TWI693619B - 電容器複合構件 - Google Patents

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Abstract

電容器複合構件包括電解電容器和陶瓷電容器，它們並聯連接並佈置在殼體中。電解電容器設計為捲繞電容器，並且包括繞組和兩個電解電容器端子。陶瓷電容器佈置在電解電容器端子之間，並且佈置在電解電容器和由連接觸頭限定的接觸平面之間。由此實現了短的連接線和小的寄生串聯電感，從而避免了並聯諧振，並且電容器複合構件可以容易地、靈活地和可靠地集成到電子電路中。

Description

電容器複合構件
發明領域
本發明涉及如請求項1的前序部分所述的電容器複合構件。
發明背景
從US 2017/0018373 A1中已知一種電容器複合構件，其包括電解電容器和陶瓷電容器。陶瓷電容器與電解電容器並聯連接並佈置于電解電容器下方，從而陶瓷電容器在電容器複合構件的組裝狀態中處於電路板和電解電容器之間。
從JP 2017-199 867 A中已知一種電容器複合構件，其包括電解電容器和陶瓷電容器。陶瓷電容器與電解電容器並聯連接並佈置於殼體的外部，並由另外的密封環包圍。
發明概要
本發明的目的是提供一種電容器複合構件，其簡單、靈活和可靠地集成到電子電路中。
該目的藉由具有請求項1的特徵的電容器複合構件實現。根據本發明可見的是，已知的電容器複合構 件由於電解電容器和陶瓷電容器和相關的寄生串聯電感而具有彼此顯著不同的自諧振頻率。在自諧振頻率之間的頻率範圍內，電解電容器和陶瓷電容器的並聯連接用作並聯諧振電路，從而藉由並聯連接產生並聯諧振和不希望的阻抗過沖。由於在根據本發明的電容器複合構件中，電解電容器被設計為捲繞電容器，電解電容器和陶瓷電容器可以簡單靈活的方式在幾何上相互匹配，從而顯著減小用於電解電容器和陶瓷電容器的並聯連接的連接線的線長度。由於陶瓷電容器比電解電容器小得多，所以電解電容器端子的距離可以以簡單且靈活的方式適應陶瓷電容器的尺寸。
電解電容器和陶瓷電容器佈置於共同的殼體中。結果實現了短的線長度。殼體尤其在下側具有至少一個開口，連接觸頭延伸穿過該開口。殼體優選被構造為中空柱形。至少一個開口面向接觸平面。
藉由減小的線長度減少了寄生串聯電感，從而電解電容器的自諧振頻率和陶瓷電容器的自諧振頻率在較高頻率的方向上移動並且在很大程度上彼此適合。自諧振頻率之間的頻率範圍因此被移動並最小化，使得該頻率範圍不再影響電容器複合構件在所需工作頻率範圍內的電容特性。因此，根據本發明的電容器複合構件以可靠的方式具有所需的電氣特性，從而可以在電子電路中以簡單和靈活的方式集成該電容器複合構件。
術語“接觸平面”在功能上被理解為用於使電容器複合構件與電路板接觸的面。術語“接觸平面”決不 應理解為嚴格的幾何形狀。
如請求項2的電容器複合構件確保簡單且可靠地集成到電子電路中。由於捲繞軸線與接觸平面相交，電解電容器端子面向接觸平面，從而短的線長度得以實現。電解電容器端子優選在電解電容器的面向接觸平面的端面處離開繞組。優選地，電解電容器端子彼此間隔開和/或與捲繞軸線隔開。特別是電解電容器端子基本上平行於捲繞軸線延伸。
如請求項3的電容器複合構件確保簡單且可靠地集成到電子電路中。捲繞軸線優選垂直於接觸平面或電路板延伸，電路板上安裝有電容器複合構件。結果實現了短的線長度和對稱結構。優選地，電解電容器端子在電解電容器的面向接觸平面的端面處離開繞組。電解電容器端子優選彼此間隔和/或與捲繞軸線間隔地延伸。特別是電解電容器端子基本上平行於捲繞軸線延伸。
如請求項4的電容器複合構件確保簡單且可靠地集成到電子電路中。由於電解電容器端子在電解電容器的面向接觸平面的端面處離開繞組，可以實現短的線長度。電解電容器端子的橫向間距在幾何方面適合於陶瓷電容器，使得陶瓷電容器可以盡可能精確地佈置在電解電容器端子之間。
如請求項5的電容器複合構件確保了簡單、靈活和可靠地集成到電子電路中。因為在接觸平面方向上延伸的電解電容器端子彼此具有距離D，距離D基本上相 當於陶瓷電容器的橫向于或平行於接觸平面和/或垂直於捲繞軸線的尺寸d，陶瓷電容器可以以簡單的方式佈置在電解電容器端子之間。結果實現了短的線長度。線長度越短，尺寸d對應於距離D越準確。
