CN105206420A - Cbb82s型耐大电流、长寿命聚丙烯薄膜电容器 - Google Patents

Abstract

一种CBB82S型耐大电流、长寿命聚丙烯薄膜电容器，它用双面镀铝中留边金属化聚丙烯高温膜APHMD做内串结构电容器的电极层；用单面镀铝双留边金属化聚丙烯高温膜APHT的基膜与处于APHMD和APHT之间的PPH聚丙烯高温膜做电容器的介质；用APT的铝镀层做内串电容C1和C2的串联电极。在卷绕工艺上采用三层膜之间横向对中，纵向起卷和收卷错幅5MM以上的工艺，在喷金工艺上采用先纯铝打底之后再喷锡锌合金，双面镀铝电极层与纯铝喷金层接触电阻极低，降低了电容器的等效串联电阻ESR，提高了电容器的耐电流特性，降低了电容器的损耗角正切值，减少了电容器的温升，从而延长了电容器的使用寿命，其使用寿命长达10年。

Description

CBB82S型耐大电流、长寿命聚丙烯薄膜电容器

技术领域：

薄膜电容器领域

技术背景：

薄膜电容器近些年来用于低碳环保节能的变频空调、变频微波炉、变频调速器以及其它各种变频电源领域越来越广泛，但我国薄膜电容器的发展始终没能跟上变频电源行业的发展，仍处于CBB82产品阶段，其耐电流特性满足不了变频电源行业的要求。所以变频电源行业不得不依靠进口松下和爱普科斯等国外品牌例如MMKP81型电容器。

然而，CBB82型和MMKP81型电容器在设计上有严重的缺陷：

①MMKP81型电容器引出电极的电极层采用的是双面镀铝中留边聚酯薄膜ATMD，如图2所示；虽然方阻总和低，但是载体为聚酯薄膜，而其它两层介质层采用的是聚丙烯薄膜，聚酯薄膜和聚丙烯薄膜混合在一起使用，其温度特性完全不同，导致热收缩不同，热聚合很差，聚酯薄膜和聚丙烯薄膜之间粘合不紧，喷金粉进入聚酯薄膜与聚丙烯薄膜之间，造成电容器的绝缘电阻下降、一致性差、不稳定等不良隐患。

②CBB82型电容器引出电极是单面镀铝中留边聚丙烯薄膜APM的单而铝镀层，如图1所示；方阻比双面镀高2倍，耐电流参数比双面镀减小2倍，并且与喷金层的接触电阻增大2倍，接触损耗增大2倍。

③MMKP81型电容器喷金工艺是直接喷四元合金，如图3所示；其四元合金与纯铝镀层分子结构完全不同，所以接触电阻增大，接触损耗增加。

发明内容：

一、要解决的技术问题：

1、将国内的CBB82型电容器的单面镀铝中留边改进为双面镀铝中留边是提高耐大电流的关键。

国内的CBB82型电容器是单面镀铝中留边金属化聚丙烯薄膜APM和单面镀铝双留边金属化聚丙烯薄膜APT一起构造成的两串结构电容器。

然而，本发明专利CBB82S型电容器是双面镀铝中留边金属化膜做电极层，当单面镀层的方阻不变的情况下，双面镀层的总方阻就相当于减少2倍，所以接触损耗会减小2倍，耐电流值会增大2倍，即：

$I=\frac{V}{R}\underset{\·}{\·\·}R=\mathrm{\ρ}\frac{L}{S}$

$\stackrel{\·}{\·\·}I=\frac{V}{\mathrm{\ρ}\frac{L}{S}}=\frac{V\·S}{\mathrm{\ρL}}$

当V和L(卷绕长度)不变时，I∝S，S为镀层截面积，又∵S＝W·d(W为镀层宽度，d为镀层厚度)对于双面镀，镀层厚度为：d＝d1+d2，当镀层宽度W一定时，

I∝d

I∝d1+d2

即镀层厚度增大2倍，耐电流能力也增大2倍。

2、将国外的MMKP81型电容器的电极层的载体由聚酯薄膜改进成聚丙烯薄膜，是使绝缘电阻稳定可靠的关键。

MMKP81型电容器存在以下严重的缺陷：

该设计是用双面镀铝的聚酯作为电极层，即用聚酯作为载体。虽然不影响电流特性、损耗角正切值、耐电压和容量，但由于聚酯载体和聚丙烯介质的热压条件不同，所以热聚合结果很差，会导致电容器的绝缘电阻分散不稳定。具体原因是：作为载体的聚酯膜热聚合温度为140-145℃，而作为介质的聚丙烯膜热聚合温度为105～110℃，两种材料设计在一起，热压的条件如果选140-145℃，则决定容量的介质聚丙烯膜就受到破坏(熔化或碳化)。所以只能选聚丙烯材料的热聚合温度105℃或110℃，这样电容器在热压后出现大量压不紧(检验发现透光)，即聚酯和聚丙烯之间有间隙，该现象会产生以下后果：

