薄膜电容设计技术（共2篇）
1.薄膜电容设计技术 篇一
薄膜电容器选型中常出现的问题
1、薄膜电容器容量越大越好：
一般说来薄膜电容器容量越大越好，不过这也不是绝对的，大容量的薄膜电容器不易过滤出高频干扰信号，而多个小容量薄膜电容器并联却比单个大容量薄膜电容器更有效、更稳定。
再者这和主板的走线、电源|稳压器设计也有一定的关系，但是如果你的主板上到处都是100μF左右的小薄膜电容器，那主板质量也好不到哪里去。
2、日系薄膜电容器一定适合超频：
很多朋友以为采用日系薄膜薄膜电容器器的主板超频性一定好。其实超频不仅和薄膜电容器有关，还和主板电路设计、时钟芯片、电源、BIOS设计等都有关系，不是单靠薄膜电容器就能决定的，某些采用台系GSC薄膜电容器的主板超频性同样很好。但是日系薄膜电容器对主板稳定性还是有所帮助的。
3、用优质薄膜电容器的主板就一定好：
不一定，正如本文开头所讲的，好主板肯定会采用好薄膜电容器，但有好薄膜电容器的主板不一定是好主板。一块好的主板不仅要看薄膜电容器的优劣，还得看该主板的设计水平，像华硕、微星这样的大厂也不常用RUBYCON、NICHICON这样的薄膜电容器，但是他们的产品的走线、PCB设计都是一流的，所以这也保证了其产品的稳定性；相反一些小厂为了吸引买家，往往会采用一些不错的薄膜电容器，但是其走线、供电设计、MOSFET的质量却很一般，这样的主板往往看起来不错，但是用久了就不好说了。
薄膜电容器选型中常出现的问题
A 额定电压选择不当
额定电压选择不当，出现最多的地方是谐振电路部分(C5)。研发人员应该根据设备的额定功率，输入电压，电路拓扑，逆变控制方式，负载材质，负载磁载率，电路Q值等参数作为综合考虑后作初步计算。待样机初步达到要求后，需要用示波器加高压电压探头，实际
测量一下设备在最大功率的时候，谐振电容器两端的峰峰值电压，峰值电压，均方根值电压，谐振频率等参数，用来判定所选择的谐振电容器型号及参数是否正确。
B 额定电流选择不当
额定电流选择不当，出现最多的地方是C3(直流支撑)和C5(谐振)部份。实际需要的电流值如果比电容器允许通过的电流值大，那么会造成电容器发热严重，长期高温工作，导致电容器寿命大大降低，严重的会炸毁甚至是起火燃烧。在设备研发中，可以通过专用的电流探头或其他方式，测量一下实际需要的峰值电流，均方根值电流，然后调整电容器的参数。最终可通过设备在满功率老化测试中，测量一下电容器的温升，根据电容器的温升允许参数来判定电容器的选择是否恰当。（电流测量及温升情况来综合评定）
C 接线方式不当
接线方式不当，主要出现在电容器多只并联使用中。由于接线方式，走线距离不一致等因数，导致每只并联的电容器在电路中分流不一致。最终体现在多只并联的电容器，每只的温升都不一致。个别位置的电容器温升过高，出现烧毁的情况。因此，需要对电容器的并联使用进行合理的布线及连接，尽量要做到均流，提高电容器的使用寿命。
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2.薄膜电容设计技术 篇二
1 金属化薄膜电容器损耗的组成
金属化薄膜电容器的损耗主要由介质损耗、漏导损耗和金属损耗组成。
1.1 介质损耗
介质损耗是指绝缘材料在电场作用下, 由于介质电导和介质极化的滞后效应, 在其内部引起的能量损耗。介质损耗分为主介质损耗和辅助介质损耗两部分。
(1) 主介质损耗 (tgδd1) :对于P E膜, tgδ<3×10-3;对于P P膜, 。
(2) 辅助介质损耗 (tgδd2) :指浸渍包封的环氧树脂漆引起的附加损耗, 只要材料及工艺正确, 该项可略。
1.2 漏导损耗tgδp
金属化薄膜电容器的漏导损耗是由漏导电阻Rp引起的, 漏导电阻由体积漏导电阻和表面漏导电阻组成。Rp主要取决于电容器的绝缘电阻, 只要工艺合理, Rp不会小于3×1010, 且tgδp随频率的升高而降低。如金属化聚丙烯薄膜电容器 (CBB类) 采用聚丙烯薄膜为介质, 该薄膜属非极性材料, 漏导损耗很小, 可忽略不计。
1.3 金属损耗
金属损耗即金属部分损耗, 取决于电极与其引线之间的接触电阻及金属蒸镀层的方块电阻。
式中:f为工作频率;c为电容量;为电极内阻以及电极与其引线之间的接触电阻之和。
2 金属化薄膜电容器损耗的理论分析模型
金属化薄膜电容器损耗角正切tgδ的组成:
式中:
tgδd1为主介质损耗角正切值;
