有機薄膜電容器是以有機塑料薄膜做介質,以金屬箔或金屬化薄膜做電極,通過卷繞方式制成(疊片結構除外),其中以聚酯膜介質和聚丙烯膜介質應用最廣。
制造電容器使用的有機薄膜多達十幾種,以聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯(PET)、聚四氟乙烯、聚碳酸酯(PC)有機薄膜電容器最為成熟,是性能優、品種多、應用面廣的電子元件之一
有機薄膜電容器主要特點
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。有機介質材料大多是合成的高分子聚合物,原料豐富,品種繁多,有利于有機介質電容器的發展。與無機介質電容器比較,其主要弱點是:有機介質易于老化,電容器的性能會逐漸降低;有機介質的熱膨脹系數較大,電容器的穩定性較差;有機介質的耐熱性差,電容器的工作溫度上限受到限制。
有機薄膜電容器分類
1.按介質材料區分:我國現使用主要有聚酯膜和聚丙烯膜兩種介質;
2.按電極型式區分:有金屬箔式和金屬化薄膜兩種結構。
3.按卷繞方式區分:有有感卷繞和無感卷繞兩種方式
具體特性說明如下表:
有機薄膜分極性有機薄膜和非極性有機薄膜兩類,用極性有機薄膜制造的電容器具有比電容人,耐溫高,耐樂強度高等優點。用非極性有機薄膜制造的電容器具有損耗角正切值tgδ小、絕緣電阻高、介質吸收系數小、有負溫度系數等優點。
兩大常見有機薄膜電容器用處
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:
1)高頻損耗極低tanδ≤0. 1%, (聚酯電容tanδ≤1.0 %)。且在很寬的頻
率范圍內損耗變化很小,適合高頻電路使用。( 100KHz以內)
2)較小的負溫度系數;
3)絕緣電阻極高(IR≥10° MQ ) :
4)介電強度高,適合做成高壓薄膜電容器。
有機薄膜電容器優點
目前,高比容有機薄膜電容器主要應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,能夠很好地保護電路安全,消除電路過壓擊穿短路風險;采用無感卷繞技術,產品符合低電感特性,更能適應電源系統不斷提升的工作頻率;采用低損耗介質材料,產品具有低損耗特性,能夠承受更大紋波電流,發熱量較低;無極性介質材料,能夠承受反峰電壓,可滿足交、直流濾波電路使用等。
有機薄膜電容器自愈介紹
有機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前發展最快的電容器之一。
金屬化有機薄膜電容器的自愈有兩種不同的機理:一種是放電自愈;另一種是電化學自愈。前者發生在電壓較高下,所以也簡稱為高壓自愈;因為后者在電壓很低的情況下也出現,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理,假設在兩個金屬化電極間的有機薄膜中某處有一疵點,其電阻為R。按疵點的性質,它可能是金屬性疵點,也可能是半導體或劣質絕緣性疵點。顯然,當疵點是前一種時,在低電壓下,電容器就已經發生放電自愈。而只有在后一種疵點情況下,才出現所謂高壓放電自愈。
放電自愈的過程是,在金屬化有機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。因此流經金屬化電極的電流密度J=V/Rπr2,即是在金屬化電極內,離疵點越近的區域(即r越小),其電流密度越大。由于疵點功耗W=(V2/R)r引起的焦爾熱,是半導體性或絕緣性疵點的電阻R成指數性下降。因此電流I和功耗W又迅速增大,結果在金屬化電極離疵點很近的區域中,電流密度J1= J=V/πr12急劇上升到其焦爾熱能將該區金屬化層的熔化,引起電極間在此處飛弧,電弧很快蒸發和拋散掉該處熔融金屬,形成無金屬層的絕緣隔離區,電弧熄滅,實現自愈
2、電化學自愈
鋁金屬化有機薄膜電容器在低壓下,常出現這種自愈。這種自愈的機理如下:若在金屬化有機薄膜電容器的介質薄膜中有一疵點,在電容器上加上電壓以后(即使電壓很低),通過疵點將有較大的漏電流
表現為電容器的絕緣電阻遠低于技術條件中的規定值。顯然,在漏電流中含有離子電流,也可能含有電子電流。因為各種有機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一部分是因水被電解而產生的O2-離子和H-離子電流。O2-離子到達AL金屬化陽極以后,與AL結合形成AL2O3。隨著時間的增長,逐漸形成AL2O3絕緣層將疵點覆蓋和隔離,從而電容器絕緣電阻大為提高,達到自愈。
自愈的利弊
金屬化有機薄膜電容器的最大特點是具有自愈能力,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,不能讓有機薄膜電容器在工作時發生自愈。
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,自愈次數很多,就會導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。