專利名稱：：一種高頻率大電流金屬化膜濾波電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于電子元器件領(lǐng)域，具體涉及一種高頻率大電流金屬化膜濾波電容器。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)上，電力電子設(shè)備的濾波電路均采用電解電容器作為濾波元件，但由于電解電容的介質(zhì)損耗太大以及承受正反向電壓的能力太差，使得其根本無(wú)法保證設(shè)備的可靠性和長(zhǎng)壽命指標(biāo)。而恰恰在這極為關(guān)鍵的兩點(diǎn)，金屬化薄膜電容器以其無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)必然成為電解電容的理想的升級(jí)換代產(chǎn)品。因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外同行均向市場(chǎng)推出了系列產(chǎn)品，而《替代電解電容的膜電容技術(shù)》也獲得了迅速的發(fā)展。根據(jù)金屬化薄膜電容器的基本理論，為了有效地提高電容器的ESR指標(biāo)，重要的措施之一就是增加作為電容器極板的金屬化膜的長(zhǎng)度而降低它的有效寬度，即巻繞出來(lái)的電容器芯子必須呈"矮胖型"結(jié)構(gòu)。再?gòu)碾娙萜鞯陌l(fā)熱損耗功率P來(lái)看，由于P二l2rms*ESR(有效值電流的平方和串聯(lián)等效電阻的乘積)，因此ESR越小，P就越小，電容器在工作時(shí)的溫升就越低；或者說(shuō)，在同等發(fā)熱損耗功率的前提下，電容器允許通過(guò)的電流Irms可以加大。所以，盡量提高電容器的ESR指標(biāo)(降低ESR的數(shù)值)，是設(shè)計(jì)制造高頻率大電流濾波電容器追求的重要目標(biāo)。但由于傳統(tǒng)電解電容器的長(zhǎng)期使用，其"瘦長(zhǎng)型"的結(jié)構(gòu)形態(tài)在行業(yè)中已形成了一種慣例，在電路的設(shè)計(jì)和空間結(jié)構(gòu)的布局中都有相應(yīng)的、固定的匹配模式，如讓"矮胖型"的產(chǎn)品去替代呈"痩長(zhǎng)型"的電解電容器，不僅人們的觀念無(wú)法接受，重要的是在各種電力電子設(shè)備的整機(jī)結(jié)構(gòu)上存在著難以解決的矛盾。故目前國(guó)際上推出的高頻率大電流金屬化膜濾波電容器基本都為"瘦長(zhǎng)型"結(jié)構(gòu)(圖1)。例如法國(guó)AVX(TPC)和美國(guó)ECI公司的系列產(chǎn)品。"瘦長(zhǎng)型"結(jié)構(gòu)的金屬化薄膜電容器與電解電容相比，其ESR指標(biāo)雖有了很大的提升，但還沒(méi)有把膜電容的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，從綜合考慮，效果還不是很理想。如何兼顧"瘦長(zhǎng)型"的外形結(jié)構(gòu)和"矮胖型"薄膜電容器具備的優(yōu)勢(shì)是高頻率大電流濾波電容器的一大研究方向。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)大功率電力電子設(shè)備對(duì)濾波電容器高頻率大電流的核心要求，本發(fā)明提供一種"痩長(zhǎng)型"的高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，其兼顧了上述"矮胖型"結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)勢(shì)并進(jìn)一步作了提升，具有承受正反向電壓的能力大，電容器的發(fā)熱損耗功率小，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，包括電容器外殼，電容器芯子，兩個(gè)引出電極，所述電容器芯子與電容器外殼之間通過(guò)絕緣填充料間隔封裝，其特征在于至少兩個(gè)電容器芯子上、下層疊排列且封裝在同一電容器外殼內(nèi)，所述各電容器芯子通過(guò)從其兩端的噴金層引出的導(dǎo)電片分別與兩個(gè)引出電極實(shí)現(xiàn)電連接，而封裝在同一電容器外殼內(nèi)的各電容器芯子之間組成電氣并聯(lián)結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)普遍市場(chǎng)的需求，所述各電容器芯子及其電容器外殼呈圓柱狀結(jié)構(gòu)。