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1、电容器（Y2类）的研制上海飞乐股份有限公司 王桂英摘要：抑制电磁干扰电容器用于降低电子、电子设备或其他其他干扰源所产生的电磁干扰。本文主要分析了 Y2类薄膜电容器的技术关键问题，简述了解决问题的思路及途径，并指出该类电容器的制造工艺要点。关键词：聚丙烯薄膜电容器；抑制电磁 干扰；脉冲电压试验；损耗一. 概述随着电子科学技术的发展，家用电器和 电子产品的技术含量及复杂程度不断增加， 产生了大量的电磁辐射，使得电磁环境日益 复杂起来。电气电子产品的电磁兼容性问题 已受到各国政府和生产企业的日益重视。有 关部门作出规定：所有电子产品只有达到电 磁兼容的标准才能进入市场，尤其是国际市 场。这就较大地促
2、进了抗电磁干扰对策电子 元件与电路保护电子元件的发展。抑制电磁 干扰电容器用于电气和电子设备中，可以降 低电气电子设备或其他干扰源所产生的电 磁干扰，把电源中不需要的瞬态脉冲电压降 低到可接收的水平，其在电路中应用参见图1。图1. 抑制电磁干扰电容器在电路中的应用抑制电磁干扰电容器执行IEC384-14国 际标准，可分为X类电容器或RC组件与Y 类电容器或RC组件。X类电容器适用在电容 器失效时不会导致电击危险的场合，跨接在 导线之间以短路平衡干扰电流。Y类电容适 用在电容器失效时会导致电击危险的场合， 跨接在导线和机箱外壳或接地之间以短路 不平衡的干扰电流，我公司为了适应市场对 各类电子电气
3、产品电磁兼容性的要求，并在 国际市场占有一席之地，于03年下半年开 始研制抑制电磁干扰用聚丙烯薄膜电容器 （Y2类）（以下简称Y2类薄膜电容器）工作。 根据国际国内法律规定，抑制电磁干扰电容 器因为与市电相连而涉及人身财产安全，必 须经过强制安全认证后才允许进入市场。我 们在研制开发Y2类薄膜电容器过程中，同 时积极开展了产品的安全检测和认证工作。二. 产品特点及技术指标、主要性能：1. 产品的技术指标.额定电压： 250VAC .标称电容量： 1nF47nF 使用环境温度：一40C+105C .电容器类别： Y2.损耗角正切：tgWO.0012 （lOKHz） .绝缘电阻：两引出端间R150
4、00MQ 引出端与外壳间 R30000MQ2. 产品的主要性能 .脉冲电压试验.Y2 电容器应能承受 5OOOV 上升时间 1.21.5uS的三次以上脉冲。如果波形出 现阻尼振荡，震荡的峰-峰值Upp应不大于峰图2.耐久性试验.在+105C温度和1.7Ur的电压下承受 lOOOh试验，每隔1小时将电压升高到1000V（有效值）,持续时间0.1S。.阻燃性.针焰燃烧试验，达到IEC3841的阻燃性C级要求。.自燃性试验每一样品应承受一个3卩F储能电容器放电20次，放电后给被试电容器充电到电压U为5000V,每两次放电之间的间隔应为 i5S，250VAC试验电压一直施加在被试电容器 的两端，缠绕在
5、电容器上的纱布应不被火焰 燃烧。三. 产品设计1. 介质材料的选择1）.根据电子电路中的情况,一般 Y2 类电容器的容量取值偏小（PF-nF）、脉冲电 压偏高（5000V）、且不允许击穿失效，目前 国内大部分厂家采用两面被银瓷片焊接引 出线粉末环氧包封的瓷介电容器。因为受瓷 介电容器固有的陶瓷原材料的限制，容量温 度特性较差、损耗角正切值偏大、瓷介电容 器外形尺寸受到限制。这里讨论以有机薄膜 作为Y2类电容器介质。2）.分析比较薄膜电容器常用的介质材 料性能，参见表1。聚丙烯薄膜具有绝缘电 阻高、抗电强度大，损耗角正切小，容量和 损耗随温度和频率变化小等特点，选用聚丙 烯薄膜做介质，产品容易达
