開始

近年來隨著全球變暖，節(jié)省能源已成為世界課題。
2011年３月１１日的日本東部大地震導(dǎo)致的核電站事故也引發(fā)各國重新審視能源政策。今后、太陽光、風(fēng)力発電等再生能源的市場規(guī)模將在全世界急速增大。
當(dāng)前多數(shù)的工業(yè)機械為了達到節(jié)省能源的目的，而采用控制精確更高的變頻器技術(shù)，所使用電容當(dāng)中，薄膜電容份額不斷增加，并成為主導(dǎo)，主要是因為薄膜電容有以下優(yōu)勢。

符圖①：RUBYCON大型薄膜電容

（1）壽命長，不需要維護更換。
（2）頻率特性好，低損耗、低發(fā)熱
（3）高耐壓特性
（4）良好的自我修復(fù)、保護設(shè)計，
提高了安全性
符圖①是RUBYCON設(shè)計的大型薄膜電容（由RUBYCON電子負責(zé)設(shè)計、生產(chǎn)）。RUBYCON應(yīng)市場需求，為客戶開發(fā)出了小型化、重量輕、低成本、高可靠性的大型薄膜電容。

以下、以薄膜電容「小型」「低ESR」「低ESL」為重點，作詳細解說。

電容的構(gòu)造、等價電路

金屬膜電容的構(gòu)造是在塑膠薄膜上以真空金屬蒸鍍工藝制成介電體及電極，并按一定的幅度切割后，將兩個電極薄膜卷取成型并進行熱處理，然后對內(nèi)部電極進行電鍍后選用如引線等端子溶接或焊接而成。
作為金屬薄膜電容的一大特長、當(dāng)介電體存在局部缺損或過電壓等場合，施加在電容上的電壓或是電容本身存儲的電壓將迅速氧化蒸鍍金屬，達到自修復(fù)的目的，此外，近年來、對金屬薄膜的蒸鍍膜設(shè)計成帶有保險安全（保險絲）的構(gòu)造也逐步成為主流。

符圖①

符圖①即為金屬薄膜電容的蒸鍍構(gòu)造，在其表面，將其分成多個部份并用保險絲相聯(lián)，起到安全保護的作用。
當(dāng)超出電容自修復(fù)的絕緣破壞時，保險絲將在大電流的作用下而熔斷，該部份的電容將被斷開，起到對整個電容的保護。金屬薄膜電容的特性，根據(jù)介電薄膜、電極的蒸鍍金屬種類、阻抗 、蒸鍍模式等不同而不同。

符圖② 金屬膜電容截面圖

符圖②是金屬膜電容的截面圖。為了從帶有內(nèi)部電極的蒸鍍金屬層引出電極，采用電鍍（金屬熔射）技術(shù)，使熔射金屬與內(nèi)部電極的蒸鍍金屬充分的聯(lián)接，否者將使電容ESR增大而使電容耐紋波能力大打拆扣，由此可見，金屬熔射技術(shù)將是電容的重要技術(shù)要素。

符圖③ 薄膜電容等價電路

符圖③是薄膜電容的等價電路圖。理想的電容只存在電容成份C，但實際電容還有IR（Insulation Resistance），兩個電極間的電阻并不是無限大，會有微小的電流流過，這就是絕緣電阻。ESR（Equivalent Series Resistance）是電容介電體電阻、蒸鍍及電鍍接觸電阻、引線端子電阻等串聯(lián)電阻。

當(dāng)高頻電流流經(jīng)電容時，如計算式①所示，ESR將消耗一部份功率并轉(zhuǎn)換為電容發(fā)熱。這種熱將會受到最大發(fā)熱限制，并影響產(chǎn)品壽命。ESL（Equivalent Series Inductance）是電極、引線端子等電感成份的等效串聯(lián)電感。當(dāng)ESL較大時，IGBT等功率半道體在開關(guān)時將產(chǎn)生較大的沖激電壓。

計算式①　電容發(fā)熱計算式

Pe＝I2 RESR【Pe=實際功率（W）　　I＝流經(jīng)電容的電流（Arms）】

小型化

薄膜電容的體積基本上同介電材料厚度的2次方成正比例，所以開發(fā)薄膜化介電材料對電容小型化非常重要。
一般情況下，誘電體的厚度越薄，其單位厚度所加電壓（電勢梯度）越高，導(dǎo)致電容器耐壓下降、可靠性降低。改善此現(xiàn)象，蒸鍍技術(shù)尤為重要。
RUBYCON非常重視對蒸鍍技術(shù)的開發(fā)，并對保險絲模式蒸鍍、金屬蒸鍍、蒸鍍電阻等不斷優(yōu)化和設(shè)計。
符圖④是本公司金屬熔射型聚炳烯塑膠薄膜電容在同一耐壓下的體積推移圖，以2000年100為基數(shù)制作的曲線。利用介電材料的特性改善、蒸鍍技術(shù)開發(fā)等10年內(nèi)實現(xiàn)了體積縮小到十分之一，大幅度改善了電容體積。

符圖④ 金屬熔射型聚丙烯塑膠薄膜電容 小型化推移圖

低ESR

等價串聯(lián)電阻（ESR）主要受蒸鍍金屬及與其聯(lián)接的電鍍金屬的聯(lián)接電阻影響。減少該電阻將是設(shè)計和制造的重點。
如上所述，大型薄膜電容的蒸鍍構(gòu)造以保險絲設(shè)計為主流。但如果保險絲設(shè)計不合理，為阻礙過大電流流經(jīng)保險絲，ESR將被增大,為此也有可能導(dǎo)致保險絲不能起到正常保護的可能性。
為了提高蒸鍍效果，每個公司都對蒸鍍模式、蒸鍍金屬材料、蒸鍍條件等進行優(yōu)化，并對蒸鍍金屬和電鍍聯(lián)接持續(xù)改善。

低ESL

在平滑電路中，有時需要大容量薄膜電容，為此將多個電容素子以母線型式聯(lián)接在一起型成電容模組，但由于母線電感，使整個電容的ELS增加。
當(dāng)電流流經(jīng)母線時，以電流磁場相抵消的母線設(shè)計將優(yōu)化ELS，此外母線的材質(zhì)、厚度也對ESL改善非常重要。

產(chǎn)品休系

符表①是RUBYCON面向工業(yè)機械而設(shè)計的各種特長的大型薄膜電容。MPC.MPV.HVC 3種系列應(yīng)用于不同的用途。
①方型封裝MPC系列(用于逆變器平滑、緩沖）
②圓型封裝MPV系列（用于逆變器平滑）
③模塊化HVC系列（EV.HEV逆變器平滑用、各種逆變器平滑用）

發(fā)展方向

當(dāng)前、大多數(shù)逆變器使用硅半道體材料，但今后碳化硅（SIC）將逐步被使用。因此必需考慮薄膜電容的更小型化， 耐高溫，高可靠性的設(shè)計。
RUBYCON將整合市場需求，推進薄膜蒸鍍技術(shù)的設(shè)計和發(fā)展，積極開發(fā)大功率薄膜電容的高耐壓、小型化、低ESR、低ESL等。

※本稿是2011年8月18日發(fā)行的電波新聞「高新技術(shù)」的基礎(chǔ)上修改而成。