由于每個(gè)電容器芯子兩端噴金層的圓周邊緣和鋁殼壁距離都很近，而且噴金層金屬呈微小顆粒狀，在邊緣處可能存在毛刺，為了提高上述危險(xiǎn)區(qū)域的絕緣耐壓值，保證絕緣性能，所述各電容器芯子側(cè)面套封有熱縮套管；所述熱縮套管在電容器芯子兩端分別留有超出余量，所述熱縮套管受熱套封后，超出余量向電容器芯子端面中心彎折，進(jìn)一步把噴金層邊緣處包裹好。經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)，力flJ:洚^Ml圍OT^Wlf旨，這"^^M條機(jī)鵬該S測(cè)驗(yàn)，可達(dá)到8000VACm:。為了提高絕緣耐壓值，所述導(dǎo)電片上包裹有絕緣膠帶；為了進(jìn)一步加強(qiáng)兩電極間的絕緣，在分別與兩個(gè)引出電極連接的導(dǎo)電片之間增加一條高絕緣隔離墊片。由于^l芯纟^SJi^im^M上有^c盼焊點(diǎn)，為了保證禾n^h^t間的纟^^艘，在澆注環(huán)氧樹(shù)酯的同時(shí)，所述電容器外殼底部與電容器芯子之間增設(shè)絕緣墊片，通過(guò)^^it禾兩綱旨的)5^作用切實(shí)微章了^^部的鄉(xiāng)櫞性能，經(jīng)測(cè)驗(yàn)，可達(dá)到8000V.Ad本發(fā)明的進(jìn)一歩改進(jìn)在于所述封裝在同一殼體內(nèi)的各電容器芯子電容量?jī)?yōu)選相等。為了配合高頻率大電流的通過(guò)，保證長(zhǎng)期可靠使用，所述引出電極由黃銅元加工形成，且外層鍍錫。本發(fā)明采用上述"兩芯/多芯柱形并聯(lián)"的模式，電容器的的關(guān)鍵指標(biāo)串聯(lián)等效電阻(ESR)與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，可提升近三倍，由此可以極大地降低電容器的發(fā)熱損耗功率，降低電容器工作時(shí)的溫升，為應(yīng)用設(shè)備的可靠長(zhǎng)壽命工作提供了有力的保證，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全性高等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。具體理論推導(dǎo)如下在對(duì)兩個(gè)電容器具有相同要求的情況下，以"兩芯柱形并聯(lián)"的制造方法為例，計(jì)算通常高頻率大電流濾波電容器制造方法和本發(fā)明兩者的ESR指標(biāo)。對(duì)于金屬化薄膜電容器而言，由于介質(zhì)膜的損耗極小，影響其發(fā)熱損耗功率大小的關(guān)鍵指標(biāo)ESR主要取決于電容器金屬部分的損耗。而如果上述兩種制造方法的電容器芯子直徑相同，可以認(rèn)為它們的噴金層金屬電阻相同，則電容器ESR的大小就主要取決于作為極板的金屬有效電阻的大小?？梢宰C明，金屬極板的有效電阻re為re=2Rs——^式中RS為電容器極板金屬鍍層的方塊電阻。L為電容器極板的長(zhǎng)度。b為電容器極板的有效寬度。Ab為電容器極板留邊量和巻繞錯(cuò)邊量之和。根據(jù)上式，我們假定-(1)圖一所示電容器d和圖四所示電容器C4的額定電容量相等，均為Cn，即d=C4=Cn。(2)C4的兩個(gè)芯子和d均用相同厚度的金屬化膜巻繞，而且它們的Rs均相同，Ab也相同。(3)巻繞d用膜的有效寬度為2b，巻繞C4單個(gè)芯子用膜的有效寬度為b。根據(jù)上述對(duì)"雙芯柱形并聯(lián)模式的介紹"和假定(l)可以知道，在圖四中，Q—分為二，每個(gè)芯子的電容量Cw二C4-2=丄Cn。2于是，根據(jù)電容器的計(jì)算公式，可以求出電容器G的極板長(zhǎng)度U為電容器C4中單個(gè)芯子的極板長(zhǎng)度為t—t一.Y—d.C"一tL4-1一L4-2一-7一"i-—上式中k是常數(shù)，e是介質(zhì)膜的介電常數(shù)，d是介質(zhì)膜的厚度；由于C4由C4—i和C4-2并聯(lián)而成，因此電容器C4的極板長(zhǎng)度L4為1_4二1<4-1+L4-2二2X-二2L*i分別把u和u代入上述金屬極板有效電阻re的計(jì)算式，求出d和<:4的極板有效電阻r^和re4為rel二2Rre4二2R比較re4和rei有由于作為濾波而用的電容器一般電容量比較大，通常b也會(huì)比較大，Ab即使和l相比也比較小，所以在上式中，我們忽略Ab的影響，即有~4=丄比較結(jié)果表明采用"雙芯柱形并聯(lián)"模式制造相同要求的濾波電容器，決定其發(fā)熱損耗功率的關(guān)鍵因素——極板的金屬有效電阻僅為通常制造方法的四分之一。