有機(jī)薄膜電容器是以有機(jī)塑料薄膜做介質(zhì),以金屬箔或金屬化薄膜做電極,通過卷繞方式制成(疊片結(jié)構(gòu)除外),其中以聚酯膜介質(zhì)和聚丙烯膜介質(zhì)應(yīng)用最廣。
制造電容器使用的有機(jī)薄膜多達(dá)十幾種,以聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯(PET)、聚四氟乙烯、聚碳酸酯(PC)有機(jī)薄膜電容器最為成熟,是性能優(yōu)、品種多、應(yīng)用面廣的電子元件之一
有機(jī)薄膜電容器主要特點(diǎn)
由于膜的厚度可以做得很薄,易于卷繞,所以這種電容器的電容量和工作電壓范圍很寬。有機(jī)介質(zhì)材料大多是合成的高分子聚合物,原料豐富,品種繁多,有利于有機(jī)介質(zhì)電容器的發(fā)展。與無機(jī)介質(zhì)電容器比較,其主要弱點(diǎn)是:有機(jī)介質(zhì)易于老化,電容器的性能會逐漸降低;有機(jī)介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)較大,電容器的穩(wěn)定性較差;有機(jī)介質(zhì)的耐熱性差,電容器的工作溫度上限受到限制。
有機(jī)薄膜電容器分類
1.按介質(zhì)材料區(qū)分:我國現(xiàn)使用主要有聚酯膜和聚丙烯膜兩種介質(zhì);
2.按電極型式區(qū)分:有金屬箔式和金屬化薄膜兩種結(jié)構(gòu)。
3.按卷繞方式區(qū)分:有有感卷繞和無感卷繞兩種方式
具體特性說明如下表:
有機(jī)薄膜分極性有機(jī)薄膜和非極性有機(jī)薄膜兩類,用極性有機(jī)薄膜制造的電容器具有比電容人,耐溫高,耐樂強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。用非極性有機(jī)薄膜制造的電容器具有損耗角正切值tgδ小、絕緣電阻高、介質(zhì)吸收系數(shù)小、有負(fù)溫度系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。
兩大常見有機(jī)薄膜電容器用處
1.聚酯膜電容器的特性:
1)體積小,容量大,其中尤以金屬化聚酯膜電容的體積更小。
2)使用溫度范圍較寬: -55°C~+100C。 (聚丙烯電容為:一40‘ *+85 °C)
3)正溫度系數(shù)電容
4)損耗tanδ隨頻率升高而增加較大,因此不宜用于高頻電路。2.聚丙烯薄膜電容器的特點(diǎn):
1)高頻損耗極低tanδ≤0. 1%, (聚酯電容tanδ≤1.0 %)。且在很寬的頻
率范圍內(nèi)損耗變化很小,適合高頻電路使用。( 100KHz以內(nèi))
2)較小的負(fù)溫度系數(shù);
3)絕緣電阻極高(IR≥10° MQ ) :
4)介電強(qiáng)度高,適合做成高壓薄膜電容器。
有機(jī)薄膜電容器優(yōu)點(diǎn)
目前,高比容有機(jī)薄膜電容器主要應(yīng)用于各類逆變電源中,作為直流支撐(DC-Link)電容使用,薄膜電容器體積縮小可取代以往使用電解電容的場合,并且具有更高的耐電壓能力;不存在電解液泄露風(fēng)險,具有更高的可靠性;在電路中遇到瞬時過壓時,具有自愈特性,能夠很好地保護(hù)電路安全,消除電路過壓擊穿短路風(fēng)險;采用無感卷繞技術(shù),產(chǎn)品符合低電感特性,更能適應(yīng)電源系統(tǒng)不斷提升的工作頻率;采用低損耗介質(zhì)材料,產(chǎn)品具有低損耗特性,能夠承受更大紋波電流,發(fā)熱量較低;無極性介質(zhì)材料,能夠承受反峰電壓,可滿足交、直流濾波電路使用等。