如請求項6的電容器複合構件確保了簡單、靈活和可靠地集成到電子電路中。在陶瓷電容器的側向形成的陶瓷電容器端子，陶瓷電容器端子基本上垂直於接觸平面和/或平行於電解電容器端子延伸，實現與電解電容器端子的簡單接觸。由於陶瓷電容器佈置於電解電容器端子之間，電解電容器端子直接延伸經過陶瓷電容器端子，從而這些電解電容器端子還必須與陶瓷電容器端子接觸。陶瓷電容器端子佈置於陶瓷電容器的相對側，從而電解電容器端子緊鄰陶瓷電容器端子延伸。
如請求項7的電容器複合構件確保了簡單、靈活和可靠地集成到電子電路中。由於陶瓷電容器端子各自與相關的連接觸頭構成為一體，則線長度短並且連接線是低阻抗的。優選，陶瓷電容器端子側向形成在陶瓷電容器上，從而相應的陶瓷電容器端子和相關的連接觸頭形成L形。相應的電解電容器端子直接連接到相關的陶瓷電容器端子和/或相關的連接觸頭。
如請求項8的電容器複合構件確保了簡單、靈活和可靠地集成到電子電路中。沿接觸平面方向延伸的電解電容器端子以簡單的方式彎曲約90°，從而彎曲區段基本上平行於接觸平面延伸並形成與電解電容器端子以單 件方式構造的連接觸頭。因此，電解電容器端子和相關的連接觸頭之間的連接是短且低阻抗的。陶瓷電容器端子是優選地在陶瓷電容器上側向形成的，從而在接觸平面的方向上延伸的電解電容器端子直接延伸經過陶瓷電容器端子並且能夠以簡單的方式與陶瓷電容器端子接觸。
如請求項9的電容器複合構件確保了簡單、靈活和可靠地集成到電子電路中。電解電容器在端面上具有密封件，在該端面上，電解電容器端子從繞組中引出。密封件尤其由絕緣材料形成，例如橡膠材料。
如請求項10的電容器複合構件確保了簡單、靈活和可靠地集成到電子電路中。密封件尤其佈置於電解電容器的繞組和殼體中的連接觸頭之間。密封件尤其在殼體的至少一個開口的區域中延伸。
如請求項11的電容器複合構件確保了簡單、靈活和可靠地集成到電子電路中。陶瓷電容器佈置於密封件的凹槽中，從而電解電容器和陶瓷電容器之間的垂直於接觸平面或平行於捲繞軸線的距離盡可能低。結果實現了短的線長度。
如請求項12的電容器複合構件確保簡單且可靠地集成到電子電路中。由於相關的第一寄生串聯電感，電解電容器具有第一自諧振頻率SRFE，而陶瓷電容器由於相關的第二寄生串聯電感而具有第二自諧振頻率SRFK。由於電解電容器和陶瓷電容器的並聯連接的線長度相對較短，寄生串聯電感被顯著減小，自諧振頻率SRFE 和SRFK向更高的頻率移動並且彼此適合。因此，電容器複合構件或並聯電路在所需的工作頻率範圍內以期望的方式作為電容性構件來用，工作頻率範圍可以藉由電解電容器和陶瓷電容器的電容進行調節。因此，集成到電子電路中是簡單、靈活和可靠的。
1:電容器複合構件
2:電解電容器
3:陶瓷電容器
4:殼體
5:開口
6、7:連接觸頭
8:圍繞捲繞軸線
9:繞組
10、11:電解電容器端子
12:陰極箔
13:陽極箔
14:紙間隔件
15:電解質
16:密封件
17:凹槽
18:第一陶瓷電容器端子
19:第二陶瓷電容器端子
20:第一電極
21:陶瓷電介質
22:第二電極
CE:電容
CK:電容
ESRE、ESRE、ESRK:寄生串聯電阻
ELSE、ESLE、ESLK:寄生串聯電感
SRFE:第一自諧振頻率
SRFK:第二自諧振頻率
d:尺寸
f:頻率
D:距離
K:平面
α:角度
△F:工作頻率範圍
從以下幾個實施例的描述中，本發明的其他特徵、優點和細節將變得顯而易見。圖示：圖1是根據第一實施例的電容器複合構件的透視圖，圖2是穿過圖1中的電容器複合構件的軸向截面，圖3是圖1中的電容器複合構件的等效電路圖，圖4是電容器複合構件的阻抗關於頻率的變化曲線，和圖5是根據第二實施例的電容器複合構件的軸向截面。
具體實施方式
在下文中，借助圖1至圖4描述本發明的第一實施例。電容器複合構件1具有電解電容器2和陶瓷電容器3，它們並聯連接。電解電容器2和陶瓷電容器3佈置在殼體4中，殼體在下側具有開口5。殼體4是中空柱形設計的。連接觸頭6,7延伸通過開口5，連接觸頭限定了接觸平面K並且用於與未示出的電路板或電板接觸。
