浅谈高温金属化聚丙烯膜交流脉冲电容器的设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅谈高温金属化聚丙烯膜交流脉冲电容器的设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】采用新型耐高温金属化聚丙烯膜材料作为介质和电极，采用高温绝缘环氧树脂灌封料进行封装，采用加严的制作工艺，设计出耐高温（上限类别温度为125℃）的金属化聚丙烯膜介质交流脉冲电容器，扩展了聚丙烯膜电容器的应用范围。

【关键词】高温；金属化聚丙烯膜；交流脉冲；电容器；损耗；电晕

1.绪言

随着电子科学技术的发展和进步，21世纪的能源问题越来越引人瞩目，全球各个行业都在大张旗鼓的节能，照明行业就是其中的一部分，据不完全统计，照明用电量很大，因而节能潜力巨大，这给照明行业的元器件供应商提供了商机和挑战。电容器行业就是其中的一个受益者，特别是在白炽灯、电感式镇流器被禁用，随着紧凑型节能灯、电子式镇流器及第四代照明光源或绿色光源LED快速发展的情况下，研发长寿命、高功率电子产品是照明行业的新的发展趋势。

本文主要是从产品设计思路上浅谈如何设计出额定温度为105℃，工作温度范围为-55℃ ～+125℃的耐高dv/dt脉冲爬升速率的耐高温聚丙烯膜交流脉冲电容器？

2.市场调查

该类产品主要应用于照明市场的电子镇流器和LED中，市场需求量比较大，风险性小，客户群主要有飞利浦等全球五大照明厂商，典型的应用电路如下：

2.1 电子镇流器

主要分欧洲电路（如图1所示）和美国电路（如图2所示）两种。

a.欧洲电路：用在C6、C7、C9位置，C6、C7起缓冲作用，C9位置起谐振作用；

3.技术要求

4.产品设计及工艺控制

4.1 介质材料的选定

聚丙烯材料以其介质损耗低，稳定性好，体积电阻率高，吸水率低，热收缩率小等特点，比较适合用在交流与脉冲应用场合。目前聚丙烯膜根据不同的使用要求，分为普通聚聚丙烯膜，高温聚丙烯膜，现把它们的性能对比见表1、表2。

根据表1、表2的对比，我们采用耐温性能、击穿场强高、热收缩率好的高温聚丙烯膜具作为该类电容器的电介质。

4.2 金属化膜极板及产品结构的选择

4.2.1 金属化膜镀层材料及方阻的选择

电极在电容器中起着聚集电荷的作用，它的形式随着电容器结构和应用场合的不同而不同，本文研究的产品主要是应用在照明行业中的高温、高频交流场合，要求电容器需承受连续（正弦波）交流有效值电压Vrms或交流有效值电流Irms的能力要高。

因此，采用较低的方块电阻（一般为3.0Ω/ ±30%）的铝金属作为电极材料，确保有良好的接触端面及良好的电流脉冲强度及较低的ESR，保证产品的耐大电流能力。

4.2.2 产品结构的选择

由于该产品在使用过程中会长期工作在高频交流电压下，所以必须考虑产品的电晕问题。电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，空气游离发生放电形成电晕。

4.3 灌封绝缘材料的选择

因该产品长期工作在高温、高频交流脉冲电压下，需要研制开发出一种耐高温特性、致密性、传热性能好的灌封料，经过多轮的对主剂A的成分以及各成分之间的配比、主剂B的成分以及各成分之间的配比、主剂A与固化剂B配比的实验摸索验证，研制出了一种新型的耐高温性能好，可自动灌封的高温固化黑色环氧树脂灌封料，把灌封该灌封料和普通灌封料的产品去做高温耐久性实验（如表3所示），该灌封料灌封的产品容量损失比常温料的损失小，并且性能远远满足GB/T 14579-93标准规定的等级1的要求。

4.4 工艺控制

4.4.1 卷绕工艺的控制

因该产品在客户端上电路板时会先经过1分钟～2分钟的高温预烘，然后进行260℃，10s的波峰焊接，这里不同的客户有不同的要求，如：某知名照明客户的焊接曲线（如图5所示）。所以对产品的高频损耗要求极高，并且产品经过高温耐焊接热后高频损耗不会变坏恶化。

影响产品高频损耗变坏的主要原因是金属电极蒸镀层与喷金层（电极引出层）之间的接触损耗。因此，如何控制好卷绕后芯子端面的质量问题非常关键，笔者针对端面质量问题，做了普通工艺和加严工艺两种实验方案作业产品的对比实验（见表4），根据实验数据可以看出，端面质量加严工艺生产的产品实验后容量损失、tgδ100kHz的变化均比普通工艺条件的好。

所以，为了满足客户苛刻的要求，卷绕必须按照加严工艺对芯子端面的质量进行控制。

4.4.2 喷金工艺的控制

实际应用中，快速变化的电压脉冲会导致电容流过很大的峰值电流。这些大电流会在金属喷金层和金属膜之间的连接区域产生热损耗。为避免过高的温度对这些区域的损害，需提高产品的抗脉冲承受能力（很高的脉冲爬升速率dv/dt和脉冲特征K0值）。

因此，为了提高产品的耐dv/dt的能力，笔者经过多轮的实验验证（产品经过10倍GB/T 14579-93标准实验条件快速充放电的耐dv/dt的能力测试（如表5所示）），选择了一种新型的附着力好、接触电阻低的无铅金属材料作为电极引出层，并且在喷涂过程中，加严控制了喷金的颗粒度、喷金的气压、喷金的电压、喷金的电流及喷枪的高度等关键因素，从而提高了产品的耐脉冲爬升速率dv/dt的能力。

5.结论

经过笔者多轮的实验验证，再结合严格的特殊工艺控制，已经研制出该类型的产品，产品的各项性能均能符合GB/T 14579-93标准性能1级的要求，从而扩展了聚丙烯膜电容器的应用范围。目前，该产品的性能已经获得飞利浦等全球五大照明厂商的认可。

参考文献

[1]电子元器件专业技术培训教材编写组，焦桐顺.电容器[M].电子工业出版社，1985.

[2]章文捷，马静.绝缘导热有机硅灌封料的研制与应用[J].电子工艺技术，2004.

[3]陈永真编著.电容器及其应用[M].北京：科学出版社， 2005.

作者简介：袁超（1978—），男，云南人，在职硕士研究生，工程师，主要研究方向：薄膜电容器的设计开发。