CN116137207A - 用于电容器的汇流条以及电容器 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于电容器（1）的汇流条（3），其中所述汇流条（3）是层压的，并且其中所述汇流条（3）包括圆形形状。此外，描述了一种包括汇流条（3）的电容器（1）。

Description

用于电容器的汇流条以及电容器

技术领域

本发明涉及一种用于电容器的汇流条。此外，本发明涉及包括汇流条的电容器。

背景技术

在高频应用中，电容器必须在操作带宽之内满足表1中定义的要求。

	要求
		A	低等效串联电阻（ESR）
B	频率稳定ESR
		C	低等效串联电感（ESL）
D	均匀的内部电流分布
		E	内部共振避免

表1：高频应用中针对电容器的要求。

重叠的汇流条用于高频应用，在高频应用中，需要低等效串联电感（ESL）、低且频率稳定的等效串联电阻（ESR）、以及均匀的内部电流分布。重叠的汇流条也有助于避免元件之间的内部共振。

具有圆形构造的电容器通常通过并联连接轴向放置的绕组在内部被划分。内部构造（圆形绕组和连接元件）被封装在圆形壳体中。从机械的视角来看，电容器的圆形形状使得内部的重叠汇流条的使用尤其复杂。

常规地，电容器绕组在没有任何重叠的情况下借助于扁平带（flat band）或线来连接。当请求高频下的良好性能时，这种构造具有以下缺点：

- 操作带宽被限于低频（f_sw < 10kHz）；

- DC链路电容器被划分成若干个独立的电容器，所述电容器通过外部汇流条而并联连接，但是如果空间有限，并且电容器的可以增加的仅尺寸是高度，则该问题不能用高效的机械解决方案来解决。

发明内容

本公开的目的是解决上述问题。该目的通过根据独立权利要求的汇流条和电容器来解决。

根据本公开的第一方面，提供了一种汇流条。汇流条被配置为在电容器中使用。汇流条被适配为集成在电容器、特别是圆形电容器中。汇流条被适配和布置为用于高频应用。汇流条是层压的。换句话说，汇流条至少部分地重叠。汇流条被设计成：使得它比常规汇流条包括更大的宽度/垂直于电容器纵轴的更大的延伸/更大的方位角延伸。

汇流条包括圆形形状。例如，汇流条包括圆柱体外壳的一部分的形状。汇流条被适配为与汇流条要集成到其中的电容器的外部形状。特别地，汇流条被适配为电容器的绕组形状。

借助于层压汇流条，寄生电感和电阻（ESRi、Rp、Rp2、ESLi、Lp、Lp2）可以大大地降低。这使得汇流条特别适合于高频应用。

根据一个实施例，汇流条包括第一层或极（pole）。汇流条进一步包括第二层或极。例如，层可以包括铜。汇流条的层被适配和布置为连接到电容器的极，特别是连接到电容器的绕组元件的极。汇流条并且特别是层包括重叠区域。在重叠区域中，汇流条的层彼此重叠。以这种方式，便于短且非常平衡的电连接。

根据一个实施例，绝缘层被布置在第一与第二层之间。例如，绝缘层可以包括聚合物。绝缘层至少在重叠区域中被提供。以这种方式，可以高效地避免汇流条的两个层之间的短路。

根据一个实施例，第一层包括多个第一连接区域。第二层包括多个第二连接区域。第一层的重叠区域以及相应的第一连接区域合并到彼此之中。换句话说，第一层和第一连接区域是整体地形成的。第二层的重叠区域以及相应的第二连接区域合并到彼此之中，即第二层和第二连接区域是整体地形成的。因此，消除了重叠区域与连接区域之间的容易出错的连接。

根据另外的方面，提供了一种电容器。电容器被适配用于高频应用。电容器包括多个绕组元件，例如两个、三个、四个或更多个绕组元件。绕组元件被轴向地布置，即它们沿着电容器的主纵轴被布置。