tgδd2为辅助介质 (包括环氧料和外部保护结构介质) 损耗角正切值;
tgδp为漏导损耗角正切值;
tgδe为金属部分损耗角正切值;
c1为主介质的电容量;
c2为辅助介质的电容量;
cp为主辅介质的总电容量, cP=c1+c2;
f为测试频率;
Rp为漏导电阻;
re为金属部分电阻。
等效电路见图2。
对于金属化薄膜电容器, 一般情况下, 最大不超过几百PF, 可视远大于
漏导损耗:由于Rp>1010Ω相对很大, 故tgδp→0, 该项可略。
上式简化为:
等效电路见图3。
分析:损耗tgδd1取决于金属化薄膜介质的本身, 它主要是由介质本身的性质所决定的, 在实际生产过程中, 除选择品质优良的金属化薄膜介质外, 无更多的办法降低tgδd1。因此, 在介质材料确定的条件下, 降低或稳定金属化薄膜电容器损耗tgδ主要取决于金属部分tgδe的损耗, 虽然金属部分的损耗tgδe约占tgδ的5%～10%, 但却是最主要的影响因素。
3 金属化薄膜电容器金属部分损耗tgδe的理论分析模型
3.1 金属部分损耗tgδe的组成
在金属化薄膜电容器生产过程中只要原材料质量保证, 介质损耗、漏导损耗则相对不变, 可视为一常数。由此可见金属化薄膜电容器的损耗角正切值tgδ变化是金属部分损耗tgδe变化引起的, 且tgδe=2πfcre。
金属部分损耗tgδe包括以下四部分, 即引出线的损耗tgδe1、极板 (电极电阻) 的功率损耗tgδe2、喷金层与电容器芯体端面之间的桥接电阻tgδe3和引线与喷金层之间的焊接电阻tgδe4四部分组成。即:
tgδe=tgδe1+tge2+tgδe3+tgδe4
3.2 引出线的损耗tgδe1
金属化薄膜电容器引出线的损耗可表示为:tgδe1=2πfcre1。
金属化薄膜电容器工作在直流或脉动电路中, 引出线的等效电阻re1是很小的, 其损耗功率也很小, 故引出线的损耗tgδe1可忽略。
尽管如此, 为了把引出线电阻造成的影响减到最小, 需对作为电极的引出线加以分析。
金属化薄膜电容器的引出线通常采用φ0.5mm、φ0.6mm、φ0.8mm的镀锡铜包钢线 (CP线) , 其截面见图4。
因电极的导电层集中靠近引出线的外层, 即如上图所示的铜包层的位置。为减小引出线的电阻, 根据电阻定律R=ρ⋅l/s, 需减小引出线的电阻率ρ, 由于ρ铜<ρ铁, 根据电流的集肤效应, 电流集中在引线外层, 故采用了铜包层, 以增加引出线的导电能力;为了提高引出线与喷金层和外部电路连接的焊接能力, 采用了镀锡层用以提高引出线的可焊性;为进一步减小电阻值还需尽可能地采用大截面和尽可能短的引出线。
3.3 极板的损耗tgδe2
金属化电容器极板的损耗角正切值可表示为:tgδe2=2πfcre2。
电容器极板的损耗功率:P极=I2×re2其中I为电流;re2为极板等效电阻, 可通过减小等效电阻re2来降低损耗功率极P, 达到减小极板损耗角正切值的目的。
3.4 喷金层与电容器芯体端面金属之间的桥接电阻tgδ3
如图5所示1与2之间的桥接电阻构成re3。
当喷金层与金属化膜的金属层接触不牢、不致密, 两导体表面吸附某些气体或其它杂质, 使得两导体间形成一个很薄的间隙, 约在几个埃到几十埃之间。间隙对于电子形成位垒, 电子可按一定的几率穿过位垒, 从一个导体跑到另一个导体, 这样就形成了间隙电阻即接触电阻。如在生产过程中, 工艺控制不严, 较大的接触电阻引起功耗增加, 导致电容的损耗超标不合格。同时喷金材料的选用也是至关重要, 与金属层同种或相近的金属喷金材料有利于与金属镀层相互渗透, 接触处金属之间形成金属键, 接合牢固, 减小喷金层与镀层间的接触电阻。
3.5 引线与喷金层之间的焊接电阻引起的损耗
焊接是利用低电压、大电流短路放电产生的瞬时高热量来熔化芯子端面喷金和引线上的镀锡层, 使两者熔合在一起, 达到电容器的电极引出的目的。焊接质量的好坏决定着引线与喷金层之间的桥接电阻的大小, 是决定的关键。
4 结语
通过金属化薄膜电容器损耗理论分析模型的建立, 从影响金属化薄膜电容器损耗角正切值最大的关键工序和金属化膜入手, 在电容器的设计、喷金料选用、喷金工艺改进、焊接状态调整、焊接工艺改进等方面进行试验研究, 可找出导致损耗角正切值增大和发生变化的主要原因, 进而提出改进措施, 有利于提高金属化薄膜电容器的制造水平。
参考文献
[1]邵康培.薄膜电容器的发展过程及其趋势[J].电力电容器, 2002, 4:4～6.