中心論題：

• 在計算機CPU的電源線路中
  ，當負載高速變化時會產生大的電壓波動，可能會導致嚴重的後果
• 解決這一問題最簡單最有效的方法是大量合理使用高性能去耦電容器
• PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器具有很多優點，是去耦電容的最佳選擇
• 通過實驗對三種電容器在減小電源電壓的瞬間波動的效果上進行了比較
• 經過實驗證實PA-Cap電容器可以有效地抑製電源電壓下降，穩定電路工作

解決方案：

• 大量合理使用高性能去耦電容器可以抑製CPU高速大負荷負載電流變化引起的瞬時電源電壓波動
• 在開關電源和數字電路中選用PA-Cap電容器是最好的選擇

引言
在計算機、通信
、網絡、數(shu)碼(ma)產(chan)品(pin)和(he)消(xiao)費(fei)電(dian)子(zi)等(deng)領(ling)域(yu)中(zhong)
，隨(sui)著(zhe)超(chao)大(da)規(gui)模(mo)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)技(ji)術(shu)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)的(de)進(jin)一(yi)步(bu)等(deng)比(bi)縮(suo)小(xiao)，集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)的(de)供(gong)電(dian)電(dian)壓(ya)持(chi)續(xu)降(jiang)低(di)。目(mu)前(qian)供(gong)電(dian)電(dian)壓(ya)降(jiang)到(dao)1.05V
，甚至更低，而耗散功率卻有增無減
，隨之電流則成倍地急劇增加。以計算機為例，下表列出了曆年的微處理器性能參數變化情況。
 

在zai個ge人ren計ji算suan機ji特te別bie是shi筆bi記ji本ben電dian腦nao中zhong
，由you於yu高gao速su大da負fu荷he負fu載zai電dian流liu的de急ji劇ju變bian化hua，使shi電dian源yuan電dian壓ya產chan生sheng波bo動dong

，是shi因yin為wei實shi際ji的de電dian源yuan平ping麵mian總zong是shi存cun在zai著zhe阻zu抗kang
，這zhe樣yang，在zai瞬shun間jian電dian流liu通tong過guo的de時shi候hou，就jiu會hui產chan生sheng一yi定ding的de電dian壓ya降jiang和he電dian壓ya波bo動dong。這zhe種zhong電dian壓ya波bo動dong會hui引yin起qi數shu字zi電dian路lu存cun儲chu性xing器qi件jian中zhong的de數shu據ju意yi外wai翻fan轉zhuan而er產chan生sheng誤wu動dong作zuo

，其qi後hou果guo是shi十shi分fen嚴yan重zhong的de
，解jie決jue這zhe一yi問wen題ti是shi至zhi關guan重zhong要yao的de。

目mu前qian一yi種zhong方fang法fa是shi減jian小xiao電dian源yuan阻zu抗kang，然ran而er由you於yu非fei理li想xiang因yin素su的de存cun在zai，實shi際ji上shang電dian源yuan阻zu抗kang的de設she計ji不bu可ke能neng十shi分fen小xiao。而er解jie決jue這zhe一yi問wen題ti的de最zui簡jian單dan也ye最zui有you效xiao的de方fang案an是shi大da量liang合he理li使shi用yong高gao性xing能neng去qu耦ou電dian容rong器qi。

一、電路的去耦電容器
去耦電容有兩種作用：一是作為電路電源的蓄能
，相當於起到電池的作用
，提供該數字電路脈衝瞬間的充放電能
，以滿足電路中電流的變化需要

；二是因為各部分電路共用一個電源,以消除由於電源的公共阻抗或布線電感而引起各電路相互間的耦合幹擾。

普通電解電容器由於內阻大

，瞬時響應慢、高(gao)頻(pin)特(te)性(xing)差(cha)，已(yi)難(nan)以(yi)適(shi)應(ying)計(ji)算(suan)機(ji)超(chao)大(da)規(gui)模(mo)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)的(de)高(gao)速(su)大(da)負(fu)荷(he)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)變(bian)化(hua)的(de)需(xu)求(qiu)。因(yin)此(ci)，目(mu)前(qian)在(zai)計(ji)算(suan)機(ji)尤(you)其(qi)是(shi)筆(bi)記(ji)本(ben)電(dian)腦(nao)已(yi)大(da)量(liang)采(cai)用(yong)了(le)高(gao)分(fen)子(zi)導(dao)電(dian)材(cai)料(liao)的(de)聚(ju)合(he)物(wu)電(dian)容(rong)器(qi)。

計算機的電源和CPU電源直流轉換電路都采用開關電源的方式
，電源輸出的雜波頻率都在幾十KHz至幾百KHz。為wei了le實shi現xian計ji算suan機ji低di功gong耗hao化hua，在zai其qi內nei部bu設she置zhi有you停ting止zhi時shi鍾zhong的de電dian路lu。一yi旦dan計ji算suan機ji要yao進jin入ru休xiu眠mian狀zhuang態tai
，便bian利li用yong停ting止zhi時shi鍾zhong電dian路lu，使shi開kai關guan電dian源yuan停ting止zhi工gong作zuo，減jian少shao電dian力li消xiao耗hao。這zhe樣yang，電dian路lu將jiang頻pin繁fan地di改gai變bian接jie通tong/斷開的狀態。為此

