2.薄膜电容器

2020/4/121为了增加电容器的电容量，通常将电极轧成金属箔，与绝缘介质薄膜一同卷绕成芯子，以尽量减小体积，这样就形成了薄膜电容器。1876年英国D.斐茨杰拉德发明纸介电容器。这就是薄膜电容器的始祖。2020/4/1222020/4/123薄膜电容器由介质、电极、电极过渡、引出线、封装、印章标志等部分组成。按介质分类：聚酯膜、聚丙烯膜…按结构分类：卷绕式、叠片式、内串式。按电极分类：金属箔、金属化（铝金属化、铝锌金属化）、膜箔复合结构。按电极引出方式分类：径向、轴向。按封装方式分类：盒式、浸渍型。按用途分类：通用（直流）、脉冲、抑制电源电磁干扰、精密。2020/4/124薄膜电容器的分类对照表构成分类特点介质聚丙烯膜高频损耗极低、电容量稳定性很高、负温度系数较小、绝缘电阻极高、介质吸收系数极低、自愈性好、介电强度高聚酯膜工作温度范围宽、介电常数高、电容量稳定性高、正温度系数、绝缘电阻高、薄膜厚度可达0.9mm、容积比高结构卷绕式又分为有感式和无感式，工艺成熟叠片式抗脉冲能力强、自动化程度高、容积比大内串式耐高压、耐大电流电极金属箔耐电流冲击、工艺流程短金属化有自愈性、体积小膜箔复合耐电流冲击、耐压高、有自愈性引出方式径向易插件，排版密度高轴向节省高度空间，结构稳定封装盒式外观一致性好、插件直通率高浸渍型设计灵活引出线CP线强度高、成本低镀锡铜线导电性好2020/4/125CP线，也叫做镀锡铜包钢线；是以低碳钢为芯线，其外表顺次镀覆铜、锡或锡基合金层加工而成的产品。它是一种新型的复合线材。一些常用的标准术语1.上限类别温度电容器设计所确定的能连续工作的最高环境温度。2.下限类别温度电容器设计所确定的能连续工作的最低环境温度。3.额定温度可以连续施加额定电压的最高环境温度。4.额定电压（UR）在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下，可以连续施加在电容器上的最大直流电压或脉冲电压的峰值。2020/4/1265.类别电压（UC）电容器在上限类别温度下可以连续施加在电容器上的最高电压。6.温度降额电压温度降额电压是在额定温度和上限类别温度之间的任一温度下，可以连续施加在电容器上的最高电压。2020/4/127请在此输入您的标题7.气侯类别电容器所属的气侯类别用斜线分隔的三个数来表示（IEC60068-1：如：55/100/56）。8.损耗角正切（tgδ）在规定频率的正弦波电压作用下，电容器的损耗功率除以电容器的无功功率。2020/4/1289.容量温度系数（α）电容器在规定的温度范围内容量随温度的变化率。通常以20℃时电容量为参考，用百万分之一每摄氏度（10-6/℃）表示。（10-6/℃=1ppm/℃）Ci：电容器在温度Ti时的容量C0：电容器在T0(20±2)℃时的容量2020/4/12910.绝缘电阻(I.R.)/时间常数(t)绝缘电阻为电容器充电一分钟后所加的直流电压和流经电容器的漏电流值的比值，单位为MΩ。时间常数为绝缘电阻和电容量的乘积，通常以秒表示，公式如下：t[s]=I.R.[MΩ]×C[μF]一般情况下，绝缘电阻用于描述小容量电容器的绝缘特性，时间常数用于描述大容量(如：CR0.33μF)电容器的绝缘特性。2020/4/121011.自愈性(仅对金属化膜电容器)金属化膜的金属镀层是通过真空蒸发的方法将金属沉积在薄膜上，厚度只有几十个纳米，当介质上存在弱点、杂质时，局部电击穿就可能发生，电击穿处的电弧放电所产生的能量足以使电击穿点邻近处的金属镀层蒸发，使击穿点与周围极板隔开，电容器电气性能即可恢复正常。2020/4/1211薄膜电容器的基本结构•请在此输入您的文本。