薄膜電容

薄膜電容指的是將金屬箔作為電極，以聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯等人工合成的高分子聚合物材料(塑料薄膜)作為電介質的電容器，其結構是將金屬箔材料和塑料薄膜重疊，繼而卷繞/疊片形成電容器。薄膜電容具備無極性、介質損失小、長壽命、頻率及溫度特性優異等特性，與鋁電解電容等其他種類電容相比，薄膜電容更加高頻、低損耗等，因此被大量應用在模擬電路中，尤其是在必須使用頻率特性良好、介質損失極低的信號交連部分，薄膜電容的應用使信號在傳送時失真減少。

薄膜電容器的工作原理與一般電容器一樣，都是是通過在電極上儲存電荷儲存電能，通常與電感器共同使用形成LC振蕩電路，電容器工作原理是電荷在電場中會受力而移動，當導體之間有了介質，則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導體上，造成電荷的累積儲存。

(1)良好的電學特性:薄膜電容具備無極性(不區分正負極)、等效電阻較低(ESR低，功率損耗低，可承受較大的紋波電流)、等效電感低(ESL低，減小IGBT開關動作時的尖峰電壓)等特點。

(2)電壓強度高:在較多應用場景中，薄膜電容與鋁電解電容均可作為備選方案，但相比于鋁電解電容，薄膜電容可承受更高的電壓強度。在新能源汽車、太陽能和風能的部分應用場景中，涉及高壓電力轉換，要求其中的電容器能夠承受幾百甚至幾千伏特的電壓，這種場景之下，薄膜電容是最優的選擇。

(3)具備自愈性，使用壽命長:蒸鍍電極具有自我修復功能，當薄膜上絕緣弱的地方被施加過高電壓導致擊穿時，周圍的蒸鍍膜瞬間氧化，恢復絕緣狀態。此外，高端薄膜電容的蒸鍍電極有時還會結合保險絲圖案使用，即并非在基膜整個平面上形成蒸鍍膜，而是分割成多個領域并用狹窄的熔斷器相連接，當發生超過自我修復功能極限的絕緣擊穿時，熔斷器會熔斷從而避免絕緣擊穿。在這種自愈性的加持下，薄膜電容一般都具備10年以上的壽命，這在新能源汽車、光伏、風電等對元器件壽命要求較高的領域具備較高的適用性。

(1)從電極類型看，薄膜電容分為箔電極型與蒸鍍電極型。

箔電極型:將作為內部電極的金屬箔與塑料薄膜重疊并進行卷繞，薄膜電容早期多采用這種技術，目前占比逐漸減少，主要優勢是工藝簡單、可應用于大電流場合；

蒸鍍電極型(金屬化薄膜型):在薄膜上蒸鍍金屬薄層(鋁、鋅等)，由于蒸鍍膜極薄，因此能在實現小型化的前提下實現更大的電流，是目前主流的薄膜電容的類型。

(2)從結構上看，薄膜電容可分為疊層型和卷繞型兩類:

疊層型為將多層聚合物薄膜疊加到一起，然后將疊層體裝入殼內；

卷繞型為卷繞并沖壓聚合物薄膜，然后將其裝入殼內，由于便于制造，目前卷繞型薄膜電容器是較常使用的類型。

(3)根據薄膜材質不同，薄膜電容器可分為聚乙酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)和聚蔡二甲酸乙二醇酯(PEN).