电容器进一步包括至少一个汇流条。优选地，电容器恰好包括一个汇流条。汇流条可以是先前描述的汇流条。因此，结合汇流条所描述的所有特征也适用于电容器。

电容器包括圆形形状。电容器可以包括圆柱体的形状。因此，相应绕组元件也包括圆柱体的形状。层压/重叠的汇流条被适配和布置为并联连接绕组元件。

与常规电容器相比，层压汇流条提供了电容器的更短且更平衡的电连接，并且因此改进了电容器的电气性能。寄生电感和电阻可以独立于电容器金属化膜的宽度而大大地降低。此外，考虑到C是均匀的，从电容器的端子到每个独立绕组元件的阻抗（Z）在所有带宽中是均匀的。

根据一个实施例，汇流条被布置在电容器的壳体之内。因此，汇流条是内部汇流条。优选地，汇流条被布置在绕组元件的外侧上。优选地，汇流条覆盖绕组元件的外侧的20%至50%。层压汇流条非常节省空间。特别地，具有上面描述的层压汇流条的电容器可以保持与具有标准连接（铜带）的电容器类似的尺寸。由于保持了电容器直径的标准尺寸的事实，因此使得能够实现功率转换器中的良好集成。

根据一个实施例，汇流条包括第一层或极。汇流条进一步包括第二层或极。第一和第二层彼此电气绝缘。特别地，所述层借助于上面描述的绝缘层而电气绝缘。

汇流条的层至少部分地沿着相应绕组元件的外侧延伸。换句话说，汇流条沿着纵轴在绕组元件的外侧上延伸。

汇流条包括重叠区域。在重叠区域中，汇流条的层/极彼此重叠。由于汇流条沿着电容器的纵轴延伸，因此汇流条是横向重叠的汇流条。

优选地，汇流条的重叠区域覆盖绕组元件的外侧的5%至40%。换句话说，汇流条在纵向和方位角方向上的延伸使得其中这两个层重叠的区域占据了绕组元件的高达40%的外表面。由此，重叠越大，寄生电感和电阻的补偿越好。重叠区域的大小取决于电容器的大小以及绕组的数量。

根据一个实施例，汇流条具有适配于相应绕组元件的直径的形状。特别地，汇流条包括圆形形状，例如圆柱体外壳的一部分的形状。汇流条可以与任何数量的绕组一起使用。换句话说，汇流条的长度和/或方位角延伸可以适配于绕组元件的大小和数量。因此，提供了对非常灵活可用的汇流条的供应。

根据一个实施例，汇流条包括多个连接区域。特别地，第一层包括多个第一连接区域。第二层包括多个第二连接区域。

第一连接区域的数量对应于绕组元件的数量。此外，第二连接区域的数量对应于绕组元件的数量。

连接区域被适配和布置为电气连接且机械连接到绕组元件的极。连接区域可以被焊接到绕组元件的极。因此，第一层可以连接到相应绕组元件的第一极。第二层可以连接到相应绕组元件的第二极。因此，使得能够实现汇流条与电极之间的短且非常平衡的电连接。以这种方式，增加了电容器的电气性能。

附图说明

从结合附图对示例性实施例的以下描述中，进一步的特征、细化和便利变得显而易见。

图1示意性地示出了根据现有技术的电容单元的简化电气模型，

图2示意性地示出了根据现有技术的DC链路电容器的简化电气模型，

图3a和3b示意性地示出了根据现有技术的电容器的透视图，

图4a和4b示意性地示出了电容器的部分的透视图，

图5a和5b示意性地示出了电容器的一部分的截面视图，

图6示意性地示出了电容器的一部分的截面视图，

图7示意性地示出了电容器的一部分的透视图，

图8示意性地示出了根据图7的电容器的透视图，

图9a至9c示意性地示出了根据图7和8的电容器的部分的透视图，

图10示意性示出了根据现有技术的电容器与根据本公开的电容器之间的比较ESR测量。

具体实施方式

图1、2、3a和3b涉及根据现有技术的电容器。特别地，图3a和3b从第一侧（图3a）以及从相对侧（图3b）示出了常规电容器100。电容器100被划分成通过扁平铜带102并联连接的单元Ci（参见图1和2）。每个电容单元Ci包含电容元件（绕组元件101）及其与铜带102的连接。

绕组元件101通过铜带102在没有铜带102的任何重叠的情况下并联连接。铜带102将绕组元件101的端子/极103电气连接。相应的铜带102借助于螺钉104被固定到相应的端子103。相应的铜带102沿着电容器100的外侧延伸，并且特别是在电容器100的壳体之外（外部汇流条）延伸。换句话说，一个铜带102在电容器100的第一外侧上延伸，并且另一个铜带102在电容器100的第二（相对）外侧上延伸。