2020/4/12122020/4/1213薄膜电容器的主要材料—薄膜介质材料性能聚酯PET聚丙烯PP或OPP聚苯硫醚PPS聚2，6奈乙酯PEN聚碳酸酯PC聚苯乙烯PS厚度μm=0.5=3=1=1=1.5=4介电常数3.0-3.32.1-2.22.83.0-3.32.6-3.22.3-2.7tgδ（1kHz）%0.2-0.50.020.060.1-0.50.1-0.30.03-0.04电阻率Ω·cm10-1010-1010-1010-1010-1010-10击穿电压（AC）MV/m150-200280-300150-200150-200150-180200-250杨氏模量/N.mm39202352-4410392059781960147-735熔点℃260165285260240240使用温度范围℃12510516014012085可燃性慢燃可燃自熄慢燃慢燃可燃吸水率（24h）%0.3-0.40.050.05-0.10.40.2-0.30.03-0.01主要用途直流脉动电容低压交流电容交流电容高频脉冲电容高温高频高性能电容片式电容高温电容片式电容直流脉动电容高精度高稳定电容缺点介质损耗大比重大不能很薄介电常数小耐热差太贵较贵成膜性差机械强度差耐热差分解有毒2020/4/1214薄膜电容所用的极板材料1.箔式电容：厚度4-6微米1.1普通电容器：铝箔1.2精密电容器：锡箔2.金属化电容：Zn,Ag,Sn,Al及其合金2.1通用电容器：Al，厚度10-50nm2.2交流电容器：Zn,Ag,Al合金，厚度20-60nm2.3金属化电极形式：单面，双面，加厚边，安全膜等2020/4/1215使用薄膜电容器的注意事项1.工作电压：薄膜电容器的选用取决于施加的最高电压，并受施加的电压波形、电流波形、频率、环境温度、电容量等因数的影响。使用前请先检查电容器两端的电压波形、电流波形和频率是否在额定值内，特别要注意偶发性的脉冲电压。当环境温度大于额定温度，小于上限温度时，电压应降额使用，降额幅度为—聚酯电容1.25%*额定电压/摄氏度，聚丙烯电容2.0~2.5%*额定电压/摄氏度。2020/4/12162.工作电流通过电容器的脉冲（或交流）电流等于电容量C与电压上升速率的乘积，即I=C×dV/dt。由于电容器存在损耗，在高频或高脉冲条件下使用时，通过电容器的脉冲（或交流）电流会使电容器自身发热而有温升，将会有热击穿（冒烟、起火）的危险。因此，电容器安全使用条件不仅受额定电压（或类别电压）的限制，而且受额定电流的限制。额定电流被认为是由击穿模式决定的脉冲电流（峰值电流，即由dV/dt指标所限制的）和连续电流（以峰值或有效值表示）组成，当使用时，需确认这两个电流都在允许范围之内。2020/4/12173.电容器充放电由于电容器充放电电流取决于电容量和电压上升速率的乘积，即使是低电压充放电，也可能产生大的瞬间充放电电流，这可能会导致电容器性能的损害，比如说短路或开路。当进行充放电时，需要串联一个20Ω/V～1000Ω/V或更高的限流电阻，将充放电电流限制在规定的范围内。当多个薄膜电容器并联进行耐电压测试或寿命测试时，要为每个电容器串联一个20Ω/V～1000Ω/V或更高的限流电阻。2020/4/12184.因薄膜振动产生的翁鸣声电容器的嗡鸣声是由于电容器薄膜受到两电极间库仑力的作用，产生的振动而发出的声音，施加的电压和频率波形失真越严重，所产生的嗡鸣声越大。但这种嗡鸣声对电容器不会产生任何破坏作用。2020/4/12195.表面温升（△T）当电容器用于交流及脉冲场合时，流经电容器的电流使其发热，如果发热量过大，会导致电容器短路甚至燃烧。所以流经电容器的电流不能超过产品目录所规定的最大数值，电容器在加载时监测温升也就显得尤为必要。2020/4/12206.阻燃性除PPS(聚苯硫醚)材料外，目前使用的有机薄膜电介质不是阻燃材料。尽管在薄膜电容器外封装中使用了耐火性阻燃材料--阻燃环氧树脂或阻燃塑壳，但外部的持续高温或火焰仍可使电容器芯子变形而产生外封装破裂，导致电容器芯子熔化或燃烧。