①、在下道包裹工艺中，产品会推松，产生废品；

②、在下道喷金工艺中，喷金粉会侵入到透光的间隙中，产生短路或半短路小桥，产生电容器绝缘电阻不良的隐患。

本发明专利CBB82S型电容器，其电极层的载体和介质层都采用聚内烯薄膜，热聚合条件一致，均为105～110℃，克服了MMKP81系列的严重缺陷，使电容器的绝缘电阻合格率达到99.8％以上。

3、将MMKP81型电容器直接喷四元合金工艺改进为先纯铝打底、后喷锡锌合金，是降低接触损耗，提高电容器寿命的关键。

MMKP81型电容器直接喷四元合金，如图3所示。四元合金与铝镀层的分子结构相差极大，所以接触损耗很大，电容器工作时温升很高。

而本发明专利CBB82S型电容器是在双面镀铝的电极层端面先喷纯铝，再喷锡锌合金，如图4所示。铝电极层与纯铝喷金层是相同分子结合，所以接触损耗明显减小，电容器工作时温升很小，在105℃高温下工作，端面温升在2.5℃以下。由于电容器的温升小，在环境温度较高的情况下可以稳定工作。

二、技术方案：

本发明专利CBB82S型耐大电流、长寿命聚丙烯薄膜电容器主要的技术方案为：

①双面镀铝中留边金属化聚丙烯高温膜APHMD做内串结构电容器的电极层，如图4所示，

②单面镀铝双留边金属化聚丙烯高温膜APHT的基膜与处于APHMD和APHT之间的聚丙烯高温膜PPH做电容器的介质层，如图4所示，

③低方阻的APHT的铝镀层做内串电容C1和C2的串联电极层，

④卷绕重点是三层膜之间横向对中，纵向起卷和收卷错幅5MM以上，如图5所示，

⑤喷金重点是先纯铝打底之后再喷锡锌合金，双面镀铝电极层与纯铝喷金层为相同分子结合，如图4所示。

三、有益效果：

本发明专利CBB82S型电容器与国内的CBB82型及国外的MMKP81型电容器相比，有益效果如下：

1、本发明专利CBB82S型电容器采用双面镀铝的金属化聚丙烯膜做电极层，从而使电极层与喷金层接触面积增大2倍，又采用纯铝打底之后锡锌合金的结构设计和喷金工艺，使电容器的电极层与喷金层分子结构相同，所以接触电阻比CBB82型和MMKP81型低4～5倍，等效串联电阻(ESR)比CBB82型和MMKP81型也低4～5倍。

2、本发明专利CBB82S型电容器用双面镀铝的金属化聚丙烯膜做电极层，代替CBB82型电容器的单面镀铝，使得镀层的总方阻降低2倍，因此耐电流特性增大2倍。

3、本发明专利CBB82S型电容器用聚丙烯双面镀铝代替MMKP81型电容器的聚酯双面镀铝做电极层，使整个电容的三层薄膜统一成温度特性相同、热聚合性和热收缩性相同的聚丙烯膜，从而使电容器在工艺方面更加成熟、完美，消除了热压后透光、包裹时易撞松、喷金时有喷金粉侵入三层薄膜间隙中、导致电容器的绝缘电阻不稳定等弊端。

4、由于1、2、3条原因，本发明专利CBB82S型电容器的性能发生了根本性的变化：

①损耗角正切值tgδ≤3×10^-4(10KHZ，25℃)；

②耐电流值超过20A；

③绝缘电阻超过50000MΩ，绝缘电阻合格率达到99.8％以上；

④耐高温105℃～110℃

⑤寿命长达10万小时以上。

5、由于采用了内串结构，使电容器的耐电压性能倍增，额定电压最高可设计到2.5KV，脉冲电压可实现3UR。

6、本发明专利CBB82S型电容器已于2013年4月份开始投放到变频微波炉市场，到2014年5月31日止累计数量为60万只以上，市场反映很好，满足了客户质量要求，实现了高端电容器国产化，取代了国外进口MMKP81型电容器，降低了变频微波炉的成本，为推动低碳环保节能国策起到了积极的作用。

