電動車逆變器大容量電容器：用3μm以下的薄膜做（下）

圖4：使電容器元件變得偏平 此次開發(fā)的產(chǎn)品平均每個模塊使用15個電容器元件。為了提高制成模塊時的充填密度，對圓筒形元件進(jìn)行沖壓，使其變成偏平狀。

　　模塊通過從元件的電極引出引線，連接到平坦的銅板上，將其放入樹脂造的殼體中組成。殼體的尺寸為：寬約240mm×縱深約170mm，體積為1.25L。

降低元件自身發(fā)熱

　在第（2）項(xiàng)提及的耐熱性方面，此次開發(fā)產(chǎn)品的耐熱溫度達(dá)到110℃左右，較以往產(chǎn)品的85℃大為提高。此次不僅采用了近期開發(fā)的耐熱性較高的薄膜，而且由此避免了制造過程中薄膜因受熱而受到損傷。薄膜受熱后會變質(zhì)，導(dǎo)致無法得到薄膜原本的耐熱性。

　　尤其會產(chǎn)生熱負(fù)荷的是蒸鍍工序。這是因?yàn)?，高溫的金屬蒸氣要直接施加到薄膜上。在蒸鍍時提高冷卻滾筒與薄膜的貼附性，以便從內(nèi)側(cè)進(jìn)行冷卻，盡可能降低蒸鍍面的溫度。

　　要提高耐熱性，降低電容器自身的發(fā)熱至關(guān)重要。如果出現(xiàn)自身發(fā)熱，耐熱性會產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性下降。例如，如果耐熱性為110℃的元件有5℃的自身發(fā)熱，那么，容許環(huán)境的溫度就變成了105℃。要降低元件自身的發(fā)熱，必須在薄膜上均勻地蒸鍍金屬。金屬厚度較薄的部分電阻較大，發(fā)熱量也會增大。只要電極的一部分比較薄，整體的耐熱性便取決于這塊較薄的部分。

防止短路及過壓

　　第（3）項(xiàng)中提及的安全性方面，通過在金屬的蒸鍍圖案上下工夫，降低了發(fā)生短路時的不良影響。具體做法不是在整個薄膜表面上都蒸鍍金屬，而是做成了方格狀的圖案（圖5）。圖5中的白線為未蒸鍍金屬的部分。各個方格之間相互連接，整個薄膜表面起到一個電極的作用。

圖5：提高安全性 （a）在對薄膜進(jìn)行蒸鍍時形成方格狀圖案，以便形成當(dāng)大電流流過時發(fā)生短路的機(jī)關(guān)。（b）白線為沒有蒸鍍金屬的部分。

　　假設(shè)方格中有耐壓較低的部分，發(fā)生短路時就會流過較大的電流，導(dǎo)致發(fā)熱，連接方格的金屬便會蒸發(fā)掉。因?yàn)樵摲礁癫糠峙c其他方格絕緣，因此，不會有更多的電流流過，損害狀態(tài)便不會進(jìn)一步擴(kuò)大。

　　要想提高安全性，除了電容器本身的對策之外，不對連接電容器的IGBT等開關(guān)元件造成不良影響也至關(guān)重要。為此，防止過壓（浪涌電壓）十分重要（圖6）。如果來自電容器的電壓過高，超過IGBT的容許值，最壞的情況下會造成元件損壞。

圖6：防止IGBT的電壓破壞 如何降低電容器的浪涌電壓至關(guān)重要。為此而降低電感。

　　作為對策，理論上可以考慮采用容許電壓較大的IGBT、降低開關(guān)速度以及增加對策部件等。但如果考慮到整體的成本，選擇這些對策都十分困難。IGBT方面，一般而言，容許電壓越大則導(dǎo)通電阻越大，損失也會越大。另外，由于線圈及電容器的電阻取決于開關(guān)速度，因此，如果降低速度，則必須增大這兩者的體積以提高電阻。增加對策部件后，成本也會增加。

　　因此，為了在不采取上述對策的情況下抑制過壓的方法，就只能降低電感。由于過壓取決于電感與電流變化量的乘積，因此，這兩者越小，過壓也就越小。在此要減小電流變化，則必須降低開關(guān)速度，前面提到這將導(dǎo)致體積增大。剩下的辦法就只有降低電感。此次開發(fā)的產(chǎn)品的電感為5nH左右，與以往產(chǎn)品相比，這僅為以往產(chǎn)品的1/4。

　　要降低電感，可以通過減小所卷繞薄膜的寬度，以及增加卷繞數(shù)來實(shí)現(xiàn)。此次開發(fā)產(chǎn)品的薄膜寬度比以往產(chǎn)品減小了約20％，卷繞數(shù)增加了數(shù)千圈。如果將薄膜的寬度減到比這更小，那么薄膜兩端殘留下的無法蒸鍍部分的比例會增大，容量密度將會下降。

　　指月電機(jī)制作所今后將繼續(xù)改進(jìn)薄膜電容器。為此已經(jīng)制定了發(fā)展藍(lán)圖（圖7）。除了小型化之外，還將采用更薄的薄膜。我們考慮到2013年采用比目前薄20％的薄膜。另外還將致力于提高耐熱性以及減少環(huán)境負(fù)荷材料等。

圖7：到2013年實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步小型化 （a）指月電機(jī)的薄膜電容器開發(fā)目標(biāo)。（b）熟練運(yùn)用比現(xiàn)有產(chǎn)品更薄的薄膜，到2013年將體積減小約25％。