在该情境下，图1示出了电容单元Ci（绕组元件101及其与铜带102的连接）的简化电气模型。由此，ESRi标示电容单元Ci的寄生ESR，并且ESLi标示电容单元Ci的寄生ESL。

（具有多个电容单元Ci的）完整DC链路电容器的简化电气模型在图2中示出，其中

- Ci：电容单元-电容值，

- ESRi：电容单元-寄生ESR，

- ESLi：电容单元-寄生ESL，

- Cp：电容单元之间的连接器-寄生电容，

- Rp、Rp2：电容单元之间的连接器-寄生电阻，

- Lp、Lp2：电容单元之间的连接器-寄生电感，

- Rt：端子-寄生电阻，

- Lt：端子-寄生电感。

表2中总结了利用该解决方案实现的电气要求。

	要求	由现有技术实现
			A	低等效串联电阻（ESR）	否
B	频率稳定ESR	否
			C	低等效串联电感（ESL）	否
D	均匀的内部电流分布	否
			E	内部共振避免	否

表2：如由根据现有技术的电容器所实现的在高频应用中针对电容器的要求。

图4至9示意性地示出了根据本发明的电容器1。电容器1具有圆形构造。换句话说，电容器1具有圆形外部形状。特别地，电容器1包括圆柱体的外部形状（特别地参见图4a、4b、8和9a至9c）。电容器1尤其被适配为在高频应用中使用。

电容器1包括多个绕组元件2。在该实施例中，电容器1包括三个绕组元件2（图4a）。当然，电容器1可以包括多于三个绕组元件2，例如四个、五个或六个绕组元件2。电容器1还可以包括少于三个绕组元件2，例如两个绕组元件2。特别地，绕组元件2的数量是自由可选择的。换句话说，下文中描述的构造可以利用任何数量的绕组元件2来实现。如从图8可以看出的，绝缘体9被布置在随后的绕组元件2之间。例如，绝缘体9可以包括聚合物。

绕组元件2被轴向地布置，即它们沿着电容器1的主纵轴18被布置。绕组元件2并联地电气连接。出于此目的，提供了层压汇流条3（图4b）。在该情境下，术语“层压”意味着汇流条3包括若干个层（4a、4b，5；参见例如图6）。稍后详细解释的所述层至少部分地沿着绕组元件2的外侧彼此重叠。换句话说，汇流条3是（横向）重叠的汇流条。

如从图4b可以看出的，汇流条3沿着绕组元件2的外侧延伸（横向汇流条）。汇流条3沿着绕组元件2的外侧从电容器1的第一端侧10朝向电容器1的第二端侧11延伸（参见图8）。汇流条3至少部分地覆盖相应绕组元件2的外侧。总的来说，整个汇流条3覆盖了绕组元件2的外侧的20%至50%。汇流条3是内部汇流条。换句话说，汇流条3被布置在电容器1的壳体16之内（参见图9c）。

汇流条3具有圆形形状，这可以从图5a特别充分地得到。汇流条3包括（不完整的）圆柱体外壳的形状。汇流条3具有适配于电容器1的相应绕组元件2和壳体16的外部形状和/或直径的形状。汇流条3可以与任何数量的绕组一起使用。汇流条3的长度（轴向延伸，即沿着电容器1的主纵轴18的延伸）适配于绕组元件2的数量。

汇流条3包括先前提到的层。特别地，汇流条3包括例如第一层（第一极）4a和第二层（第二极）4b，所述第一层和第二层可以从图5b和6获得。层4a、4b包括铜。层4a、4b包括在0.3mm与1.5mm之间、优选地为0.5mm的厚度。

层4a、4b至少部分地重叠。特别地，在汇流条3的子区域（重叠区域6）中，第一层4a和第二层4b在电容器1的径向方向上堆叠。重叠区域6（轴向和方位角延伸）的大小使得重叠区域6覆盖了绕组元件2外侧的5%至40%。优选地，重叠区域6覆盖了绕组元件2的外侧的30%。