7、本发明专利CBB82S型电容器的成本比MMKP81型电容器低20％。

四、缺点：

对生产设备要求高，需改进目前的国内设备或引进国外设备。

附图说明：

下面结合附图和实施实例对本发明专利作进一步说明：

图1是CBB82型电容器芯子的横向剖面结构图，其中：

①为单面镀铝中留边金属化聚丙烯膜，即APM；

②为单面镀铝双留边金属化聚丙烯膜，即APT；

③为铝镀层做电极层；

④为铝镀层做C1和C2两个内串电容器的串联电极和电极层；x为中留边宽度；y为双留边宽度；z为错幅宽度。

图2是MMKP81型电容器芯子的横向剖面结构图，其中：

①为双面镀铝中留边金属化聚酯膜，即ATMD；

②为聚丙烯膜，即PP；

③为单面镀铝双留边金属化聚丙烯膜，即APT；

④、⑤为铝镀层，为电极层；

⑥为铝镀层做C1和C2两个内串电容器的串联电极和电极层；

⑦为双面镀电极层的载体；

⑧和⑨为电容器的介质层；x为中留边宽度；y为双留边宽度；z为错幅宽度。

图3是以MMKP81型电容器喷金后芯子的横向剖面结构图，其中：

⑩为四元合金喷金层；

图4是本发明专利CBB82S型电容器喷金后芯子的横向剖面结构图，其中：

⑩为喷金层的铝打底层；

为锡锌合金喷金层；

①为双面镀铝中留边金属化聚丙烯高温膜，即APHMD；

②为聚丙烯高温膜，即PPH；

③为单面镀铝双留边金属化聚丙烯高温膜，即APHT；

图5是本发明专利CBB82S型电容器纵向展开结构图，其中：

①为双面镀铝中留边金属化聚丙烯高温膜，即APHMD；

②为聚丙烯高温膜，即PPH；

③为单面镀铝双留边金属化聚丙烯高温膜，即APHT；

具体实施方式：

图4是本发明专利实施实例的横向剖面结构图，在图4中，使用了APHMD双面镀铝中留边金属化聚丙烯高温膜，见图4的①。而在双面镀的下面加一层PPH聚丙烯高温膜，见图4中的②。又在PPH膜的下而加一层APHT单面镀双留边聚丙烯高温膜，见图4中的③。由于双面镀聚丙烯膜中留边x的存在(根据额定电压的高低，中留边x的大小不同)，构成C1和C2两个电容器，由APHT的低方阻铝金属化镀层将C1和C2串联。使用的APHT和PPH宽度相等，二者对齐，比APHMD窄1mm，与APHMD对中。

图5是本发明专利实施例的纵向展开结构图，在图4中，重点要求如下：

1、在卷绕的起卷处，PPH比APHT长20mm，APHT比APHMD长5mm，APHMD为最后卷入；

2、在卷绕的收卷处，APHMD先切断，APHT延长5mm再切断，最后用PPH外封12～15圈。

按以上结构进行卷绕，卷绕圈数的多少，取决于具体电容器的容量，具体工艺流程如下：

卷绕→热压→热处理→包裹→喷纯铝→喷锡锌合金→焊CU线→排芯→内包→固化→粉包→切脚→流平固化→打印标识→电性能分选→电性能抽检→实验室可靠性实验。

Claims (1)

1.一种CBB82S型耐大电流、长寿命聚丙烯薄膜电容器，其构造特征是：

①双面镀铝中留边金属化聚丙烯高温膜APHMD做内串结构电容器的电极层，

②单面镀铝双留边金属化聚丙烯高温膜APHT的基膜与处于APHMD和APHT之间的聚丙烯高温膜PPH做电容器的介质层，

③低方阻的APHT的铝镀层做内串电容C1和C2的串联电极层，

④卷绕重点是三层膜之间横向对中，纵向起卷和收卷错幅5MM以上，

⑤喷金重点是先纯铝打底之后再喷锡锌合金，双面镀铝电极层与纯铝喷金层为相同分子结合。