薄膜电容器损耗的频率特性

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1、薄膜电容器损耗的频率特性摘要：高频损耗是薄膜电容器的一个重要的指标，它直接影响整机的可靠性。文章介绍了电容器损耗的概念、损耗的组成、外界因素对损耗的影响；本文运用试验数据说明薄膜电容器的高频损耗随测试频率的增加而增加，两者之间不是线性关系；通过对薄膜电容器生产过程的分析，指出了高频损耗产生的原因以及应采取的措施，并运用0.618法和正交试验法确定了重要工序的主要参数。关键词：电容器；电容器的损耗；介质损耗；金属损耗；主要技术指标1 引言    薄膜电容器逐批检验的主要技术指标有：电容量、损耗（损耗角正切值）、绝缘电阻、耐电压、可焊性、外

2、观等，在这些指标中电容器的损耗是一个重要的指标，它直接影响薄膜电容器的产品质量、合格率，影响企业的经济效益。薄膜电容器的损耗不是一个固定的数值，它随测试频率不同而不同，本文就薄膜电容器的损耗与测试频率的关系做一探讨。2 电容容器损耗的概念   任何实际的电容器，在电场作用下都是要消耗能量的。电容器把贮存或传递的一部分电能转变成热能，其中一部分使电容器发热，温度升高；另一部分消耗在周围环境中。通常我们把电容器在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的能量叫电容器的损耗。电容器的损耗是衡量电容器品质优劣的一个重要指标，损耗越大电容器发热越严重，

3、则表明电容器传递能量的效率越差。在极限情况下，有导致电容器破坏的危险，使用频率越高，这种危险性就越大。3 损耗的组成   电容容器的损耗主要由电容器的介质损耗、漏导损耗和金属部分损耗三部分组成。电容器不是在高温和极低频率情况下工作时，可忽略漏导损耗的影响。这就是说，一般情况下电容器的损耗主要由介质损耗和金属部分损耗组成。   电容容器介质部分的能量损耗主要由电导损耗、极化损耗和电离损耗组成。电容器金属部分的能量损耗主要由电容器引出线的损耗、电容器极板有效电阻引起的损耗、接触电阻引起的损耗组成。4 电容器损耗与外界因素的关系4.1 电容器

4、的损耗与频率的关系   在忽略表面漏导的情况下，电容器的损耗主要由介质损耗和金属部分损耗组成。电容器的损耗tgδ随频率f的变化曲线如图1。           图1 电容器的损耗tgδ随频率f的变化曲线      在频率不太高的范围内（f＜f1），电容器损耗tgδ的频率特性与介质损耗tgδd的频率特性相似，即在这个频率范围内，电容器的损耗tgδ主要决定于介质部分的损耗（在f3以下主要是电导损耗，在f3 与f1之间是极化损耗）。tgδ与tgδd出现最大值的f2大致相同。一般情况下，f3位于音频范围，f2位于高频范围，但是当电容器的工作温度

5、升高后，f3 、f2向高频方向移动。   在频率比较高的范围内（f＞f1），电容器损耗tgδ的频率特性与金属损耗tgδm 的频率特性相似，这是因为当频率相当高时，金属部分的损耗成为电容器的主要损耗。这时的tgδm=ωCrm,ω较低时，rm是个常数，tgδm随频率线性增加；但当ω相当高时，由于集肤效应的影响，rm不是个常数（随频率增加而增加），这就导致tgδm随频率上升而更急剧地上升。   对于一个实际的电容器在f1以下主要介质和辅助介质的tgδd随频率变化规律不可能完全一致，一般情况下，tgδd的频率特性主要由主要介质决定。但当主要介质

6、很好，辅助介质很差时，则辅助介质对损耗的频率特性有显著影响。若主要介质和辅助介质对损耗的影响程度差不多，并且都具有缓慢极化时，则由于极化的机理不同，会在tgδ的频率特性曲线上出现两个峰值。总之，实际电容器的损耗特性要比上述曲线复杂，要具体问题具体分析。4.2 电容器损耗的温度特性   如果电容器介质具有缓慢极化，则电容器的损耗的温度特性如下图2。           图2 电容器的损耗的温度特性曲线   其中tgδd是介质损耗，显然，这是由电导损耗和极化损耗两部分组成，当温度较低时，极化损耗是主要成分，损耗tgδ的温度特性曲线上有峰值出

7、现；当频率升高时，损耗tgδ的峰值向高温方向移动，所以，高频下损耗tgδ的峰值会出现在正温度范围内。   当温度比较高时（t＞t1），介质损耗急剧增大，这是因为在高温区电导损耗已经成为主要损耗了。4.3 其它因素对电容器损耗tgδ的影响   电容器的tgδ除与温度、频率有关外，还受其它许多因素的影响，如电压、湿度等。   在一般结构的电容器中，如不考虑电压增大引起的电容器发热，从而使损耗有所增大时，损耗tgδ与电压的关系很小，但当电容器具有夹层式极化损耗、自发极化损耗以及电离损耗时，其tgδ将随电压发生显著的变化。   电容器介质本身或

8、介质与介质及介质与极板之间存在空隙时，当电压足够高时，气隙的电离，将引起损耗tgδ迅速增大。   在电离损耗中，除了由于气隙电离引起的损耗外，还有一种所谓“闪烁效应”引起的损耗。由于工艺不佳，在极板边缘可能