6、到安全认证的测 试要求。表1介质材料性能材料电阻率/Q.cm吸水率 / %介质损耗 / %A C/CT(C)tg 5 ftg 5 T(C)聚丙烯1018 1。200.050.08较小较小稳定聚酯1017 1。200.3 0.40.5 0.8很大较大不稳定内容铝锌/铝抗氧化性及防潮 性抗氧化、对潮气不敏感抗氧化性差、对潮气敏感、易被腐 蚀与喷金层的接触较差、特别对高涌电流敏感接触良好，可承受较咼的电流密 度，自愈能力易于自愈，能恢复好的绝缘对于薄金属层好表2蒸发材料特点2. 产品结构Y2类薄膜电容器芯子采用聚丙烯薄膜、 金属化电极无感式卷绕构成,芯子端面喷涂 金属合金层，单向引出，以阻燃性好的P
7、BT 工程塑料做外壳,阻燃环氧树脂灌封。3. 产品工艺工艺流程卷绕f热压f掩膜f喷金f热处理f 赋能一焊接装配一环氧灌注一标志打印一 测试四. 主要技术问题及解决途径1.主要技术问题1）高压脉冲性能：Y2电容器应能承受 5000V 上升时间1.2uS的三次脉冲,监视器 显示有三次连续脉冲波形表示电容器未发 生自愈性击穿，才可认为电容器合格。这么 高的脉冲电压和电流冲击，往往使金属膜和 喷金层连接处的温度升高，芯子内部薄膜收 缩，直接影响芯子端面与喷金层的接触状 态。试验初期常出现喷金层与芯子端面断 开、tg很大，外壳帽烟炸裂、脉冲波形 失真现象。2）耐久性试验后要求无击穿飞弧，A C/CW10
8、%,A tg5W0.008%。试制过程中， 常发现经过1000h的高温负荷，电容器tg 5变大、电容量下降、芯子短路击穿等。2. 解决途经：根据Y2类薄膜电容器的特殊技术要 求，我们经过多次摸底对比试验，在产品结 构设计，工艺上作了改进。1）选择合适的蒸发材料及电极型式 为了使薄膜进行金属化后能于喷金层 很好的结合，对铝蒸发材料和锌铝蒸发材料 特点做比较详见表2 。损耗tg 6较低较大容量损失率咼压、大电流下工作时容量损失 大电容量衰减变化率小喷金接触不良。卷绕机上与金属层接触的滚用锌铝蒸发膜能承受高电流密度和脉 冲电流。为了增大芯子端面与喷金层的接触 面积，可以采用将金属化层的边缘加厚的办
9、法，边缘部分的方阻小于3Q/口，内部的方 阻610Q/口，这样即提高了载流能力又不 影响自愈性能。2）芯子内串，提高击穿电场强度。Y2类电容器要承受5000V高压试验,需要增 加介质的厚度，以减少介质中薄弱点（导电 杂质或孔洞）。但是随着介质厚度的增加， 极板边缘电场的不均匀性也增大，有可能使 击穿区域以介质内部转移到边缘。因为 Y2 类电容器的容量较小、电压高，要是采用较 厚的介质，极板边缘的电场回显著畸变，击 穿电场强度降低。可以采用中间留边和两边 留边型的金属化材料，芯子内部实现串联， 即可耐高电压又增加了芯子端面接触面积， 提高耐脉冲电流能力，参见图3。1-蒸发金属层 2-聚丙烯薄膜图
10、3 芯子结构示意图3）芯子卷绕使用具有张力自动调整功能的 自动卷绕车，可使卷绕紧密度保持一致。根 据不同的膜宽和膜厚来调整张力为合适值， 减少膜间空隙和膜的皱纹，提高电容器游离 起始电压。芯子卷绕时两张薄膜之间错开0.60.75mm，错边过大过小都会使膜层与 轴必须清洁、运转自如，防止金属层纵向拉 伤，损耗增大。4）喷金是Y2类薄膜电容器生产的关键 工艺。若芯子端面与喷金层接触不良，经大 电流脉冲试验或冲放电后，产品会因损耗大 而发热，乃至失效。在前面已提到选用边缘 加厚的锌铝蒸发膜，所以选用纯锌材料作打 底，再喷锌锡合金线，这样锌和锌接触更好， 降低了接触电阻。喷金枪嘴与芯子端面间距 离19