電解電容器2形成為捲繞電容器。電解電容 器2包括圍繞捲繞軸線8延伸的繞組9和從繞組9引出的電解電容器端子10，11。繞組9包括陰極箔12和陽極箔13，它們由紙間隔件14和電解質15隔開，紙間隔件14浸漬有電解質。第一電解電容器端子10與陰極箔12接觸，而第二電解電容器端子11與陽極箔13接觸。
捲繞軸線8與接觸平面K成角度α，其中，適用：45°
Figure 108119223-A0305-02-0009-3
α
Figure 108119223-A0305-02-0009-4
135°，特別是60°
Figure 108119223-A0305-02-0009-5
α
Figure 108119223-A0305-02-0009-6
120°，特別是75°
Figure 108119223-A0305-02-0009-7
α
Figure 108119223-A0305-02-0009-8
105°。優選適用：α=90°。繞組9佈置成使得捲繞軸線8與接觸平面K相交。所述電解電容器端子10，11在面向接觸平面K的一側從繞組9引出。
在繞組9和連接觸頭6，7之間佈置有在殼體4中的密封件16，該密封件將繞組9與陶瓷電容器3和連接觸頭6，7隔開。例如，密封件16由橡膠材料製成。密封件16具有凹槽17，陶瓷電容器3佈置在該凹槽中。凹槽17基本上佈置在捲繞軸線8的中心。因此，陶瓷電容器3佈置於電解電容器2和接觸平面K之間。
電解電容器端子10，11以彼此的距離D從繞組9引出。電解電容器端子10，11基本上彼此平行地並且平行於捲繞軸線8延伸到繞組9的外部。陶瓷電容器3(與接觸平面K平行地觀察)佈置在電解電容器端子10，11之間。陶瓷電容器3具有第一陶瓷電容器端子18和第二陶瓷電容器端子19，它們側向佈置在陶瓷電容器3上並且(與接觸平面K平行觀察)限定尺寸d。對於比率d/D，適用：0.7
Figure 108119223-A0305-02-0009-9
d/D
Figure 108119223-A0305-02-0009-10
1.3，特別是0.8
Figure 108119223-A0305-02-0009-11
d/D
Figure 108119223-A0305-02-0009-12
1.2，特別是 0.9
Figure 108119223-A0305-02-0010-13
d/D
Figure 108119223-A0305-02-0010-14
1.1。優選適用：d/D
Figure 108119223-A0305-02-0010-15
1。距離D和尺寸d越精確地一致，就越容易使電解電容器端子10，11與相應的陶瓷電容器端子18，19或連接觸頭6，7接觸。
為了電解電容器2和陶瓷電容器3的並聯連接，第一電解電容器端子10穿過密封件16並直接連接到陶瓷電容器端子18和/或直接連接到連接觸頭6。相應地，第二電解電容器端子11穿過密封件16並直接連接到第二陶瓷電容器端子19和/或直接連接到第二連接觸頭7。
第一陶瓷電容器端子18整體連接於第一連接觸頭6，從而它們一起具有L形。相應地，第二陶瓷電容器端子19一體地連接于第二連接觸頭7，從而它們形成L形。
陶瓷電容器3具有多個第一電極20，第一電極連接到第一陶瓷電容器端子18並由陶瓷電介質21與多個第二電極22分開，第二電極22連接到第二陶瓷電容器端子19。
電解電容器2具有電容CE、寄生串聯電阻ESRE和寄生串聯電感ESLE。因此，陶瓷電容器3具有電容CK、寄生串聯電阻ESRK和寄生串聯電感ESLK。圖3中示出了電解電容器2和陶瓷電容器3的並聯連接的等效電路圖。在圖3中的等效電路圖中忽略了相應漏電流的電阻。
電解電容器2具有第一自諧振頻率SRFE，適用於：
Figure 108119223-A0305-02-0011-1
因此，陶瓷電容器3具有第二自諧振頻率SRFK，適用於：
Figure 108119223-A0305-02-0011-2
