“ 本篇介紹薄膜電容，主要參考TDK、Epcos和法拉等電容器廠商技術文檔。分五小節(jié)介紹 ：第一節(jié)介紹薄膜電容的種類和用途；第二小節(jié)簡單介紹薄膜電容的結構和生產(chǎn)加工工藝流程；第三小節(jié)為薄膜電容主要性能參數(shù)的變化特點；第四節(jié)介紹安規(guī)電容參數(shù)；第五小節(jié)介紹薄膜電容使用中需要關注的地方。”

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薄膜電容的種類和用途

圖1.薄膜電容器的分類

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）

聚丙烯（PP）

聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）

塑膠薄膜電介質(zhì)的特性（典型數(shù)值）如下：

電力電子使用較多的是聚酯和聚丙烯電容，其特征分別如下

1） 聚酯電容/聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）

聚酯電容（CL）是用兩片金屬箔作為電極，以聚酯（滌綸）作為介質(zhì)。聚酯電容的介電常數(shù)較大，體積小，容量大，穩(wěn)定性較好，適宜作為旁路電容。

電容量：40pF-04uF

額定電壓：63-630V

特點：精度、損耗角、絕緣電阻、溫度特性、可靠性及適應環(huán)境等指標都比電解電容和瓷片電容要好；小體積，大容量，耐熱耐濕，穩(wěn)定性差。

應用：對穩(wěn)定性和損耗要求不高的低頻電路。

2）聚丙烯電容（PP）

聚丙烯電容（CBB）其性能與聚苯乙烯電容相似，但體積小，穩(wěn)定性略差。

電容量：10pF-10uF。

額定電壓：63-2000V。

特點：其性能與聚苯乙烯電容相似，但體積小，穩(wěn)定性略差。

應用：用于要求較高的電路，適宜作為旁路電容使用。

02

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薄膜電容的結構和生產(chǎn)加工工藝流程

2.1 薄膜電容的結構

圖2.薄膜和金屬箔排列結構

圖3.不同電容器系列的薄膜和金屬箔排列結構

2.2 薄膜電容的生產(chǎn)工藝流程

1）卷繞工藝

是常規(guī)的生產(chǎn)工藝是將金屬化薄膜或薄膜/金屬箔卷繞成圓柱型芯子，然后使用絕緣套管或樹脂進 行封裝制成。

2）疊片式工藝

采用疊片生產(chǎn)工藝時，將金屬化薄膜卷繞在在直徑高達60厘米的圓盤上。通過定義明確的卷繞圈數(shù) 生產(chǎn)“主電容器”

圖4. 薄膜電容器的工藝

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影響薄膜濾波效果的模型參數(shù)

3.1 電容的電壓

1）電容的交流電壓與頻率的關系

當頻率升高到一定程度時，薄膜電容器允許施加的電壓將隨頻率的升高而降低。

2）電容的最大直流電壓與溫度的關系

最大允許直流電壓vs. 溫度如下

3.2 電容量

1）電容量與溫度的關系

電容容值在上限類別溫度與下限類別溫度之間的溫度范圍內(nèi)會發(fā)生可逆變化。電容值/溫度曲線的 斜率由電容的溫度系數(shù)給出，該系數(shù)被定義為T1到T2溫度范圍內(nèi)，相對于(20±2) °C下測得電容值的 平均電容變化。該系數(shù)以單位10-6/K表示。

溫度系數(shù)本質(zhì)上是由電介質(zhì)的特性、電容器結構和制造參數(shù)決定的。聚丙烯電容器具有負溫度系 數(shù)，聚酯電容器具有正溫度系數(shù)。

電容容值隨溫度的可逆變化通常表示為ΔC/C。各種電容器型號的典型溫度特性如下

2）電容量與濕度的變化

塑膠薄膜電容器的容值會隨著環(huán)境濕度的變化產(chǎn)生可逆的變化。對于不同的電容結構設計，薄膜介 質(zhì)狀態(tài)以及薄膜間的氣隙狀態(tài)都會隨環(huán)境濕度的變化而變化，從而影響容值大小。

濕度系數(shù)βc被定義為濕度變化1%時（恒定溫度下）測定的相對電容變化。

表中給出的βc值在相對濕度50%到95%范圍內(nèi)有效。相對濕度低于30%時，濕度系數(shù)相對較低。相 對濕度高于85%時，電容容值的變化會比較大。

下圖顯示了各種電容器型號的典型電容/濕度特性。

3）電容隨頻率的變化

對于聚丙烯電容器（PP - MKP，MFP），在1MHz范圍內(nèi)電容值幾乎不受頻率影響。但是對于聚酯電容器（PET - MKT），特別是PEN電容器（聚萘二甲酸乙二醇酯，MKN），頻率對 電容容值的影響非常明顯：