另外，還需說(shuō)明一點(diǎn)在前面的計(jì)算中已經(jīng)有L=即電容器d和C4A6+26A"魯△b+Ab+——43△b+^x丄Ab323單個(gè)芯子的巻繞長(zhǎng)度相同，又由于它們用膜的厚度也相同，因此d和C4單個(gè)芯子的巻繞直徑相等，電容器的噴金層端面積也相等。這樣，當(dāng)C4由兩個(gè)相同的芯子并聯(lián)而成時(shí)，C4的噴金層端面積比d的噴金層端面積大了一倍。帶來(lái)的好處是，作為噴金層的金屬電阻，C4與d相比小了一半，也非常有利于降低電容器產(chǎn)品的串聯(lián)等效電阻。這是采用"雙/多芯柱形并聯(lián)"模式制造電容器必然帶來(lái)的有利結(jié)果。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是原有結(jié)構(gòu)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中A部放大圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例3的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、鋁外殼；2、電容器芯子；2-1、噴金層；3、引出電極；3'、引出電極；4、導(dǎo)電片；5、絕緣墊片；6、芯棒；7、熱縮套管；7-1、超出余量；8、定位板；9、高絕緣隔板。具體實(shí)施例方式實(shí)施例l:如圖2、圖3所示一種高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，具有呈"瘦長(zhǎng)型"結(jié)構(gòu)的鋁外殼l，在鋁外殼1內(nèi)通過(guò)環(huán)Wt酯間隔封裝有上、下層疊的兩個(gè)圓柱狀電容器芯子2，在下電容器芯子與鋁外殼1內(nèi)底面之間隔有絕緣墊片5;每個(gè)電容器芯子由金屬化膜繞芯棒6巻繞而成，且兩端噴有噴金層2-1;在各電容器芯子兩端的噴金層2-1通過(guò)焊接法引出導(dǎo)電片4實(shí)現(xiàn)與兩個(gè)電極3、3，分別連接，而上下兩個(gè)電容器芯子2之間形成電氣并聯(lián)結(jié)構(gòu)，具體連接方式為從上電容器芯子的下噴金層、下電容器芯子的上噴金層引出的導(dǎo)電片4穿過(guò)電容器巻繞芯棒6與電容器的一個(gè)電極3'連接；從上電容器芯子的上噴金層、下電容器芯子的下噴金層引出的導(dǎo)電片4穿過(guò)電容器巻繞芯棒子6與另一電極3連接，導(dǎo)電片4上包裹有絕緣膠帶，且連接不同電極的導(dǎo)電片之間設(shè)有高絕緣隔板9隔離。其中，上下電容器芯子2的容量基本相同；兩個(gè)電極設(shè)計(jì)用4)16黃銅元加工成的專用銅螺絲并鍍錫形成，電極螺絲的接入端通過(guò)定位板8安裝定位，且通過(guò)環(huán)氧樹(shù)酯封填形成一體；兩個(gè)電容器芯子的圓周面套封有熱縮套管7，熱縮套管7長(zhǎng)度長(zhǎng)于單個(gè)電容器芯子2長(zhǎng)度，并在電容器芯子2兩端分別留有超出余量7-l，當(dāng)熱縮套管7受熱套封后，超出余量7-l向電容器芯子2端面中心彎折。按照實(shí)施例1所示的雙芯柱形并聯(lián)模式生產(chǎn)的1200VDC270uF產(chǎn)品(CJE)中抽取三只，和法國(guó)AVX(TPC)生產(chǎn)的同規(guī)格樣品一只，用TH2818測(cè)量?jī)x器對(duì)電容器的容量C值、lKHz損耗D值、10KHz及20KHz的ESR值進(jìn)行了對(duì)比測(cè)量，其數(shù)據(jù)例表如下<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>另外，本1200V270uF濾波電容器產(chǎn)品的電容器電極和鋁外殼之間整體的絕緣指標(biāo)可達(dá)到5000V*AC^Lh。實(shí)施例2:如圖4，按照上述結(jié)構(gòu)，將兩個(gè)濾波電容器芯子2用環(huán)氧樹(shù)酯封裝于鋁殼1中；與實(shí)施例1不同的是使上下兩個(gè)電容器芯子2形成電氣并聯(lián)結(jié)構(gòu)的連接方式，具體為從上電容器的上噴金層、下電容器的下噴金層引出的導(dǎo)電片4經(jīng)過(guò)電容器芯子外側(cè)與電容器的一個(gè)電極3連接；從上電容器的下噴金層、下電容器的上噴金層引出的導(dǎo)電片4經(jīng)過(guò)電容器芯子外側(cè)與另一電極3'連接。