[发明专利]改善高频特性的电容器金属化安全膜电极结构

说明书

技术领域：

本发明涉及电力电子元件，特别是金属化安全膜电容器在提高其高频特性方面的电极结构改进。

背景技术：

金属化安全膜电容器，由两层表面具有金属化电极镀层的介质薄膜叠层卷绕构成电容器。表面金属电极镀层具有安全结构：即用网格状的分隔“空隙条”把金属电极镀层分割开，形成许许多多小单元电极块，每个电极单元构成独立的单元小电容，小电容四周的空隙条的端部或中部有一导电桥与相邻小单元之间相互通电连接，使成千上万个单元电极块构成的小电容相互连接成整个电容器，而单元之间的导电连接桥又起到熔断丝的作用。当单元块小电容内的介质中存在电弱点击穿时，该极板四周的的连接桥一起被突然增大的击穿电流熔断，使击穿的单元小电容与整体电容器隔离，最多只使母体电容器的电容量有极微小的损失，但不影响整个电容器的正常工作，从而达到安全保护的目的。

现有技术的安全膜电极结构的网格形状有棱形、三角形、多边形，空隙条为宽度非常狭的直线段，连接桥在空隙条的端部或中部，端部被倒园角，以减小尖端场强不均放电，也有把连接桥加长的设计。基本形式如图7、图8所示，见美国专利5136462，和阻容专业情报网99年技术交流会论文：“金属化安全膜防爆电容器”。

过去已经发现，图7所示的电极结构连接桥设在空隙条端部的缺点，因它使通向多个单元电极块的各连接桥紧靠在一起，故当某一连接桥熔断作用时与其他三个相互影响，使它降低了对电弱点单元击穿电流的控制灵敏度。因此目前的安全膜大多使用图8所示的结构，连接桥设在空隙条中部。

但图8所示的电极结构也存在着附加电阻大，影响电容器的高频特性的负面作用。在电容器充放电时，单元块小电极上的电荷需要集中通过连接桥才能流向电容器的外电源输入电极，由于图8所示网格的结构和取向使汇流过程中单元电极上有很大一部份电荷需要回流或绕道，增长了电流路径，如图9、图10所示，而电极镀层和连接桥镀层都是有电阻的，电流方向的路程越长，电阻越大，流道越狭电阻也越大。所以，安全膜上电流的回流绕道和狭窄的连接桥，使它大大增加了电容器的等效串联电阻，这不但增加了电容器的损耗和发热，也影响了电容器的高频特性，使“电压初始上升速率”的高频特性指标下降。同时，由于外电源对电容器的充放电工作电流是从安全膜的镀层加厚边横向流过来的，与图中所示网格结构的隔离空隙条的方向不垂直而成45°角，使通过导电桥时的通道宽度减小约41％，因此也增加了导电桥对充放电工作电流的电阻值。但单元块一旦击穿，瞬时产生的使导电桥熔断的附加大击穿电流，因来自于周围相邻单元的存贮电能，从垂直的方向流过来的，如图10虚线箭头所示，故流道宽度不会减小。

在安全膜电容器直流应用的初级阶段，可以不考虑上述问题，因为直流电容器只在开始工作，或作能量交换时才有充放电，正常储能期间的电容器无流动电流，只要能耐受工作电压就行，在直流电容器应用下的安全膜是“电压工作型”。而目前，安全膜电容器在交流和高频条件下广泛使用时，它要经受频繁的、高速的充放电，安全膜是“电流工作型”，因而需克服上述问题，提高其高频特性，即提高电容器的“电压初始上升速率”和降低电容器的高频发热功率。

电容器C在具有串联电阻R时充放电工作电压随时间t按指数规律变化，电压变化速率为

dVdt=V0RCe-t/RC]]>

当t＝0时为电压起始上升速率，等于V₀/RC，RC为时间常数。V₀是外电源电压，C是电容器本身所需，故如要提高电容器的电压起始上升速率这一高频持性，唯有减小电容器的高频等效串联电阻R才能达到。

而且，电容器在高频工作下的发热功率：P＝I²R，

I为高频工作电流，由外电源决定，所以降低电容器的高频发热功率的要求，也需减小电容器的高频等效串联电阻R才能达到。

总之，在安全膜电容器的结构设计时，为了提高安全膜电容器的高频特性，必须对其电极结构中流经单元块电极的充放电流的回流绕道电阻和连接桥电阻方面作改进。

发明内容