聚丙烯电容器的结构以及局部放电效应说明

聚丙烯膜电容器是有感结构，用聚丙烯作为电介质和铝箔为电极绕制而成，导线采用镀锡铜包钢线，使用环氧树脂包封。体积小，重量轻;更好稳定性和可靠性。引线直接点焊于电极，损耗小。广泛用于电视机，收录机，DVD及各种通讯器材电子仪器的直流、脉冲电路中。

在性能数据中，聚丙烯是电力应用的有力竞争者，具有宽电压和电容范围以及良好的自愈性能。在所有频率下特别低的耗散因数 (DF) 也很重要;DF 是 ESR 与容抗 ZC = 1/2πfC 之比。与其他电介质相比，较低的数字意味着较低的加热效应，并且是比较电容器类型每微法容量损失的一种方式。通常，DF 随温度和频率的变化略有变化，但聚丙烯在比较中表现最好。

对于不太重要的电力应用，聚酯可以是一种出色的低成本选择，因为它具有高比电容(CV/体积)和宽温度范围。

聚丙烯电容器结构

现在更详细地研究聚丙烯电容器，有两种基本结构——金属箔和金属沉积。在前者中，大约 5 微米厚的金属箔夹在介电层之间，具有高峰值电流能力，但没有自愈能力。在金属化薄膜结构中，铝或锌或锌合金在约 1200°C 下在真空下沉积到聚丙烯薄膜上，厚度约为 20 至 50nm。薄膜在沉积过程中保持低温，通常为 -25°C 至 -35°C。在此过程中，启用了自我修复。在使用中，局部击穿会导致剧烈加热，可能高达 6000°C，从而形成等离子弧。这会局部蒸发金属化层，等离子的快速膨胀会熄灭电弧，在大约 10µs 内隔离缺陷区域并允许电容器继续工作。失去了一些能力，但影响微乎其微，

金属化有时在薄膜上被分割成数百万个区域，狭窄的“门”将电流馈入这些部分并充当严重过载的保险丝。由于总电流路径的变窄，峰值电流处理能力略有降低，但引入的额外安全裕度因此允许电容器额定电压更高。

在某些设计中，箔和金属化结构结合在一起，以在峰值电流处理和自愈之间提供折衷的性能。金属化也可以从电容器的边缘分级，以便边缘处较厚的材料提供更好的电流处理和更坚固的焊接或焊接端接。分级可以是阶梯式的或连续的。

局部放电效应

所使用的聚丙烯薄膜的介电强度约为 650V/µm，厚度约为 2µm，因此很容易获得几 kV 的器件额定电压，零件电压为 100kV。尽管在非常高的电压下会产生影响——局部放电或“PD”。有时称为“电晕”，这是介电材料主体中的微孔或绝缘层之间的气隙的击穿。其效果是在绝缘中插入“部分”短路，有效缩短绝缘路径并局部降低击穿阈值电压。每个短路都会对剩余的绝缘层施加额外的压力，随着时间的推移它们会累积，达到一个临界点，并发生完全击穿。局部放电的检测依赖于专用设备，通过高压测试期间流动的瞬态额外电流记录单个击穿事件。事件中的能量虽然以皮库仑为单位测量，但很难检测到，但它可以很好地衡量绝缘状况随时间的变化。这 'Paschen 曲线描述了 PD 效应”，曲线 A，其特征是微孔尺寸和击穿电压之间的关系中的“最小值”鲜为人知。曲线 B 和 C 是通过绝缘体的两个示例场强——Paschen 曲线 (A) 上方的点可能会产生 PD 击穿。PD 具有用于开始击穿的“起始”电压，但在击穿停止之前具有较小的“熄灭”电压。

用油浸渍高压电容器有助于通过从绝缘界面置换具有较低击穿阈值的空气来治疗 PD。树脂填充的低压电容器在这方面也有帮助，并且还提高了机械强度。

PD 是由电场强度 (kV/mm) 引起的效应，因此较厚的介电材料不易受到影响，但以相同 CV 额定值的较大尺寸组件为代价。电容器可以串联连接，以便它们单独看到较低的电压应力，低于 PD 起始点，但可能需要平衡电阻器。有时高压电容器由一个外壳中的串联元件组成，以避免 PD。