CN104505257B - 开口环形脉冲电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种开口环形脉冲电容器。电容器的厚度远小于环的半径r，环的宽度H通常也是厘米量级，具体尺寸及形状取决于电容器的容量和脉冲源的设计要求；电容器的厚度即环的壁厚由多组“金属极板2+绝缘介质1+金属极板2+绝缘介质1”层叠环绕而成；金属极板1和极板2通常为金属材料铝箔或者铜箔；绝缘介质的材料通常为高分子介质膜如聚丙烯膜。环的开口端分别引出所有金属极板分别作为电容器的两个引出电极A与B，最后在电容器的最外层和最内层采用具有较强绝缘强度和一定结构强度的固体绝缘材料作为电容器的外壳体，从而构成环形开口脉冲电容器。

Description

开口环形脉冲电容器
技术领域
本发明属于电子技术领域，具体涉及一种开口环形脉冲电容器。
背景技术
脉冲电容器广泛应用于脉冲功率装置、加速器、武器装备、电子设备、医疗器械及环保处理等领域。随着应用领域的扩展，对脉冲电容器的容量、体积、结构形式以及制作工艺等提出了更多更高的要求。
电容器最主要的参数指标是电容量、耐受电压，体积重量和比能量(单位体积的储能密度)等等，高比能量是电容器设计研制永恒的追求目标。脉冲电容器与普通电容器的主要的区别是脉冲电容器必须具有很小的内感(通常在纳亨量级)和短时间内更强的充放电能力。
原理上讲，电容器都是由两个金属极板和夹在极板之间的绝缘介质构成，其电容量和金属极板的面积成以及介质介电常数正比，和介质的厚度成反比。为了增大电容量，通常的方法是增大金属极板的面积和选取相对介电常数较大的材料做绝缘介质，或者在满足绝缘要求的情况下，尽可能减小介质厚度。为增大金属极板面积，电容器通常设计成多层结构，或者采用特殊工艺增大金属表面积(如电解电容和超级电容)。
通常电容器都是制作成独立的单元器件，其外形有圆柱型、立方型、扁平型、圆饼型等等，电极的引出形式有双端引出、单端引出、侧面引出等等。为满足不同装置的物理和结构需要，电容器会被设计成不同的结构形式，从而达到提高装置性能，减小装置体积尺寸等目的。本发明提出的“开口环形脉冲电容器”就是这样一种在结构形式上与使用要求和装置整体结构相结合的脉冲电容器。
发明内容
本发明提出的“开口环形脉冲电容器”是脉冲源(或脉冲变压器)的重要部件，本发明的目的是：为了满足高功率脉冲功率源小型化和提高效率的需要。
本发明技术方案是：
一种开口环形脉冲电容器，其特征在于，为由介质材料层1和金属层2交替层叠形成的开口环状体；所述开口环状体的厚度小于其内径，开口宽度小于其内径；任意相邻两层金属层2与置于所述两层金属层2之间的介质材料层1构成电容；所有奇数层金属层2接入初级放电开关的正极，所有偶数层金属层2接入初级放电开关的负极；紧贴所述环状体的内外壁，分别放置有单层由非金属材料构成的电容器外壳3。
所述金属层2可以为金属箔。
所述介质材料层1可以为单层或多层电容器纸、金属化电容器纸或有机薄膜。
所述壳体3可以为非金属绝缘材料。
所述开口环形脉冲电容器的开口环状体呈圆柱状或长方体状。
工作过程：由于任意相邻两层金属层2与置于所述两层金属层2之间的介质材料层1构成电容，因此，上述结构中由介质材料层1和金属层2交替层叠形成的开口环状体，即开口环状脉冲电容器。由奇数层金属层2接入初级放电开关的开口环状脉冲电容器正极，偶数层金属层2接入初级放电开关的开口环状脉冲电容器负极，脉冲电容器的正负极之间接入开关便能实现充放电。
本发明的有益效果是：
1、本发明提出的开口环状脉冲电容器用于脉冲变压器中，既可作为初级电容器又可当作初级线圈，且减小了初级回路的杂散电感，提高了变压器性能。
2、本发明提出的开口环状脉冲电容器根据脉冲源的内腔结构进行设计，省去电容器外置所占空间，便于系统紧凑化、小型化。
3、本发明提出的开口环形脉冲电容器外径紧贴脉冲源外筒内壁，脉冲电容器产生的热量可由脉冲源内腔的变压器油快速导去，有利于脉冲源工程化。
附图说明
图1是开口环形脉冲电容器示意图；
图2是图1的左视图；
图中，1—电容器介质层，2—电容器金属层，3—壳体)
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
本实施例中开口环形脉冲电容器结构如图1所示。电容器的制作方法可以是多组重复层叠而成。也可以采用带状“金属极板+绝缘介质”进行卷绕，绕成做多层环形结构，然后在适当的位置将环剪断，并从开口两端分别引出相互间隔的金属极板作为电容器的电极1和电极2；最后在电容器的最外层和最内层采用具有较强绝缘强度和一定结构强度的固体绝缘作为电容器的外壳体。
开口环形脉冲电容器通常配装在脉冲源内部，与脉冲源形成一体化结构，脉冲源的外壳即是电容器的外壳。下面给出其在某一Tesla变压器型高功率脉冲源中应用的实施案例，但本发明不局限于该实施案例，可广泛适用于一切Tesla变压器型高功率脉冲源和紧凑型脉冲源装置等。
在某Tesla变压器实施例中，该脉冲电容器是作为初级电容被应用，由以前外置安装改为环状内置，不但减小了外回路的杂散电感，而且大大减小了装置的体积。该变压器的初级工作电压为1000V，初级电容为15uF，次级线圈宽度为120mm，脉冲形成线直径186mm，则环形初级电容器宽度为120mm，长度应为环形周长584mm。根据初级工作电压，电容器介质选择两层5um厚的聚丙烯薄膜，金属箔选用宽120mm、厚5um的铝箔，电容器由一层金属箔及两层聚丙烯薄膜层叠绕制而成，单层薄膜电容为0.12uF，因此需层叠125层，总厚度1.9mm。环形切口处通过端面裁剪的方式引出正负电极，正负电极通过脉冲形成线外筒开口引出到脉冲源外部初级接口。初级放电开关选择晶闸管，晶闸管直接安装在脉冲源外部初级接口上。由于需安装初级放电开关，因此本例中不能完全消除Tesla变压器初级外回路，但由于初级电容与初级线圈一体化设计，外回路只需安装晶闸管，回路面积很小，其杂散电感可减小到十nH级，对变压器有效耦合系数几乎不产生影响。由于采用了环状层叠电容器内置，减小了装置体积，提高了初、次级能量传输效率，获得了高的变压器耦合系数。

Claims (2)

1.一种开口环形脉冲电容器，其特征在于，为由介质材料层1和金属层2交替层叠形成的开口环状体；所述开口环状体的厚度小于其内径，开口宽度小于其内径；任意相邻两层金属层2与置于所述两层金属层2之间的介质材料层1构成电容；所有奇数层金属层2接入初级放电开关的正极，所有偶数层金属层2接入初级放电开关的负极；紧贴所述环状体的内外壁，分别放置有单层由非金属材料构成的电容器外壳3；
所述金属层2为金属箔；所述介质材料层1为单层或多层电容器纸、金属化电容器纸或有机薄膜。
2.一种如权利要求1所述的开口环形脉冲电容器，其特征在于，所述开口环形脉冲电容器的开口环状体呈圆柱状或长方体状。
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