，開關電源要具備相當快的響應速度，就必須采用電流轉換能力強
、高頻特性好、ESR等效串聯電阻低的PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器作為去耦電容，減小電源電壓的瞬間波動，以使計算機工作具有高穩定性和可靠性。

二、電路的三種類型電容器實驗
下麵在模擬計算機的CPU高速大負荷負載電流變化時的電路中，用AL液體鋁電解電容器、TA片式疊層鉭電解電容器和PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器進行平滑電流的波動
，在CPU電源與負載工作時電壓變化的實驗應用效果比較。

實驗模擬電路如下圖所示：

計算機電源與負載工作時的實驗電路模型

由E、CE、rE組成模擬電源，電源電壓E＝4 V，電源內阻rE＝1Ω
；CT為去耦（測試）電容；
Rs為CPU休眠負載；G、RL組成模擬CPU高速大負荷電流變化的負載。

實驗電路原理：
在計算機中，由於CPUgongzuozhuangtaitongchangshicongxiumianzhuangtaishunjianjinruquanbudianlutongshikaishigongzuozhuangtai。dianyuanbufenduiyingzhezhongfuzaijijubianhuafanyingweidianliubunengjishigongying。shangtumonilejisuanjideCPU電源與負載之間工作時的模擬實驗電路。

電源E


、CE輸出4 V直流電壓，經電源內阻rE降壓後，在CPU休眠負載Rs上得到2.9 V的電壓，Is=0.173(A)。G作為開關管，其導通或截止模擬500KHz高速大負荷電流IL=0.88(A)的負載RL接入休眠負載中
，電源負載電流急劇增加5倍而引起電源電壓波動。測試檢驗三種不同類型的CT去耦電容在瞬間釋放電能供應大電流以抑製電源電壓下降的能力與效果。

實驗儀器：
1
、 DF1731SL2A電源
2
、 YB1620H DDS 數字合成函數波形發生器
3
、 TDS1002 60MHZ數字示波器

實驗條件：
CPU休眠時電流Is=0.173(A)
CPU負載時電流IL=0.88(A)
CPU電源休眠與負載的電流變化量為5倍
模擬CPU負載的開關頻率f= 500 KHz；

實驗測試方法：
將CT測試電容用液體鋁電解電容器（1000μF）

、固體鉭電解電容器（470μF、220μF）和PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器（56μF、82μF）分別接入，用數字示波器在CT電容器兩端測試輸出的電壓波形。
實驗測試波形：
1
、當測試電容為(AL)液體鋁電解電容器CT=1000μF ESR=56mΩ時
，輸出電壓下跌值為232mV。


2、當測試電容為(Ta)鉭電解電容器CT＝470μF ESR=149mΩ時
，輸出電壓下跌值為292mV。


3
、當測試電容為(Ta)鉭電解電容器CT＝220μF ESR=73mΩ時，輸出電壓下跌值為172mV。


4


、當測試電容采用(PA-Cap)聚合物片式疊層鋁電解電容器CT＝56μF ESR=23mΩ時，輸出電壓下跌值為90mV。


5
、當測試電容采用(PA-Cap)聚合物片式疊層鋁電解電容器CT＝82μF ESR=13mΩ時，輸出電壓下跌值僅為66mV。


實驗數據：

三
、電路的實驗分析：
從以上的實驗波形和數據可見，用三種不同類型的去耦電容器在電路中的作用與效果：

1、AL液體鋁電解電容器雖然容量大（1000μF）、ESR值較低（56 mΩ）
，但由於是卷繞型結構的電容器其等效串聯電感ESL值大、電解液離子電導率低（λ＝0.01S/cm）, 瞬時響應慢而高頻特性差導致應用效果不佳，電源電壓變化值為232mV。

2、Ta固體片式鉭電解電容器，其中470μF雖然容量較大，ESR值卻較高（149 mΩ）而效果還不如220μF（73mΩ）的好。因此，由於ESR值較高，電容的陰極材料MnO2的電導率較低（0.1S/cm）,其高頻特性不好而使得應用效果不理想，電源電壓變化值達到了292mV和172mV。

3、PA-Cap聚合物鋁片式疊層電解電容器，具有極低的等效串聯電阻（ESR）值

，采用PPY導電高分子聚合物作為電容的陰極材料
，其電導率達到100S/cm, 具有快速的電流轉換能力和瞬時響應能力,理想的頻率特性
，隻要用小容量的PA-Cap(56μF)比固體鉭電容（220μF、470μF）和液體鋁電容（1000μF）的應用效果強數倍。

四、實驗結論
在模擬計算機CPU電源的應用實驗證明：為抑製CPU高速大負荷負載電流變化而引起的瞬時電源電壓波動，選擇λ電導率高

、ESR值和ESL值低
，瞬時響應能力強的作為電源補償電容（多個並聯效果更佳），對於CPU電路所用電容器的選擇是十分重要的。

結語
新型電解電容器——聚合物片式疊層鋁電解電容器（PA-Cap），具有高電導率
，極低的等效串聯電阻（ESR）值和等效串聯電感（ESL）值
，穩定的頻率特性和溫度特性
，寬溫長壽命高可靠性。PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器應用於計算機CPU中
，能在負載急劇變化時及時提供電流
，抑製電源電壓下降，有效地穩定電路工作。PA-Cap聚合物片式疊層鋁電解電容器在數字電路的電源中使用,可以進一步提高電子整機工作性能的穩定性和可靠性。