层4a、4b借助于绝缘层5而彼此电气绝缘。绝缘层5包括聚合物。绝缘层5的厚度在0.2mm与2.5mm之间。优选地，绝缘层5的厚度合计0.5mm。

绝缘层5至少在两个层4a、4b的重叠区域6中被布置在第一层4a与第二层4a之间。事实上，绝缘层5在方位角和/或轴向方向上延伸超过重叠区域6，例如如从图5b可以看出的那样。换句话说，包括层4a、4b和绝缘层5的整个汇流条3的方位角和/或纵向延伸大于重叠区域6的方位角延伸（参见例如图7和8）。

第一层4a连接到相应绕组元件2的第一极17a（例如负极）（图7）。第二层4b连接到相应绕组元件2的第二极17b（例如正极）。

出于此目的，第一层4a包括多个第一连接区域7a。第二层4b包括多个第二连接区域7b。在该实施例中，相应层4a、4b包括三个相应连接区域7a、7b。相应连接区域7a、7b的数量对应于绕组元件2的数量。

第一连接区域7a和第一层4a是整体地形成的。第二连接区域7b和第二层4b是整体地形成的。相应连接区域7a、7b是条形形状的。相应连接区域7a、7b沿着相应绕组元件2的外表面平行于层4a、4b延伸。在中间区段19a、19b（参见图7和8）中，相应层4a、4b越过进入（pass over into）相应连接区域7a、7b中。中间区段19a、19b垂直于连接区域7a、7b延伸。

相应连接区域7a、7b电气连接且机械连接到绕组元件2的相应极17a、17b，以用于并联连接绕组元件2。连接区域7a、7b借助于连接元件8（例如金属条带）连接到极17a、17b（图7和8）。连接区域7a、7b可以被焊接到极17a、17b。

为了将汇流条3电气连接且机械连接到电容器1的端子13a、13b，电容器1进一步包括第一和第二连接构件12a、12b（图8和9a）。连接构件12a、12b被布置在电容器1的第一端部区域10中。连接构件12a、12b例如包括金属条带。连接构件12a、12b是弯曲的，以将布置在绕组元件2的侧表面上的汇流条3与布置在电容器1的第一端侧10上的端子13a、13b进行连接。端接构件20被布置在绕组元件2与连接构件12a、12b之间的第一端侧10处（图8）。端接构件20包括绝缘材料，例如聚合物。

在第一端部区段中，第一连接构件12a例如借助于焊接而连接到汇流条3的第一层4a（图8和9a）。同样地，在第一端部区段中，第二连接构件12b例如借助于焊接而连接到汇流条3的第二层4b（图8和9a）。

在第二或相对端部区段中，第一连接构件12a例如借助于螺钉或焊接而连接到第一端子13a（图9a）。同样地，在第二或相对端部区段中，第二连接构件12b例如借助于螺钉或焊接而连接到第二端子13b（图9a）。

外部绝缘体14被布置在绕组元件2的侧表面上的连接构件12a、12b的顶部上（图9b）。外部绝缘体14包括条带状的形状。外部绝缘体14包括圆形形状，并且部分地围绕接近电容器1的第一端侧10布置的绕组元件2的外表面延伸。外部绝缘体14将连接构件12a、12b与电容器1的壳体16电气绝缘，该壳体16被布置在外部绝缘体14上并且完全覆盖绕组元件2和汇流条3（图9c）。

此外，在第一端侧10上，盖15被布置在连接构件12a、12b上（图9b和9c）。盖15包括两个切口。切口被适配和布置为接收端子13a、13b。端子13a、13b在轴向方向上从切口突出。以这种方式，使得能够实现电容器1的电气连接。盖15充当电容器1的第一端侧10的端接元件。没有切口的对应盖被布置在电容器1的第二侧面11上（未明确示出）。

借助于如上面描述的构造，寄生电感和电阻（ESRi、Rp、Rp2、ESLi、Lp、Lp2）可以独 立于电容器的金属化膜的宽度而大大地降低。此外，考虑到C是均匀的，从端子13a、13b到每 个独立绕组的阻抗在所有带宽中是均匀的。因此，可以实现表3中总结的要求。

	要求	由现有技术实现	由本发明实现
				A	低等效串联电阻（ESR）	否	是
B	频率稳定ESR	否	是
				C	低等效串联电感（ESL）	否	是
D	均匀的内部电流分布	否	是
				E	内部共振避免	否	是

