CN213752375U - 一种高压薄膜电容芯子及其电容器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压薄膜电容芯子及其电容器，电容芯子包括：依次层叠卷绕的第一金属薄膜层、中间层和光膜层；中间层包括第二金属薄膜层和铝箔，第二金属薄膜层的两端均设置有一个铝箔，第二金属薄膜层和两个铝箔间隔设置；第一金属薄膜层包括第一基膜以及第一金属镀层，第二金属薄膜层包括第二基膜第二金属镀层；铝箔、第二金属镀层两者和第一金属镀层在基膜宽度方向上交错设置，以使所述铝箔、所述第二金属镀层两者分别和所述第一金属镀层形成正对区域以产生容量。电容引出采用低方阻的铝箔引出，由于铝箔搭配光膜不具有自愈性能，基本不会产生自愈性局部放电，能有效改善局部放电效果。

Description

一种高压薄膜电容芯子及其电容器

技术领域

本实用新型涉及电容领域，具体涉及一种高压薄膜电容芯子，以及带有这种电容芯子的高压薄膜电容器。

背景技术

随着技术水平的发展，电子、家电、通讯等多个行业更新换代周期越来越短，而薄膜电容器凭借其良好的电工性能和高可靠性，成为推动上述行业更新换代不可或缺的电子元件。

高压薄膜电容器作为诸多电路的关键元器件，性能要求非常高，其中，局部放电性能是一个重要的参数，若局部放电过大，则产品寿命呈指数下降。常规的高压薄膜电容器的芯子结构如图1，采用两条金属薄膜(基膜10上蒸镀有金属镀层20)按照一定的位置叠放起来，然后两者进行卷绕。由于电容芯子的两极边缘处是电场最不稳定的区域，最容易产生电场奇变而导致薄膜自愈，局部放电会增加，影响产品寿命。并且，自愈能量大，容易产生雪崩效应(即金属薄膜上的弱点出现击穿点后，导致整个产品被击穿)，耐电压较低。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种可改善局部放电性能的高压薄膜电容芯子，电容芯子通过低方阻铝箔引出，降低电容的局部放电；本实用新型的目的之二在于提供一种带有这种电容芯子的高压薄膜电容器。

本实用新型通过以下的技术方案来实现：

一种高压薄膜电容芯子，包括：依次层叠卷绕的第一金属薄膜层、中间层和光膜层；其中，所述中间层包括第二金属薄膜层和铝箔，所述第二金属薄膜层的两端均设置有一个所述铝箔，所述第二金属薄膜层和两个所述铝箔间隔设置；所述第一金属薄膜层包括第一基膜以及蒸镀于所述第一基膜正表面的第一金属镀层，所述第二金属薄膜层包括第二基膜以及蒸镀于所述第二基膜正表面的第二金属镀层；所述铝箔、所述第二金属镀层两者和所述第一金属镀层在基膜宽度方向上交错设置，以使所述铝箔、所述第二金属镀层两者分别和所述第一金属镀层形成正对区域以产生容量。

进一步地，所述第一金属薄膜层为二镀层三留边结构，包括两个间隔设置的金属镀块，两所述金属镀块与所述第一基膜两端分别形成留边；所述第二金属薄膜层为一镀层两留边结构，包括一个与所述第二基膜两端分别形成留边的金属镀块；铝箔、所述第二金属镀层两者与所述第一金属镀层之间形成四个正对区域，以组成四串分压结构。

进一步地，所述第一金属镀层和所述第二金属镀层的厚度为0.05μm。

进一步地，所述第一基膜和所述第二基膜为高温聚丙烯基膜。

进一步地，所述光膜层为高温聚丙烯基膜。

一种高压薄膜电容器，包括：上述任一项所述的高压薄膜电容芯子、喷金层、电极引出线、环氧树脂灌料层、以及外壳；所述喷金层附着所述高压薄膜电容芯子的端面；所述电极引出线的一端熔接于所述喷金层内，另一端依次穿过所述环氧树脂灌料层和所述外壳；所述环氧树脂灌料层包覆所述高压薄膜电容芯子；所述外壳包覆所述环氧树脂灌料层。