4）電容隨時間的變化

除了上述變化外，電容器的電容容值還會隨時間出現(xiàn)不可逆的變化，定義為容值偏移i z = |ΔC/C|。電容容值的偏移給出最高溫度40 °C，兩年的時間內(nèi)，電容容值最大的變化率（參見下表）。這里 不考慮溫度變化（βc）和相對濕度變化（αc）的影響。

電容容值的偏移會隨著時間推移逐漸穩(wěn)定，從而保證電容的長期穩(wěn)定性。然而，如果電容器在上限 類別溫度附近頻繁出現(xiàn)大幅度的溫度和濕度變化，則電容容值的偏移有可能會超過規(guī)范值。

3.3 阻抗，諧振頻率

阻抗Z代表元件對電流的阻礙作用，是元器件的自然屬性因此，它對交流應用和紋波電流能力特別重要

薄膜電容器的典型阻抗特性如下：

在低頻段下，容抗（電容性電抗）XC = 1/2πf · C占優(yōu)勢，而在非常高的頻率下，感抗（感應電抗） XL = 2πf · LS占優(yōu)勢。當容抗與感抗相等時，發(fā)生自然諧振。此時容抗與感抗互相抵消，阻抗等于 ESR。因此，自然諧振頻率可由下式給出：

3.4 損耗因數(shù)

1）損耗因素與頻率的關系

2）損耗因數(shù)隨溫度、濕度和電壓的變化

3.5 脈沖承受能力

具有快速電壓變化的電壓脈沖將導致電容器中出現(xiàn)強峰值電流快速變化的電壓脈沖會在電容器中產(chǎn) 生很高的脈沖電流。這些電流在噴鍍金屬與薄膜金屬鍍層的接觸區(qū)域會生成熱量。熱量足夠大時會 損壞這些區(qū)域，因此需要限制施加在特定電容器上的脈沖。

脈沖電壓變化率dV/dt

如果峰值電流ip只和單個電壓脈沖有關，那么脈沖電壓的最大變化率可表示為：dV/dt=ip/c

dV/dt的最大值在電容器的規(guī)格書中給出。單位為V/μs。

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抑制電源電磁干擾用電容器

當在電源跨線電路中使用電容器來消除噪音時，不僅僅只有正常電壓，還會有異常脈沖電壓（如閃電）發(fā)生，這可能會導致電容器冒煙或者起火。所以，跨線電容器其安全標準在不同國家有嚴格規(guī)定。請使用經(jīng)過安全認證型電容器。不允許將直流電容器用作跨線電容器。

4.1 X 類抑制電源電磁干擾用電容器

適用于在電容器失效時不會導致電擊危險的場合,分為 X1，X2 二個類別(參見下表)。

4.2 Y 類抑制電源電磁干擾用電容器

適用于在電容器失效時會導致電擊危險的場合，分為 Y1，Y2，Y4 等三個類別(參見下表)。

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使用中的可靠性需要關注的地方

可靠應用關注點：

1）工作電壓狀態(tài)

薄膜電容器的選用取決于施加的最高電壓，并受施加的電壓波形、電流波形、頻率、環(huán)境溫度（電容器表面溫 度）、電容量等因數(shù)的影響。使用前請先檢查電容器兩端的電壓波形、電流波形和頻率（在高頻場合，允許電壓隨 著電容器類型的不同而改變，詳細資料請參閱說明書）是否在額定值內(nèi)。

2）工作電流

通過電容器的脈沖（或交流）電流等于電容量 C 與電壓上升速率的乘積，即 I=C×dV/dt。

由于電容器存在損耗，在高頻或高脈沖條件下使用時， 通過電容器的脈沖（或交流）電流會使電容器自身發(fā)熱而有溫升，將會有熱擊穿（冒煙、起火）的危險。因此，電容器安全使用條件不僅受額定電壓（或類別電壓）的限制，而且受額定電流的限制。

工作電流被認為是由擊穿模式?jīng)Q定的脈沖電流（峰值 電流，即由 dV/dt 指標所限制的）和連續(xù)電流（以峰峰值或 有效值表示）組成，當使用時，需確認這兩個電流都在允許范圍之內(nèi)。