聚丙烯電容器的結(jié)構(gòu)以及局部放電效應(yīng)說(shuō)明

聚丙烯膜電容器是有感結(jié)構(gòu)，用聚丙烯作為電介質(zhì)和鋁箔為電極繞制而成，導(dǎo)線采用鍍錫銅包鋼線，使用環(huán)氧樹(shù)脂包封。體積小，重量輕;更好穩(wěn)定性和可靠性。引線直接點(diǎn)焊于電極，損耗小。廣泛用于電視機(jī)，收錄機(jī)，DVD及各種通訊器材電子儀器的直流、脈沖電路中。

在性能數(shù)據(jù)中，聚丙烯是電力應(yīng)用的有力競(jìng)爭(zhēng)者，具有寬電壓和電容范圍以及良好的自愈性能。在所有頻率下特別低的耗散因數(shù) (DF) 也很重要;DF 是 ESR 與容抗 ZC = 1/2πfC 之比。與其他電介質(zhì)相比，較低的數(shù)字意味著較低的加熱效應(yīng)，并且是比較電容器類(lèi)型每微法容量損失的一種方式。通常，DF 隨溫度和頻率的變化略有變化，但聚丙烯在比較中表現(xiàn)最好。

對(duì)于不太重要的電力應(yīng)用，聚酯可以是一種出色的低成本選擇，因?yàn)樗哂懈弑入娙?CV/體積)和寬溫度范圍。

聚丙烯電容器結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在更詳細(xì)地研究聚丙烯電容器，有兩種基本結(jié)構(gòu)——金屬箔和金屬沉積。在前者中，大約 5 微米厚的金屬箔夾在介電層之間，具有高峰值電流能力，但沒(méi)有自愈能力。在金屬化薄膜結(jié)構(gòu)中，鋁或鋅或鋅合金在約 1200°C 下在真空下沉積到聚丙烯薄膜上，厚度約為 20 至 50nm。薄膜在沉積過(guò)程中保持低溫，通常為 -25°C 至 -35°C。在此過(guò)程中，啟用了自我修復(fù)。在使用中，局部擊穿會(huì)導(dǎo)致劇烈加熱，可能高達(dá) 6000°C，從而形成等離子弧。這會(huì)局部蒸發(fā)金屬化層，等離子的快速膨脹會(huì)熄滅電弧，在大約 10μs 內(nèi)隔離缺陷區(qū)域并允許電容器繼續(xù)工作。失去了一些能力，但影響微乎其微，

金屬化有時(shí)在薄膜上被分割成數(shù)百萬(wàn)個(gè)區(qū)域，狹窄的“門(mén)”將電流饋入這些部分并充當(dāng)嚴(yán)重過(guò)載的保險(xiǎn)絲。由于總電流路徑的變窄，峰值電流處理能力略有降低，但引入的額外安全裕度因此允許電容器額定電壓更高。

在某些設(shè)計(jì)中，箔和金屬化結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，以在峰值電流處理和自愈之間提供折衷的性能。金屬化也可以從電容器的邊緣分級(jí)，以便邊緣處較厚的材料提供更好的電流處理和更堅(jiān)固的焊接或焊接端接。分級(jí)可以是階梯式的或連續(xù)的。

局部放電效應(yīng)

所使用的聚丙烯薄膜的介電強(qiáng)度約為 650V/μm，厚度約為 2μm，因此很容易獲得幾 kV 的器件額定電壓，零件電壓為 100kV。盡管在非常高的電壓下會(huì)產(chǎn)生影響——局部放電或“PD”。有時(shí)稱(chēng)為“電暈”，這是介電材料主體中的微孔或絕緣層之間的氣隙的擊穿。其效果是在絕緣中插入“部分”短路，有效縮短絕緣路徑并局部降低擊穿閾值電壓。每個(gè)短路都會(huì)對(duì)剩余的絕緣層施加額外的壓力，隨著時(shí)間的推移它們會(huì)累積，達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)，并發(fā)生完全擊穿。局部放電的檢測(cè)依賴(lài)于專(zhuān)用設(shè)備，通過(guò)高壓測(cè)試期間流動(dòng)的瞬態(tài)額外電流記錄單個(gè)擊穿事件。事件中的能量雖然以皮庫(kù)侖為單位測(cè)量，但很難檢測(cè)到，但它可以很好地衡量絕緣狀況隨時(shí)間的變化。這 'Paschen 曲線描述了 PD 效應(yīng)”，曲線 A，其特征是微孔尺寸和擊穿電壓之間的關(guān)系中的“最小值”鮮為人知。曲線 B 和 C 是通過(guò)絕緣體的兩個(gè)示例場(chǎng)強(qiáng)——Paschen 曲線 (A) 上方的點(diǎn)可能會(huì)產(chǎn)生 PD 擊穿。PD 具有用于開(kāi)始擊穿的“起始”電壓，但在擊穿停止之前具有較小的“熄滅”電壓。

用油浸漬高壓電容器有助于通過(guò)從絕緣界面置換具有較低擊穿閾值的空氣來(lái)治療 PD。樹(shù)脂填充的低壓電容器在這方面也有幫助，并且還提高了機(jī)械強(qiáng)度。

PD 是由電場(chǎng)強(qiáng)度 (kV/mm) 引起的效應(yīng)，因此較厚的介電材料不易受到影響，但以相同 CV 額定值的較大尺寸組件為代價(jià)。電容器可以串聯(lián)連接，以便它們單獨(dú)看到較低的電壓應(yīng)力，低于 PD 起始點(diǎn)，但可能需要平衡電阻器。有時(shí)高壓電容器由一個(gè)外殼中的串聯(lián)元件組成，以避免 PD。