进一步地，所述电极引出线为纯铜镀锡线。

进一步地，所述环氧树脂灌料层为高温酸酐型环氧树脂。

进一步地，所述外壳为高密试阻燃外壳。

进一步地，所述外壳的形状包括圆柱体、边缘平滑过渡的长方体和正方体。

相比于现有技术，本实用新型能达到的有益效果为：

一、(1)电容引出采用低方阻的铝箔引出，由于铝箔搭配光膜不具有自愈性能，基本不会产生自愈性局部放电，能有效改善局部放电效果；(2)采用厚度较薄的金属镀层，具备高方阻的特性，薄金属镀层的设计可以有效降低产品自愈时所需的能量，自愈能量小，局部放电相应较小，而且自愈能量小，可避免产生雪崩效应，有效提升产品耐电压。通过采用高方阻的金属薄膜和铝箔搭配，可最大限度地降低产品自愈导致的局部放电大小。(3)电容芯子在热压后，铝箔和金属薄膜及光膜的贴合不会像现有技术中的膜与膜贴合紧密，铝箔和膜之间会存在一定间隙，芯子焊接后在真空下进行环氧树脂含浸，液态环氧树脂将渗透至两个电极之间的间隙处，对间隙进行填充，有效改善高压下由于间隙空气击穿产生的局部放电。

通过以上局部放电性能的改善，局部放电大小控制在＜5pC以下，耐常规电容均在10pC以上。

二、由于铝箔方阻极低，与喷金面接触电阻很小，电容整体ESR(等效串联电阻)非常低，产品DV/DT值可达到40000V/μs以上，根据公式I＝C*DV/DT (峰值电流＝容量*电压爬升率)，产品峰值电流根据容量不同，可达几百安培以上，承受由于高压电压波动而生产的瞬间过电流变化，保证产品高可靠性。

附图说明

图1所示为现有技术中高压薄膜电容器的处于展开状态的截面图；

图2所示为高压薄膜电容芯子的处于展开状态的截面图；

图3所示为高压薄膜电容器的剖视图。

图中：1、高压薄膜电容芯子；11、第一金属薄膜层；111、第一基膜；112、第一金属镀层；12、第二金属薄膜层；121、第二基膜；122、第二金属镀层； 13、铝箔；14、光膜层；2、喷金层；3、电极引出线；4、环氧树脂灌料层；5、外壳。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

参阅图2，本实用新型公开了一种高压薄膜电容芯子1，包括依次层叠卷绕的第一金属薄膜层11、中间层和光膜层14，其中，所述中间层包括第二金属薄膜层12和铝箔13；即展开状态下的第一金属薄膜层11、第二薄膜层和铝箔13、光膜层14按照一定的次序或位置叠放起来，然后两者依照一定的规则卷绕起来，比如从卷绕的起始位置设定卷绕第一圈的直径或宽度等。

第二金属薄膜层12和铝箔13两者共同处于第一金属薄膜层11和光膜层14 之间。第二金属薄膜层12的两端均设置一个铝箔13，第二金属薄膜层12和两个铝箔13间隔设置，铝箔13作为电容芯子的电极引出。

第一金属薄膜层11包括：第一基膜111，以及蒸镀于第一基膜111正表面的第一金属镀层112；第二金属薄膜层12包括：第二基膜121，以及蒸镀于第二基膜121正表面的第二金属镀层122。

铝箔13和第二金属镀层122两者和第一金属镀层112在基膜宽度方向上交错设置，铝箔13、第二金属镀层122均与第一金属形成正对区域以产生容量，正对区域也就是电容的极板正对面积S，每一个极板可以视作一个子电容，相当于整个电容芯子上有多个串联的子电容。