有機(jī)薄膜電容器自愈介紹
有機(jī)金屬化薄膜電容器最大的好處就是它具有自愈能力,因此這類電容器成為當(dāng)前發(fā)展最快的電容器之一。
金屬化有機(jī)薄膜電容器的自愈有兩種不同的機(jī)理:一種是放電自愈;另一種是電化學(xué)自愈。前者發(fā)生在電壓較高下,所以也簡稱為高壓自愈;因?yàn)楹笳咴陔妷汉艿偷那闆r下也出現(xiàn),所以常簡稱為低壓自愈。
1、放電自愈
為了說明放電自愈的機(jī)理,假設(shè)在兩個金屬化電極間的有機(jī)薄膜中某處有一疵點(diǎn),其電阻為R。按疵點(diǎn)的性質(zhì),它可能是金屬性疵點(diǎn),也可能是半導(dǎo)體或劣質(zhì)絕緣性疵點(diǎn)。顯然,當(dāng)疵點(diǎn)是前一種時,在低電壓下,電容器就已經(jīng)發(fā)生放電自愈。而只有在后一種疵點(diǎn)情況下,才出現(xiàn)所謂高壓放電自愈。
放電自愈的過程是,在金屬化有機(jī)薄膜電容器上施加電壓V后,立刻有歐姆電流I=V/R通過疵點(diǎn)。因此流經(jīng)金屬化電極的電流密度J=V/Rπr2,即是在金屬化電極內(nèi),離疵點(diǎn)越近的區(qū)域(即r越?。潆娏髅芏仍酱?。由于疵點(diǎn)功耗W=(V2/R)r引起的焦?fàn)枱幔前雽?dǎo)體性或絕緣性疵點(diǎn)的電阻R成指數(shù)性下降。因此電流I和功耗W又迅速增大,結(jié)果在金屬化電極離疵點(diǎn)很近的區(qū)域中,電流密度J1= J=V/πr12急劇上升到其焦?fàn)枱崮軐⒃搮^(qū)金屬化層的熔化,引起電極間在此處飛弧,電弧很快蒸發(fā)和拋散掉該處熔融金屬,形成無金屬層的絕緣隔離區(qū),電弧熄滅,實(shí)現(xiàn)自愈
2、電化學(xué)自愈
鋁金屬化有機(jī)薄膜電容器在低壓下,常出現(xiàn)這種自愈。這種自愈的機(jī)理如下:若在金屬化有機(jī)薄膜電容器的介質(zhì)薄膜中有一疵點(diǎn),在電容器上加上電壓以后(即使電壓很低),通過疵點(diǎn)將有較大的漏電流
表現(xiàn)為電容器的絕緣電阻遠(yuǎn)低于技術(shù)條件中的規(guī)定值。顯然,在漏電流中含有離子電流,也可能含有電子電流。因?yàn)楦鞣N有機(jī)薄膜都有一定的吸水率(0.01%~0.4%),且在電容器制造、儲存和使用過程中,電容器可能受潮,所以在離子電流中會有相當(dāng)一部分是因水被電解而產(chǎn)生的O2-離子和H-離子電流。O2-離子到達(dá)AL金屬化陽極以后,與AL結(jié)合形成AL2O3。隨著時間的增長,逐漸形成AL2O3絕緣層將疵點(diǎn)覆蓋和隔離,從而電容器絕緣電阻大為提高,達(dá)到自愈。
自愈的利弊
金屬化有機(jī)薄膜電容器的最大特點(diǎn)是具有自愈能力,因此自愈所帶來的好處是主要的,但是,它也有不利之處,其中最大的害處就是自愈時造成電流脈沖,給電路帶來信號干擾,降低電路的重要性能——信噪比。所以對于一些要求特別高的電路,如高保真音響電路、高精度通信電路等,不能讓有機(jī)薄膜電容器在工作時發(fā)生自愈。
自愈的另一害處,是使用電容器的容量逐漸減少。若電容量在工作時,自愈次數(shù)很多,就會導(dǎo)致其容量和絕緣電阻顯著變小、損耗角大幅度上升,使電容器很快失效。