實(shí)施例3:如圖5，將三個(gè)濾波電容器芯子2上、下層層重疊并用環(huán)氧樹(shù)酯封裝于同一鋁外殼1,在各電容器芯子2兩端的噴金層2-1通過(guò)焊接法分別引出導(dǎo)電片4實(shí)現(xiàn)與兩個(gè)電極3、3，的連接，并使上中下三個(gè)電容器芯子形成電氣并聯(lián)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)制造模式，不僅適用于各個(gè)耐壓系列、各個(gè)電容量要求的高頻率大電流濾波電容器，同時(shí)也適用于各種要求高頻率大電流的功率電容器。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)有效，電容器性能優(yōu)良，ESR指標(biāo)極低，工作穩(wěn)定、可靠，使用壽命長(zhǎng)。權(quán)利要求1、一種高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，包括電容器外殼，電容器芯子，兩個(gè)引出電極，所述電容器芯子與電容器外殼之間通過(guò)絕緣填充料間隔封裝，其特征在于至少兩個(gè)電容器芯子上、下層疊排列且封裝在同一電容器外殼內(nèi)，所述各電容器芯子通過(guò)從其兩端的噴金層引出的導(dǎo)電片分別與兩個(gè)引出電極實(shí)現(xiàn)電連接，而封裝在同一電容器外殼內(nèi)的各電容器芯子之間組成電氣并聯(lián)結(jié)構(gòu)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，其特征在于所述各電容器芯子及其電容器外殼呈圓柱狀結(jié)構(gòu)。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，其特征在于所述各電容器芯子側(cè)面套封有熱縮套管。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，其特征在于所述熱縮套管在電容器芯子兩端分別留有超出余量，所述熱縮套管受熱套封后，超出余量向電容器芯子端面中心彎折。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，其特征在于所述電容器外殼的內(nèi)底面與電容器芯子之間設(shè)有絕緣墊片。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，其特征在于所述封裝在同一殼體內(nèi)的各電容器芯子電容量?jī)?yōu)選相等。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，其特征在于所述陰、陽(yáng)電極由黃銅元加工形成，且外層鍍錫。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，其特征在于所述連接兩個(gè)引出電極的導(dǎo)電片上包裹有絕緣膠帶。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，其特征在于所述分別與兩個(gè)引出電極連接的導(dǎo)電片之間設(shè)有高絕緣隔板隔離。全文摘要本發(fā)明涉及一種高頻率大電流金屬化膜濾波電容器，包括電容器外殼，電容器芯子，兩個(gè)引出電極，所述電容器芯子與電容器外殼之間通過(guò)絕緣填充料間隔封裝，至少兩個(gè)電容器芯子上、下層疊排列且封裝在同一電容器外殼內(nèi)，所述各電容器芯子通過(guò)從其兩端的噴金層引出的導(dǎo)電片分別與兩個(gè)引出電極實(shí)現(xiàn)電連接，而封裝在同一電容器外殼內(nèi)的各電容器芯子之間組成電氣并聯(lián)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有承受正反向電壓的能力大，電容器的發(fā)熱損耗功率小，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。文檔編號(hào)H01G4/002GK101593623SQ20091002666公開(kāi)日2009年12月2日申請(qǐng)日期2009年5月8日優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日發(fā)明者倪汝棟,焦志勇,王凱平,錢新君申請(qǐng)人:常州常捷科技有限公司