光膜层14指的即是没有蒸镀金属镀层的一条基膜。

由于铝箔13具有低方阻的特性，电容芯子通过采用低方阻的铝箔13引出，铝箔13搭配光膜不具备自愈性能，基本不会产生自愈性放电，能有效改善局部放电效果。另外，电容芯子在热压后，铝箔13和金属薄膜及光膜的贴合不会像现有技术中的膜与膜贴合紧密，铝箔13和膜之间会存在一定间隙，芯子焊接后在真空下进行环氧树脂含浸，液态环氧树脂将渗透至两个电极之间的间隙处，对间隙进行填充，有效改善高压下由于间隙空气击穿产生的局部放电。

优选地，第一金属镀层112和第二金属镀层122采用厚度较薄的镀层结构，第一金属镀层112和第二金属镀层122的厚度为0.05μm。薄厚度的镀层对应会具备高方阻，薄金属镀层的设计可以有效降低产品自愈时所需的能量，自愈能量小，局部放电相应较小，而且自愈能量小，可避免产生雪崩效应，有效提升产品耐电压。通过采用高方阻的金属薄膜和铝箔13搭配，可最大限度地降低产品自愈导致的局部放电大小。

通过以上几点局部放电性能的改善，局部放电大小可控制在＜5pC以下，耐常规电容均在10pC以上。

另外，由于铝箔13方阻极低，与喷金面接触电阻很小，电容整体ESR(等效串联电阻)非常低，产品DV/DT值可达到40000V/μs以上，根据公式 I＝C*DV/DT(峰值电流＝容量*电压爬升率)，产品峰值电流根据容量不同，可达几百安培以上，承受由于高压电压波动而生产的瞬间过电流变化，保证产品高可靠性。

为了更加清晰地说明高压薄膜电容芯子1的结构，下面结合一个具体的实施例进行说明。参阅图2，第一金属薄膜层11为二镀层三留边结构，即包括两个金属镀块，留边指的即是基膜上未镀有金属的区域(无镀层区)，两个金属镀块和第一基膜111的两端分别形成一个留边，同时，两金属镀块之间形成一个留边。第二金属薄膜层12为一镀层两留边结构，包括一个金属镀块，金属镀块和第二基膜121的两端分别形成一个留边。铝箔13、第二金属镀层122两者和第一金属镀层112之间形成四个正对区域，即，在基膜厚度方向上，铝箔13和第一金属镀层112正对的部分，以及第二金属镀层122和第一金属镀层112正对的部分。相当于整个电容芯子上有四个串联的子电容，根据串联分压原理，每个极板所承受的电压降低，从而降低端面起始电晕。

优选地，第一基膜111和第二基膜121为高温聚丙烯基膜，作为替代的实施方式，也可以采用其他的塑胶薄膜替代，例如，聚乙酯薄膜、聚丙烯薄膜、聚碳酸酯薄膜等。优选地，光膜层14采用高温聚丙烯光膜，作为替代的实施方式，也可以采用其他的塑胶薄膜替代，例如，聚乙酯薄膜、聚丙烯薄膜、聚碳酸酯薄膜等。

本实用新型还公开了一种高压薄膜电容器，包括上述的高压薄膜电容芯子 1、喷金层2、电极引出线3、环氧树脂灌料层4、以及外壳5。

参阅图3，喷金层2附着在高压薄膜电容芯子1的端面。采用电弧或火焰等热源，将需要喷涂的各类焊料丝材融化并在高压空气的作用下雾化，粉碎后的金属粒子以高速喷涂在对热能具有极高灵敏度的高压薄膜电容芯子1的端面薄膜层间隙中，使高压薄膜电容芯子1从内绕层至外绕层形成一个等电位的金属电极面，为电极引出提供一个桥接平台。