表3：与根据本发明的电容器相比，如由根据现有技术的电容器所实现的在高频应用中针对电容器的要求。

图10示意性地示出了根据现有技术的电容器100（图3a、3b）与根据本公开的电容器1（图4至9）之间的比较ESR测量。可以观察到的是，在现有技术中，ESR不如根据本发明的电容器的ESR频率稳定。这是由于基于现有技术的电容器设计中的较高趋肤效应、不均匀的内部电流分布、以及内部谐振。

在附图中，相同结构和/或功能的元件可以由相同的参考标记来参考。要理解的是，附图中所示出的实施例是说明性的表示，并且不一定按比例绘制。

参考标记

1 电容器

2 绕组元件

3 汇流条

4a 第一层

4b 第二层

5 绝缘层

6 重叠区域

7a 第一连接区域

7b 第二连接区域

8 连接元件

9 绝缘体

10 电容器的第一端侧

11 电容器的第二端侧

12a 第一连接构件

12b 第二连接构件

13a 第一端子

13b 第二端子

14 绝缘元件

15 盖

16 壳体

17a 第一极

17b 第二极

18 主纵轴

19a 第一中间部分

19b 第二中间部分

20 端接元件

100 电容器

101 绕组元件

102 铜带

103 端子

104 螺钉

Ci 电容单元-电容值

ESRi 电容单元-寄生ESR

ESLi 电容单元-寄生ESL

Cp 电容单元之间的连接器-寄生电容

Rp、Rp2 电容单元之间的连接器-寄生电阻

Lp、Lp2 电容单元之间的连接器-寄生电感

Rt 端子-寄生电阻

Lt 端子-寄生电感。

Claims (12)

1.用于电容器（1）的汇流条（3），

其中所述汇流条（3）是层压的，并且其中所述汇流条（3）包括圆形形状。

2.根据权利要求1所述的汇流条（3），

包括第一层（4a）和第二层（4b），所述第一层（4a）和第二层（4b）被适配和布置为连接到电容器（1）的极（17a、17b），其中所述汇流条（3）包括重叠区域（6），在重叠区域（6）中，层（4a、4b）彼此重叠。

3.根据权利要求2所述的汇流条（3），

其中绝缘层（5）至少在重叠区域（6）中被布置在第一与第二层（4a、4b）之间。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的汇流条（3），

其中所述第一层（4a）包括多个第一连接区域（7a），并且所述第二层（4b）包括多个第二连接区域（7b），其中第一层（4a）的重叠区域（6）以及相应的第一连接区域（7a）合并到彼此之中，并且其中第二层（4b）的重叠区域（6）以及相应的第二连接区域（7b）合并到彼此之中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的汇流条（3），其中所述汇流条（3）被适配和布置用于高频应用。

6.电容器（1），包括

- 多个绕组元件（2），

- 根据前述权利要求中任一项所述的至少一个汇流条（3），

其中所述电容器（1）包括圆形形状，并且其中所述汇流条（3）被适配和布置为并联连接绕组元件（2）。

7.根据权利要求6所述的电容器（1），

其中所述汇流条（3）被布置在电容器（1）的壳体（16）之内。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的电容器（1），

其中所述汇流条（3）包括第一层（4a）和第二层（4b），所述第一层（4a）和第二层（4b）至少部分地沿着相应绕组元件（2）的外侧延伸，其中所述汇流条（3）包括重叠区域（6），在重叠区域（6）中，层（4a、4b）彼此重叠。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的电容器（1），

其中所述汇流条（3）具有适配于相应绕组元件（2）的直径的形状。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的电容器（1），

其中所述汇流条（3）包括多个连接区域（7a、7b），所述多个连接区域（7a、7b）被适配和布置为电气连接且机械连接到绕组元件（2）的极（17a、17b）。

11.根据权利要求10所述的电容器（1），

其中相应连接区域（7a、7b）被焊接到绕组元件（2）的相应极（17a、17b）。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的电容器（1），

其中第一连接区域（7a）的数量对应于绕组元件（2）的数量，并且其中第二连接区域（7b）的数量对应于绕组元件（2）的数量。

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