CN101197211A

CN101197211A - 一种金属化聚酯薄膜电容及其制造方法及用途

Info

Publication number: CN101197211A
Application number: CN 200610124062
Authority: CN
Inventors: 孔星; 尤枝辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2008-06-11

Abstract

本发明涉及一种金属化聚酯薄膜电容，包括由金属化聚酯薄膜卷绕而成的芯子，其特征是：所述的金属化聚酯薄膜的金属镀层为锌铝合金镀层。本发明的有益效果有：聚酯薄膜电容比电解电容在DC滤波应用这里性能更优越，耐压更高，更稳定及寿命更长。

Description

一种金属化聚酯薄膜电容及其制造方法及用途

所属技术领域

本发明涉及DC滤波电容，尤其是一种金属化聚酯薄膜电容及其制造方法及用途。

背景技术

目前DC滤波电容要求的容量比较高，一般在300～3000μF之间，长期以来人们大多采用电解电容，因为电解电容具有单个电容容量大，体积小的优点。然而相对电解电容的优点，它的缺点也是同样明显的，那就是耐压低，性能不稳定和寿命短。电解电容所使用的氧化铝的电介质属性和电解液的传导率限制了它的最高耐压值，典型的电解电容最大标称电压为500V到600V。所以在要求更高电压的情况下，使用必须将多只电容串联；同时，由于各电容的绝缘电阻不同，使用者必须给每个电容上连接电阻以平衡电压，无形中增加了电容的不稳定因素。此外，如果超过额定电压1.5倍的反向电压加在电解电容上，会引起内部发生化学反应，如果持续时间过长，还可能造成爆炸或随着电容内部压力上升造成电解液流出，这些状况对于使用过程是很危险的。造成电解电容的寿命短的不稳定因素还包括：电容的参数随环境温度变化大；损耗角大，所以抗谐波能力小，失效比例大；允许承受的最大浪涌电压低，只有额定电压的1.15倍或1.2倍，因此使用者选用电容不得不考虑浪涌电压而非标称电压。

而事实上，DC滤波电容也可以采用由金属化薄膜卷绕而成薄膜电容。现有的薄膜电容主要采用聚丙烯薄膜和聚酯薄膜两种不同性能的绝缘材料，用它们作电介质的金属化薄膜电容也体现出不同的特性。其中聚丙烯的分子是无极性分子，在交变的电场作用下其分子运动是无规律的，因此它的性能非常稳定，具有耐压高，温度特性稳定，损耗角小，电感量小，抗浪涌能力强，寿命长的特点。所以聚丙烯薄膜电容比较适用于交流场合。但是聚丙烯薄膜电容单个的电容容量较小，体积大，一般比同容量的电解电容大10倍左右。使用者出于对成本考虑及安装空间的限制，难以大范围地应用聚丙烯薄膜电容。

而对于聚酯薄膜电容，除了具有聚丙烯薄膜电容耐压高，温度特性稳定，损耗角小，电感量小，抗浪涌能力强，寿命长的特点外，更重要的是聚酯薄膜的电介质常数为3.2，大于聚丙烯薄膜的2.2，因此相同大小的聚酯薄膜电容具有更大的容量。然而由于聚酯薄膜的分子是有极性的，在交变的电场下会形成偶极子，偶极子在交变电场下会相互碰撞，长期工作就会造成电容发热严重以至容易失效，所以现有金属化的聚酯薄膜电容应用于直流或脉冲的使用场合。一般根深蒂固的观点认为，在电力电子的DC滤波场合，电容的使用场合是交流的，必须使用聚丙烯薄膜电容。而申请人仔细分析DC滤波电容的应用后，发现实际情况并非如此。为此，申请人深研聚酯薄膜电容的机理，解决了聚酯薄膜电容应用于电力电子的DC滤波的问题，遂提出本专利申请。

发明内容

本发明目的是提供一种能用于电力电子DC滤波的金属化聚酯薄膜电容，该电容既具有了电解电容和金属化聚丙烯薄膜电容的优点，同时又避免出现它们的缺点的。

本发明的技术解决方案如下：

一种金属化聚酯薄膜电容，包括由金属化聚酯薄膜卷绕而成的芯子，其特征是：所述的金属化聚酯薄膜的金属镀层为锌铝合金镀层。

所述的金属镀层边缘加厚。

一种金属化聚酯薄膜电容的制造方法，包括芯子卷绕工序，其特征是：在芯子卷绕完成后进行真空热定型处理。

一种金属化聚酯薄膜电容的用途，其特征是：在DC滤波电路中并联在整流桥后直流的一侧，起滤波稳压作用。

本发明的有益效果有：

聚酯薄膜电容比电解电容在DC滤波应用这里性能更优越，耐压更高，更稳定及寿命更长。聚酯薄膜电容比聚丙烯电容体积小，且能达到同样的优越效果。

聚酯薄膜电容把电解电容和金属化聚丙烯薄膜电容的优点集中在一起，又避免出现它们的缺点，在性能和成本两方面考虑，确实是在DC滤波场合替代电解电容的最佳方案。

附图说明

图1是电容器整体结构示意图。

图2是电容器用金属化聚酯薄膜结构示意图。

图3是典型的DC滤波电路图。

图4是DC滤波电路的电压波形图。

图5是DC滤波电路的纹波电压示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参阅图1和图2，一种金属化聚酯薄膜电容，该电容器包括引出端子3，壳体5，灌封料4，电容器芯子1，壳体5周围设有绝缘层2；电容器芯子1由金属化聚酯薄膜11卷绕而成；包括电容器极板和聚酯薄膜介质，薄膜厚度视额定电压决定，为4～8μm厚，电容器极板是聚酯薄膜介质蒸镀的锌铝合金镀层12，在蒸镀时，薄膜镀层边缘有加厚边13。