11、0mm,喷金气压不低于6Kg/cm2，压缩空 气要求纯净、无水和油污染。喷金层厚度通 常控制在0.350.5mm。喷金颗粒均匀较细, 使喷金材料通过扩散进入到伸出的金属膜 之间的间隙中去，保证喷金层与蒸发电极有 良好的接触5）脉冲电压的施加与测试为解决脉冲电压的测试，根据IEC384-14的 脉冲电压装置要求，改装了电容器自动分选 机，增加5000的脉冲电压测试功能，对该 电容器进行100%的筛选，剔除不合格品。我 们还自行研制开发了脉冲电压试验设备，能 对Y2类电容器进行周期试验，同时用数字 示波器进行跟综脉冲前沿波形变化，可及时 发现工艺与设计的隐患。该方法通过大量试 验数据的验证是可行的
12、。五试制结论根据以上Y2类薄膜电容器产品的设计, 进行了反复的工艺改进和完善，试制的样品 自己作全性能摸底试验，各项指标均达到了 产品设计要求。04年9月样品提交欧洲ENEC 认证机构及瑞典SEMK0进行试验与认证，05 年3月通过了认证试验，性能符合IEC384 -14标准的要求，部分试验数据见表3，取 得欧洲ENEC安全认证证书。产品经上海科 学技术情报研究所检索达到国内领先水平。 获得实用新型专利授权。该产品所使用的原 材料均为环保材料，产品经英国通标公司 SGS测试达到ROHS指令要求。该产品批量生 产，提供国内外客户使用，质量稳定可靠， 得到市场认可。试验项目性能要求试验结果Y2 =
13、0.025站参数（单位）标准最大值最小值气候顺序AC/C (%)W50.0940.014A t gS(X10-4)W803.92-0.14IR (MQ)275001X1051X105稳态湿热AC/C (%)W5-0.086-0.055At gS(X10-4)W800.480.39IR (MQ)275001X1051X105耐久性试 验AC/C (%)W10-0.79-0.43At g(X10-4)W801.620.61IR (MQ)275001X1051X105充电和放 电AC/C (%)W100.13-0.074At gS(X10-4)W800.310.25IR (MQ)275001X105
14、1X105表3部分试验数据摩配点火电容器性能控制四川中星电子有限责任公司 李学权用于摩托车电子配件电容放电式 点火器中的金属化聚酯膜点火电容器是该 类点火器的重要元件之一，其性能的优劣直 接影响点火器的寿命。与同类金属化聚酯膜 电容器相比，点火电容器的外观质量要求不 高，但其使用条件严酷、失效率较大，因此， 在点火电容器的制造过程中，对其性能的控 制尤为重要。1 点火电容器在点火电路中的工作条件及失效分析1.1 点火电容器工作时的电压、电流、 频率1.1.1 点火电容器电路原理示意图见11n芮F0点比器.J2图 1 点火电容器电路原理示意图图1中：U由磁电机提供的充电电压u2相位脉冲电压cX点
15、火电容器 SCR可控硅1.1.2 Upn （发动机转速）特性图见图2：图 1 ：图2 Ujn （发动机转速）特性图图2中：Up定转速下的充电峰值 电压。当摩托车的发动机转动时，每转一周的 前半周由磁电机对点火电容器CX充电，后 半周由相位脉冲电压U2触发可控硅SCR导 通，立即通过点火线圈的初级线圈放电，同 时在点火线圈的次级线圈感应出高压电动 势，经火花塞产生点火，完成一次点火过程。 每完成一次点火过程，实际上是对点火电容 器进行一次短路放电，充电电压和放电电流 的峰值与点火器类型、摩托车的转速、点火 线圈及点火电容器的容量等有关，当摩托车 的转速达到 3000rpm 左右时，加到点火电容 器上的电压达到最高。据相关资料介绍， 400V1卩F点火电容器的最高工作电压为 380V左右、400V1.5U