連接線進入寄生串聯電感ESLE和ESLK，連接線即電解電容器端子10，11和陶瓷電容器端子18，19以及連接觸頭6，7。連接線的線長度越短，寄生串聯電感ESLE和ESLK越小。
由於電容器複合構件1的機械結構，連接線的線長度相對較短，從而自諧振頻率SRFE和SRFK增加並且低於自諧振頻率SRFE和SRFK，提供了相對較大的工作頻率範圍△F。在工作頻率範圍△F中，電解電容器2和陶瓷電容器3都表現為電容性的。特別是，電解電容器2的自諧振頻率SRFE由於相對較短的連接線而增加，從而電解電容器2的較低自諧振頻率SRFE適合於陶瓷電容器3的較高自諧振頻率SRFK。對於自諧振頻率SRFE與自諧振頻率SRFK的比率，適用：0.7
Figure 108119223-A0305-02-0011-16
SRFE/SRFK
Figure 108119223-A0305-02-0011-17
1.3，特別是0.8
Figure 108119223-A0305-02-0011-19
SRFE/SRFK
Figure 108119223-A0305-02-0011-20
1.2，尤其是0.9
Figure 108119223-A0305-02-0011-21
SRFE/SRFK
Figure 108119223-A0305-02-0011-22
1.1。藉由選擇容量CE和CK，可以根據需要使自諧振頻率SRFE和 SRFK彼此適配。
圖4定性地示出了作為頻率f的函數的電解電容器2和陶瓷電容器3的阻抗量。頻率f和阻抗量在橫坐標和縱坐標上以對數方式繪製。因為自諧振頻率SRFE和SRFK被移位到相對較高的頻率f，所以可獲得相對較大的工作頻率範圍△F。另外，自諧振頻率SRFE和SRFK之間的頻率範圍比較小，從而可以有效地避免在該頻率範圍內的並聯諧振和電解電容器2和陶瓷電容器3的並聯連接的阻抗過沖。
因為可以獲得相對較大的工作頻率範圍△F並且避免了在工作頻率範圍△F之外的阻抗過沖，電容器複合構件1能夠簡單、靈活、可靠地集成在電子電路中。
在下文中，借助圖5描述本發明的第二實施例。與第一實施例相反，第一電解電容器端子10與第一連接觸頭6構成為一體，它們一起形成L形。相應地，第二電解電容器端子11與第二連接觸頭7構成為一體，它們一起形成L形。關於進一步的構造和進一步的操作模式，參考前面的實施例。
一般而言，以下內容也適用。
電解電容器2例如形成為聚合物電解電容器。電解電容器2具有比陶瓷電容器3更高的電容。電解電容器2的電容CE可以高達1000μF，特別是高達3000μF，並且特別是高達5000μF。相反，陶瓷電容器的電容CK可以是3至100μF，特別是高達300μF，並且特別是高達 500μF。電容器複合構件1即使在相對高的頻率f下也具有低阻抗，並且因此當在電子電路中使用電容器複合構件1時，能夠實現開關脈衝的高干擾抑制。由於面積要求小，寄生效應低，組裝成本低，電容器複合構件1可以簡單，靈活，可靠的方式集成到電子電路中，並且可用於組裝印刷電路板或電路板。例如，電容器複合裝置1使開關調節器在整個頻率範圍上具有低阻抗，從而可以緩衝負載變化，並且可以藉由切換脈衝抑制干擾。相應的情況適用於開關轉換器，並且適用於需要用於負載跳變的負載緩衝器並且必須防止高頻開關脈衝傳播的其他應用。由於陶瓷電容器3設置在電解電容器端子10，11之間，連接線較短。由於陶瓷電容器3的寄生串聯電阻ESRK遠低於電解電容器2的寄生串聯電阻ESRE並且陶瓷電容器3在高頻下具有更好的高頻特性或更低的阻抗，電容器複合構件1具有改善的EMV特性(EMV：電磁相容性)。
1‧‧‧電容器複合構件
2‧‧‧電解電容器
3‧‧‧陶瓷電容器
4‧‧‧殼體
5‧‧‧開口
6、7‧‧‧連接觸頭
8‧‧‧圍繞捲繞軸線
9‧‧‧繞組
10、11‧‧‧電解電容器端子
12‧‧‧陰極箔
13‧‧‧陽極箔
14‧‧‧紙間隔件
15‧‧‧電解質
16‧‧‧密封件
17‧‧‧凹槽
18‧‧‧第一陶瓷電容器端子
19‧‧‧第二陶瓷電容器端子
20‧‧‧第一電極
21‧‧‧陶瓷電介質
22‧‧‧第二電極
d‧‧‧尺寸
D‧‧‧距離
K‧‧‧平面
α‧‧‧角度