由于聚酯薄膜的电介质常数为3.2，大于聚丙烯薄膜的2.2，相同大小的电容会有更大的容量。因此聚酯薄膜电容较聚丙烯薄膜电容能够取得更小的体积，并相对聚丙烯电容具有明显的成本优势，而且性能比电解电容优越。

所述的金属化聚酯薄膜电容，薄膜镀层采用锌铝镀层，因为使锌铝镀层自愈所需的能量低，如同样使1mm²的镀层自愈，铝镀层需要33×10⁵J而锌铝镀层只需要16×10⁵J，从而该电容能够承受更高的电压。另外镀层边缘有加厚边的薄膜，这样电容就有了更大的耐电流冲击能力，提高电容的抗浪涌能力。

下面说明本发明提供的聚酯薄膜电容的制造方法。一种金属化聚酯薄膜电容的制造方法，包括芯子卷绕工序，其特征是：在芯子卷绕完成后进行真空热定型处理。而其他工序与现有的聚酯薄膜电容的相同，属于公知技术，此处不再赘述。

下面说明在芯子卷绕完成后进行真空热定型处理的原因和具体工艺过程。

由于聚酯薄膜的弹性模量比聚丙烯薄膜大，在卷绕过程中薄膜的拉伸及层叠，容易在芯子内部造成应力分布不均匀及残留空气的问题。如在应力集中处，拉伸量过大，容易导致电击穿；而在松弛处，容易出现间隙，容易出现空气放电击穿，这对电容器的耐压及寿命都会有很严重的不良影响。为了有效地保障了电容的稳定性，采取了长时间真空热定型处理的工艺。在真空中长时间定型，使薄膜拉伸的应力重新分布，尽量排除膜层间的空气，大大提高了电容的一致性和稳定性。

以聚酯薄膜为4-8μm厚的芯子为例真空热定型处理的过程：把芯子放进真空烘箱中，真空度保持在-0.1MPa，采取分级升温定型的方式；加温至90℃保持3小时；再加温至110℃保持8小时；再后升温至130℃保持10小时，最后降温至60℃破空出炉(此过程需3～4小时)，整个定型过程总时间超过24小时。充分排除了芯子间的空气和水汽并使应力分布均匀。以上定型过程中的时间及温度参数随芯子大小的改变可能有微调整。

图3所示为典型的DC滤波电容的应用场合，该电容并联在整流桥后的直流一侧，起滤波稳压作用。图4所示为该电路的电压波形图。如图4a至图4c所示，在整流桥输入的电压为交变的正弦波，但整流后的输出已不是交流电压，实际上滤波电容的工作电压是已近似直流的平稳电压，其平稳程度视其纹波电压的大小，纹波系数的大小与电容量大小及负载阻抗有关；图5为纹波电压示意图。从上面的分析可以得出，在DC滤波场合，滤波电容的其实工作在直流电场下。

本发明提供的聚酯薄膜电容能够应用DC滤波场合，具体是并联在DC滤波电路中整流桥后直流的一侧，起滤波稳压作用。

在典型的DC滤波电容的应用电路图3中，该电容并联在整流桥后的直流一侧，主要起滤波稳压作用，在后面电路的开关元件关断时，吸收其反向关断的冲击电压，所以还有耐高压的要求。

图4是DC滤波电容工作过程的工作电压波形图示，图4a输入整流桥两端的电压，是50Hz的正弦交流电压；经过整流桥后，电压在负半轴的电压已反相，是同一方向的直流脉冲电压，已不是交流电，如图4b；经过DC滤波电容后，电压波形如图4c，是已近似直流的平稳电压。

图5是图4c波形的放大，输出的脉动的电压波形与图4b的半正弦波形有如图的对应关系。电压的最高值与最低值之间的差值就是纹波电压的大小，一般在电路工作中我们要求纹波电压越小越好，纹波系数的大小与电容量大小及负载阻抗有关，就看使用者的选择匹配了。本发明提供的聚酯薄膜电容能达到高的纹波系数要求，抗谐波能力大，失效比例就会大大减小。

由于该电容集中电解电容和金属化聚丙烯薄膜电容的优点，又避免出现它们的缺点，在性能和成本两方面取得良好的平衡，确实是在DC滤波场合替代电解电容的最佳方案。

Claims

1.一种金属化聚酯薄膜电容，包括由金属化聚酯薄膜卷绕而成的芯子，其特征是：所述的金属化聚酯薄膜的金属镀层为锌铝合金镀层。

2.根据权利要求1所述的一种金属化聚酯薄膜电容，其特征是：所述的金属镀层边缘加厚。

3.一种金属化聚酯薄膜电容的制造方法，包括芯子卷绕工序，其特征是：在芯子卷绕完成后进行真空热定型处理。

4.一种金属化聚酯薄膜电容的用途，其特征是：在DC滤波电路中并联在整流桥后直流的一侧，起滤波稳压作用。