聚對苯二甲酸乙二醇酯膜(PET)：耐寒耐熱，適用溫度范圍廣，價格低廉

聚丙烯膜(PP)：絕緣電阻高，低損失，適用于大電流，耐熱性稍差

聚苯酸醚膜(PPS)：耐熱性強，溫度特性良好，價格高

聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)：耐熱性良好，與PP、PPS相比溫度特性較差

(4)根據應用場景的不同，薄膜電容器可以分為直流支撐電容器、濾波電容器等

(1)額定直流電壓：是在整個溫度范圍內允許持續施加的直流電壓。

(2)介電強度：電容器的介質所能承受的電壓，這個電壓高于試驗電壓。

(3)額定交流電壓：電容器工作在交流電壓下可以連續施加的交流電壓有效值。

(4)試驗電壓：電容器出廠前形式試驗時對電容器施加的電壓，一般在1.5~2倍，持續時間2分鐘或500小時。

根據中國電子元器件行業協會數據，2020年國內薄膜電容器的市場規模約為100億元。薄膜電容器應用場景廣泛，覆蓋消費類電子、工業類裝備、軍工用品、電動汽車等。在新能源市場中，薄膜電容器側重電動汽車、光伏及儲能、風電等領域，有望實現快速發展。

(1)在新能源汽車領域，薄膜電容主要應用于電控，高壓趨勢下替代鋁電解電容。電機控的核心是需要高效制的逆變技術，需要一個功能強大的IGBT模塊和一個與之匹配的直流支撐電容器。早期直流支撐電容器都是采用鋁電解電容，當電機驅動的最大電壓從500V提高到650V之后，鋁電解電容耐壓不足，越來越多公司采用聚丙烯(PP)薄膜電容器替代鋁電解電容。

(2)薄膜電容可應用于光伏逆變器，起到濾波、抑制干擾、緩沖等作用。逆變器是光伏系統中核心部件之一，將太陽能電池組件產生的直流電，通過電力電子變換技術轉化為交流電并入電網。電容在逆變器中起到輸入/輸出濾波、抑制干擾、緩沖等作用。電網是一個龐大且復雜的系統，逆變器工作時除了保證DC/AC轉換的同時還需要保證輸出電能的質量，否則會對電網運行造成嚴重影響。薄膜電容能吸收高脈沖電流，使得逆變器和變流器端的電壓維持在穩定的范圍內。

從具體電路功能來看，薄膜電容一般可實現如下功能:

濾波，整流電路將交流變成脈動的直流，濾波后的脈動直流電壓變成相對比較穩定的直流電壓；

降低噪聲，電流中有時會出現系統外的噪聲干擾，電容在此時可降減少系統外噪聲的干擾；

抑制和緩沖EM，系統運行中，常出現突發的電流、信號干擾，EMI濾波器可減少突然進入系統的干擾電流、信號；

直流支撐DC-link，一般在交直流轉換的場景中需要，起到濾波、儲能的作用，用以支撐直流電路的穩定性。這是薄膜電容較為重要的應用場景，在各類變流器內有重要的應用；

儲能，通過電容臨時存儲系統的電量，并在系統需要時放出較高的瞬間電流。

(1)將電容器與電源接通，如果接通的瞬間萬用表的指針不擺動，則說明電容器失效或斷路。若表針一直指示電源電壓，但是卻不作擺動，表明電容器已短路。若表針擺動正常，但不返回零位，說明電容器有漏電現象。因為所指示的電壓數值越高，表明漏電量越大。

(2)測量容量小的電容器所用的輔助直流電壓不能超過被測電容器的耐壓，以免因測量而造成電容器擊穿損壞。要想準確測量電容器的容量，需要采用電容電橋或Q表。上述的簡易檢測方法，只能粗略判斷壓力表電容器的好壞。

(3)容量大的固定電容器可用萬用表的電阻檔(R×1000)測量電容器兩電極，看表針的擺動情況，擺幅越大，表明電容器的電容量越大。若測試棒一直碰觸電容器引線，表針應指在∞附近，否則，表明該電容器有漏電現象，其電阻值越小，說明漏電量越大，則電容器質量越差。

(4)在檢查電容器的好壞時， 對耐壓較低的電解電容器，電阻檔應放在R×100或 R×1K檔，把紅表筆接電容器的負端，黑表筆接正端，這時萬用表指針將擺動，然后恢復到零位或零位附近，這樣說明電解電容器的質量是合格的。電解電容器的容量越大，充電時間越長，指針擺動得也越慢。

參考來源：

薄膜電容行業報告：新能源車、光伏、風電驅動薄膜電容市場潛力巨大-220525(33頁).pdf