Claims (9)

  1. 一種電容器複合構件，包括：殼體，兩個連接觸頭，其限定了接觸平面，電解電容器，所述電解電容器包括繞組和兩個電解電容器端子，所述電解電容器與所述連接觸頭導電連接，陶瓷電容器，所述陶瓷電容器與所述電解電容器並聯連接並且與所述連接觸頭導電連接，所述陶瓷電容器被佈置在所述電解電容器和所述接觸平面之間，所述陶瓷電容器被佈置在所述電解電容器端子之間，其特徵在於，所述電解電容器和所述陶瓷電容器藉由密封件隔開，所述電解電容器、所述密封件及所述陶瓷電容器被佈置在所述殼體中，所述密封件具有凹槽，所述陶瓷電容器被佈置在所述凹槽中。
  2. 如請求項1所述的電容器複合構件，其中，所述繞組限定了與所述接觸平面相交的捲繞軸線。
  3. 如請求項1或2所述的電容器複合構件，其中，所述繞組限定了捲繞軸線，所述捲繞軸線與所述接觸平面形成角度α，其中，適用的是：45°
    Figure 108119223-A0305-02-0017-23
    α
    Figure 108119223-A0305-02-0017-24
    135°，特別是60°
    Figure 108119223-A0305-02-0017-25
    α
    Figure 108119223-A0305-02-0017-26
    120°，特別是75°
    Figure 108119223-A0305-02-0017-27
    α
    Figure 108119223-A0305-02-0017-28
    105°。
  4. 如請求項1或2所述的電容器複合構件，其中，所述電解電容器端子在面向所述接觸平面的側面上從所述繞組引出。
  5. 如請求項1或2所述的電容器複合構件，其中，所述電解電容器端子彼此之間具有距離為D，並且所述陶瓷電容器平行於所述接觸平面且具有尺寸d，其中，適用的是：0.7
    Figure 108119223-A0305-02-0017-29
    d/D
    Figure 108119223-A0305-02-0017-30
    1.3，特別是0.8
    Figure 108119223-A0305-02-0017-31
    d/D
    Figure 108119223-A0305-02-0017-32
    1.2，特別是0.9
    Figure 108119223-A0305-02-0017-33
    d/D
    Figure 108119223-A0305-02-0017-34
    1.1。
  6. 如請求項1或2所述的電容器複合構件，其中，在所述陶瓷電容器上橫向形成兩個陶瓷電容器端子。
  7. 如請求項1或2所述的電容器複合構件，其中，所述陶瓷電容器具有兩個陶瓷電容器端子，所述陶瓷電容器端子分別與所述連接觸頭中的一個連接觸頭構成為一體。
  8. 如請求項1或2所述的電容器複合構件，其 中，所述電解電容器端子分別與所述連接觸頭中的一個連接觸頭構成為一體。
  9. 如請求項1或2所述的電容器複合構件，其中，所述電解電容器具有第一自諧振頻率SRFE，並且所述陶瓷電容器具有第二自諧振頻率SRFK，其中，適用的是：0.7
    Figure 108119223-A0305-02-0018-35
    SRFE/SRFK
    Figure 108119223-A0305-02-0018-36
    1.3，特別是0.8
    Figure 108119223-A0305-02-0018-37
    SRFE/SRFK
    Figure 108119223-A0305-02-0018-38
    1.2，尤其是0.9
    Figure 108119223-A0305-02-0018-39
    SRFE/SRFK
    Figure 108119223-A0305-02-0018-40
    1.1。
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