新型耐高温金属化聚丙烯膜材料的设计方案有哪些_新型耐高温金属化聚丙烯膜材料的设计方案

本文采用新型耐高温金属化聚丙烯薄膜材料作为电介质和电极，用耐高温绝缘环氧树脂灌封料封装，通过严格的制造工艺设计出耐高温金属化聚丙烯薄膜电介质交流脉冲电容器，扩大了聚丙烯薄膜电容器的应用范围。

1.介绍

随着电子科学技术的发展和进步，21世纪的能源问题越来越受到人们的关注。世界上所有的行业都在大张旗鼓地节能，照明行业就是其中的一部分。据不完全统计，照明耗电量大，节能潜力大，这为照明行业的元器件供应商提供了商机和挑战。电容器行业是受益者之一，尤其是当白炽灯和电感镇流器被禁止后，随着紧凑型节能灯、电子镇流器和第四代照明光源或绿色光源LED的快速发展，开发长寿命、大功率的电子产品是新的发展趋势。

本文主要从产品设计思路出发，讨论如何设计一种额定温度为105 dv/dt工作温度范围为-55~ 125的耐高温聚丙烯薄膜交流脉冲电容器。

2.市场调查

这类产品主要用于照明市场的电子镇流器和led。市场需求比较大，风险小。客户群主要包括飞利浦等五家全球照明厂商。典型应用电路如下：

2.1电子镇流器

主要分为欧式电路(如图1)和美式电路(如图2)。

A.欧洲电路：用在C6、C7、C9，C6、C7起缓冲作用，C9起谐振作用；

B.美国电路：用在C6、C7、C8位置，这里C6起脉冲驱动作用，C7起谐振作用，C8起限流作用；

2.2 led节能灯电路(如图3所示)用在C6、C8、C9的位置，其中C6、C9起吸收作用，C8起谐振作用。

3.技术要求

气候类别：55/125/56

额定温度：105

类别电压：UC=0.75UR

寿命(耐高温)实验：1.25UR，105，2000h

要求(GB/T14579-93(IEC 60384-17-1987)):

C/C5%，tg10kHz0.0015。

DV/dt测试：

充电电压(直流):ur；放电电阻():

Rd=短路，充放电次数：100，000次。4.产品设计和过程控制。

4.1电介质材料的选择

聚丙烯材料因其低介电损耗、良好的稳定性、高体积电阻率、低吸水率和低热收缩率而适用于交流和脉冲应用。目前，聚丙烯薄膜根据应用要求的不同分为普通聚丙烯薄膜和高温聚丙烯薄膜。现在，它们的性能比较如表21、所示。

根据表21、的对比，我们采用耐高温、击穿场强高、热收缩性好的高温聚丙烯薄膜作为这类电容器的介质。

4.2金属化膜极板和产品结构的选择

4.2.1电镀材料和金属化薄膜方阻的选择

电极在电容器中起收集电荷的作用，其形式因电容器结构和应用场合而异。本文所研究的产品主要应用于照明行业中的高温高频交流场合，要求电容器具有较高的承受连续(正弦波)交流有效值电压Vrms或交流有效值电流Irms的能力。

因此，采用方阻低(一般为3.0/30%)的金属铝作为电极材料，保证良好的接触端面、良好的电流脉冲强度和低ESR，保证产品的高电流电阻。

4.2.2产品结构选择

由于产品在使用中会长时间工作在高频交流电压下，所以必须考虑产品的电晕问题。电晕是由不均匀导体产生的不均匀电场引起的。当不均匀电场周围曲率半径小的电极附近电压升高到一定值时，空气放电形成电晕。

因此，考虑到初始电晕电压UB 300 VA C，对于不同的额定电压应考虑不同的串联结构设计(如图4)，以提高产品的初始电晕电压。

4.3灌封绝缘材料的选择

由于产品长期工作在高温、高频交流脉冲电压下，需要开发一种耐高温、致密、传热性能好的灌封材料。经过对主剂A的组成及各组分间的配比、主剂B的组成及各组分间的配比、主剂A与固化剂B的配比等多轮实验，研制出一种耐高温性能好、可自动灌封的新型高温固化黑色环氧树脂灌封材料。用这种灌封胶和普通灌封胶填充的产品进行高温耐久性测试(如表3所示)。填充该灌封料的产品容量损失小于常温材料，性能远远满足GB/T 14579-93标准规定的一级品要求。

4.4过程控制

4.4.1卷绕过程控制

因为产品在客户端贴装到电路板上会经过1-2分钟的高温预烤，然后260波峰焊10s，这里不同的客户有不同的要求，比如某知名照明客户的焊接曲线(如图5)。

因此产品的高频损耗极高，高温焊接耐热后产品的高频损耗不会恶化。

影响产品高频损耗恶化的主要原因是金属电极蒸发层和喷金层(电极引出层)之间的接触损耗。因此，控制铁芯卷绕后的端面质量是非常重要的。针对端面质量问题，作者对两种实验方案生产的产品进行了对比实验(见表4)。根据实验数据可以看出，端面质量收紧工艺生产的产品的容量损失和 TG tg100kHz的变化优于普通工艺条件。

因此，为了满足客户的苛刻要求，绕组必须根据拧紧工艺控制铁芯端面的质量。

4.4.2喷金过程的控制

在实际应用中，快速变化的电压脉冲会导致电容器流过大的峰值电流。这些大电流将导致金属喷涂层和金属膜之间的连接区域的热损失。为了避免温度过高对这些区域的损害，需要提高产品的脉冲电阻(非常高的脉冲爬坡率dv/dt和脉冲特性K0值)。

因此，为了提高产品的耐dv/dt性能，经过多轮实验验证(产品在10倍GB /T14579-93标准实验条件下进行了耐dv/dt性能测试(如表5所示))，选择了附着力好、接触电阻低的新型无铅金属材料作为电极引出层，并在喷涂过程中严格控制了粒度和喷金。

5.结论

经过作者多轮实验验证，结合严格的特殊工艺控制，研制出该类型产品，产品各项性能均可满足GB/T 14579-93标准性能一级的要求，从而扩大了聚丙烯薄膜电容器的应用范围。目前，该产品的性能已经得到飞利浦等全球五大照明厂商的认可。