
国际上只有松下、红宝石、基美等少数几家生产此类电容器，国内目前只有国光生产的PA-CAP聚合物片式叠层铝电解电容器。
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聚合物电容是采用高电导率的聚合物材料作为阴极的片式叠层铝电解电容器，具有超越现有液体片式铝电解电容器和固体片式钽电解电容器的卓越电性能。聚合物电容在额定电压范围内，无需降压使用。
具有极低的等效串联电阻(ESR)，降低纹波电压能力强，允许通过更大纹波电流。聚合物片式叠层铝电解电容器在高频下，阻抗曲线呈现近似理想电容器特性。在频率变化情况下，电容量非常稳定。此类电容器主要应用于主板(笔记本电脑、平板显示器、数字交换机 )旁路去耦/储能滤波电容、开关电源、DC/DC变换器、高频噪声抑制电路及便携式电子设备等。
国际上只有松下、红宝石、基美等少数几家生产此类电容器，国内目前只有国光生产的PA-CAP聚合物片式叠层铝电解电容器。
本项目针对电容器储能密度不够高、介电材料的综合性能不好以及介电材料成膜技术等问题，瞄准柔韧性好、加工性好的全有机聚合物复合材料，通过对聚合物材料结构与其介电性能之间关系的深入研究，开发综合介电性能好、热稳定性好、成膜特性好的全有机高介电聚合物复合材料。利用流延发、旋涂发、静电自组装超薄膜以及LB超薄膜等成膜技术制备适合电容器用的新型高介电聚合物薄膜，并将其应用于自主设计的叠片式聚合物电容器结构中，开发出具有自主知识产权的高储能密度叠片式聚合物电容器，有效解决目前高介电材料加工性能与介电性能之间的矛盾。本项目还对组成高储能密度的各聚合物膜层间的界面性能、相容性及其电子输运原理进行研究，为高介电聚合物薄膜在电子器件中的进一步应用提供理论依据。本项目的研究成果不仅可提高我国相关领域的基础研究水平和自主创新能力，并可打破国外技术封锁，对于提升我国储能器件性能，具有重要意义。
有机薄膜电容器具有极高的功率密度，能将储存在电容器中的能量在ms或us的极短时间内释放出来，在电磁轨道炮、电磁弹射、激光武器等脉冲功率系统中有着巨大的应用前景。此外，有机薄膜电容器在民用领域也有较大应用需求，如新能源汽车的逆变器、医用除颤器等。本项目针对目前普遍使用的薄膜电容器材料介电常数低、储能密度低以及新材料加工性能差的问题，瞄准柔韧性好、加工性好的全有机聚合物复合材料，通过研究新型的高介、电高储能密度材料结构与性能之间的关系，开发出综合介电性能好、成膜特性好的高介电聚合物复合材料。本项目采用溶液流延法对高介电聚合物材料PVDF基聚合物进行了系统的研究，发现分子量、溶剂种类、溶液浓度、驱溶温度等参数对含氟聚合物性能都有较大的影响。本项目对新型介电聚合物材料进行了研究，研究了理论击穿电场强度很高的聚脲基聚合物，通过对单体的优选与实验过程中参数的优选，获得了理论储能密度6.55J/cc的聚脲聚合物材料。本项目将流延法、旋涂法、静电自组装、3D打印等成膜技术应用于薄膜的制备过程中，并将其应用于制备叠片式聚合物电容器，研发出具有自主知识产权的高储能密度叠片式聚合物电容器，并制备了高储能密度叠片式聚合物电容器阵列，有效解决了目前高介电材料加工性能与介电性能之间的矛盾。
与"寄生电容" 相关的学术图片
电源纹波和瞬态规格会决定所需电容器的大小，同时也会限制电容器的寄生组成设置。图1 显示一个电容器的基本寄生组成，其由等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)组成，并且以曲线图呈现出三种电容器(陶瓷电容器、铝质电解电容器和$铝聚合物电容器)的阻抗与频率之间的关系。表1显示了用于生成这些曲线的各个值。这些值为低压(1V – 2.5V)、中等强度电流(5A)同步降压电源的典型值。
表1:三种电容器比较情况，各有优点。
低频下，所有三种电容器均未表现出寄生分量，因为阻抗明显只与电容相关。但是，铝电解电容器阻抗停止减小，并在相对低频时开始表现出电阻特性。这种电阻特性不断增加，直到达到某个相对高频为止(电容器出现电感)。铝聚合物电容器为与理想状况不符的另一种电容器。有趣的是，它拥有低ESR，并且ESL很明显。陶瓷电容器也有低ESR，但由于其外壳尺寸更小，它的ESL小于铝聚合物和铝电解电容器。
图1 寄生对陶瓷、铝和铝聚合物电容器阻抗的改变不同
图2 显示运作在500kHz下的连续同步调节器模拟的电源输出电容器波形。它使用图1 所示三种电容器的主要阻抗:陶瓷电容;铝ESR;铝聚合物ESL。
红色线条为铝电解电容器，其由ESR主导。因此，纹波电压与电感纹波电流直接相关。蓝色线条代表陶瓷电容器的纹波电压，其拥有小ESL和ESR。这种情况的纹波电压为输出电感纹波电流的组成部分。由于纹波电流为线性，因此这导致一系列时间平方部分，并且外形看似正弦曲线。
最后，绿色线条代表纹波电压，其电容器阻抗由其ESL主导，例如:铝聚合物电容器等。在这种情况下，输出滤波器电感和ESL形成一个分压器。这些波形的相对相位与我们预计的一样。ESL主导时，纹波电压引导输出滤波器电感电流。ESR主导时，纹波与电流同相，而电容主导时，其延迟。现实情况下，输出纹波电压并非仅包含来自这些元件中之一的电压。相反，它是所有三个元件电压之和。因此，在纹波电压波形中都能看到其某些部分。
图2 电容器及其寄生要素在连续同步降压调节器中形成不同的纹波电压
图 3 显示了一个深度连续反激或者降压调节器的波形，其输出电容器电流可以为正和负，而具体状态会不断快速变化。红色线条清楚表明了这种情况，其电压由这种电流乘以ESR得出，结果则为一种方波。电容器元件的电压为方波的组成部分。它导致线性充电和放电，如蓝色三角波形所示。最后，仅当电流在过渡期间变化时，电容器ESL的电压才明显。这种电压会非常高，取决于输出电流升时间。请注意，在这种情况下，绿色线条需除以10(假设25 nS电流过渡)。这些大电感尖峰就是在反激或降压电源中经常出现双级滤波器的众多原因之一。
图3 波形随连续反激或者降压输出电流而变化
总之，输出电容器的阻抗有助于提高纹波和瞬态性能。随着电源频率升高，寄生问题的影响更大、更不应忽视。在20kHz附近，铝电解电容器的ESR大到足以主导电容阻抗。在100kHz时，一些铝聚合物电容表现出电感。电源进入兆赫兹开关频率时，请注意所有三种电容器的ESL。
高储能密度叠片式聚合物电容器阵列研究项目摘要