电极引出线3熔接于喷金层2内，电极引出线3的一端熔接在喷金层2，并且另一端依次穿过环氧树脂灌料层4和外壳5。优选地，电极引出线3为纯铜镀锡线。在一些替代的实施例中，电极引出线3可以利用金属箔作为电极引出线3，电极引出线3还可以利用任意的导电金属丝线作为电极引出线3，例如，银、锡、铜等或在上述的金属表面加上用于防止生锈和利于焊接的其他金属镀层，即电极引出线3可以为片状或者线状。

环氧树脂灌料层4包覆高压薄膜电容芯子1，优选地，采用高温酸酐型环氧树脂。酸酐类高温型高纯度环氧树脂可以保证高压薄膜电容器可以在特殊的环境(例如高温、高湿)下使用，有效地增加高压薄膜电容器的产品使用寿命。在一些替代的实施例中，环氧树脂灌料层4还可以采用其他一些具有耐高温特性、良好渗透性、优良密闭性的材料作为高压薄膜电容器的填充材料。

外壳5包覆环氧树脂灌料层4，优选地，采用高密试阻燃PBT外壳5。外壳 5可以为密封及阻燃等级较高的环氧粉末，例如，UL94/V-0级的PBT材料，也可以为金属材料的外壳5。优选地，外壳5的形状可以包括圆柱形、边缘平滑过渡的长方体或正方体。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种高压薄膜电容芯子，其特征在于，包括：依次层叠卷绕的第一金属薄膜层、中间层和光膜层；其中，所述中间层包括第二金属薄膜层和铝箔，所述第二金属薄膜层的两端均设置有一个所述铝箔，所述第二金属薄膜层和两个所述铝箔间隔设置；

所述第一金属薄膜层包括第一基膜以及蒸镀于所述第一基膜正表面的第一金属镀层，所述第二金属薄膜层包括第二基膜以及蒸镀于所述第二基膜正表面的第二金属镀层；

所述铝箔、所述第二金属镀层两者和所述第一金属镀层在基膜宽度方向上交错设置，以使所述铝箔、所述第二金属镀层两者分别和所述第一金属镀层形成正对区域以产生容量。

2.如权利要求1所述的高压薄膜电容芯子，其特征在于，所述第一金属薄膜层为二镀层三留边结构，包括两个间隔设置的金属镀块，两所述金属镀块与所述第一基膜两端分别形成留边；所述第二金属薄膜层为一镀层两留边结构，包括一个与所述第二基膜两端分别形成留边的金属镀块；铝箔、所述第二金属镀层两者与所述第一金属镀层之间形成四个正对区域，以组成四串分压结构。

3.如权利要求1所述的高压薄膜电容芯子，其特征在于，所述第一金属镀层和所述第二金属镀层的厚度为0.05μm。

4.如权利要求1所述的高压薄膜电容芯子，其特征在于，所述第一基膜和所述第二基膜为高温聚丙烯基膜。

5.如权利要求1所述的高压薄膜电容芯子，其特征在于，所述光膜层为高温聚丙烯基膜。

6.一种高压薄膜电容器，其特征在于，包括：权利要求1～5任一项所述的高压薄膜电容芯子、喷金层、电极引出线、环氧树脂灌料层、以及外壳；所述喷金层附着所述高压薄膜电容芯子的端面；所述电极引出线的一端熔接于所述喷金层内，另一端依次穿过所述环氧树脂灌料层和所述外壳；所述环氧树脂灌料层包覆所述高压薄膜电容芯子；所述外壳包覆所述环氧树脂灌料层。

7.如权利要求6所述的高压薄膜电容器，其特征在于，所述电极引出线为纯铜镀锡线。

8.如权利要求6所述的高压薄膜电容器，其特征在于，所述环氧树脂灌料层为高温酸酐型环氧树脂。

9.如权利要求6所述的高压薄膜电容器，其特征在于，所述外壳为高密试阻燃外壳。

10.如权利要求6所述的高压薄膜电容器，其特征在于，所述外壳的形状包括圆柱体、边缘平滑过渡的长方体和正方体。

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