2020/4/1221外在因素温度耐温程度：PPSPENPETPP,箔式金属化潮湿耐湿程度：全密封半密封无密封机械冲击安装重心（贴片，轴向，径向），引脚形状（片状，线状—粗细）2020/4/1222无极性ESR极低允许比较高的电流流过工作电压可以很高温度范围宽基本上无寿命限制金属化电极具有自愈功能2020/4/1223额定直流电压：是在整个温度范围内允许持续施加的直流电压。试验电压：电容器出厂前形式试验时对电容器施加的电压，一般在1.5~2倍，持续时间2分钟或500小时。介电强度：电容器的介质所能承受的电压，这个电压高于试验电压。额定交流电压：电容器工作在交流电压下可以连续施加的交流电压有效值。2020/4/1224在一般情况下，额定交流电压与额定直流电压关系为：2020/4/1225当交流电的频率很低时，流过电容器的电流也很低，这时电容器所允许施加的交流电压为额定交流电压。随着频率的升高，流过电容器的电流增加。当流过电容器的电流达到电容器的额定电流时，将不允许继续增加电流。为了限制电流，需要电压降额。2020/4/1226电容器可承受的交流电压、电流与频率的关系2020/4/1227随着频率继续升高，电容器的介质损耗上升，由于电容器所允许的损耗为一定值，介质损耗增加，将要求ESR损耗降低，也就是说要进一步降低电流有效值，来保证电容器的损耗为额定值。2020/4/1228薄膜电容器在不同温度下可承受的交流电压2020/4/12292020/4/12302020/4/1231电容器的电流与dv/dt的关系：当dv/dt为峰值时，对应的电流为峰值电流。电容器允许的有效值电流受流过的电流在ESR上的损耗限制。2020/4/1232dtdvCiC不同的介质，电容器的最高工作温度不同。一般来说，聚酯电容器的最高工作温度为+125℃；聚丙烯电容器多为+85℃。2020/4/12332020/4/1234电容等效电路电容的泄露电阻Rp、有效串联电阻Rs和有效串联电感L式寄生元件，可能会降低外部电路的性能。一般将这些元件的效应合并考虑，定义为损耗因数或DF。电容的泄漏是指施加电压时流过电介质的微小电流。虽然模型中表现为与电容并联的简单绝缘电阻Rp，但实际上泄露与电压并非线性关系。损耗因数衡量电容的基本无效性。制造商将它定义为每个周期电容所损失的能量与所存储的能量之比。特定频率的等效串联电阻与总容性电抗之比近似于损耗因数，而前者等于品质因数Q的倒数。损耗因数常常随着温度和频率而改变。采用云母和玻璃电介质的电容，其DF值一般在0.03%至1.0%之间。室温时，陶瓷电容的DF范围是0.1%至2.5%。电解电容的DF值通常会超出上述范围。薄膜电容通常是最佳的，其DF值小于0.1%。2020/4/1235低频下，损耗因数仅由绝缘成分决定，对于小容量的聚丙烯膜电容器，在频率上升至数兆以前，损耗因数几乎与频率无关，大约为10-4。然而，随着频率的增加，等效串联电阻部分的损耗因数迅速增加，直至它成为损耗因数曲线的决定性成分。2020/4/12362020/4/12372020/4/12381.在震荡电路、定时电路、延迟电路和滤波器中的应用2020/4/1239是利用RC串并联实现的振荡电路，由Max.Wien发明的利用深度正反馈，通过阻容耦合使两个电子器件交替导通与截止，从而自激产生方波输出的振荡器。常用作方波发生器。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。用电感L、电容C组成选频网络的振荡电路，用于产生高频正弦波信号能使脉冲信号延迟一定时间的电路在要求高的应用中，需要电容器的电容量具有良好的温度稳定性以确保振荡频率、定时的时间、延迟时间具有良好的温度稳定性。这时以选用温度系数低的聚碳酸酯介质电容器为首选，其温度系数可以接近于零，在整个工作温度范围内电容量几乎没有变化，对谐振频率、定时时间以及延迟时间都没有影响。2020/4/1240其次，应选用复合膜电容器，这种电容器的介质是利用正温度系数介质和负温度系数介质组合，使温度系数互补接近为零，在整个工作温度范围内电容量的变化可以小于0.1%。