用于电力应用的商用高温电容器电介质

Teonex HV是一种新型电介质，适用于在高温下工作且具有最高能量密度的直流链路和缓冲电源电容器。

电力电子应用越来越需要小型化，可靠性和效率提高，因此在增加的功率密度下运行。因此，在功率转换逆变器模块的不同元件上设置高温紧急情况，例如无源元件，更准确地说是DC链路和缓冲薄膜电容器。Si和SiC基半导体开关的工作温度在175 ^o C及以上的范围内增加，薄膜DC链路和缓冲电容器需要在高于105 ^o C [1,2,3,4]的温度下工作。

用于电力电容器的普通薄膜电介质基于聚丙烯（BOPP双轴取向聚丙烯）技术。这种材料被称为电力电容器的廉价且可靠的参考解决方案，因为它在电容器中以150至200 V / mm的高特定电压工作[5]。BOPP薄膜技术的缺点是温度范围有限，最高可达115 ^o C连续操作[9]，因为聚合物的熔点较低（165 ^o C）。

聚酯膜技术，基于PET（聚乙烯对苯二甲酸酯）和PEN（聚萘二甲酸），工作在125 ^ÔÇRESP。在150 ^o C但是仅限于电容器[5]中的低特定工作电压，因此电源应用仅限制，因为电容器不能应对电力电子器件的小型化趋势。

其他高温薄膜选择，连续工作在125 ^o C 以上，如PPS或PI，具有低电压强度和较差的自愈能力，这使得它们不受电源应用的影响。实际上，赋予聚合物高温能力的芳香结构是有限的固有电强度的原因[6]。

杜邦帝人薄膜通过开发薄膜电介质Teonex HV，克服了这些物理限制，结合了聚酯PEN的高温性能和出色的电击穿强度性能。

Teonex HV的特性

Teonex HV是一种高温材料，熔点温度T _m为265 ^o C，玻璃化转变T _g为145 ^o C，可在高达175 ^o C 的温度范围内连续运行。

Teonex HV薄膜的电击穿强度与BOPP和薄膜厚度的功能相当：如图1所示，在室温下薄膜片上的电压强度超过500 V / mm。相对于聚酯薄膜，电性能得到改善（PEN，PET）和PPS，PEEK和PI等其他高温材料相比（2.0 x）更优越。

图1： 与BOPP和其他电介质相比，Teonex HV的电击穿强度[13]。

Teonex HV击穿强度显示在薄膜样品上，如图2所示，在125 ^o C时电压降额为12％，在150 ^o C时降低19％。

图2： 根据方法[14] ，Teonex HV的电击穿强度随温度变化。

介电常数为3.05，在25 ^ö在175℃和增加至3.73 ^ö下与温度的增加介电常数表示随温度的改进的电荷存储容量（图3）。

图3：Teonex HV 在1 kHz时的介电常数。

对于150 ^o

Teonex HV薄膜具有出色的能量密度，材料介电常数的结果以及电容器中的高电压强度。特别是高于105 ^o C的操作，Teonex HV显示出所有介电材料的最高储能密度（图4）。

图4，Teonex HV与其他常见电介质相比的理论能量密度。

在电力电容器中，电介质的自愈能力对于安全电容器操作和无源元件的寿命终止行为至关重要[8]。在与金属化薄膜的弱点相关的电击穿的情况下，放电能量使聚合物和金属电极蒸发并在由去金属化区域围绕的聚合物薄膜中产生孔，因此缺陷是绝缘的。

为了确保最佳的自愈能力，电介质必须在低于某一层间压力极限的实际条件下或在等效的最小空气层下操作。高于此阈值，薄膜失去其自我修复功能：电介质损坏，清除能量太低，无法充分蒸发电介质和相邻的金属电极，从而导致电容器短路[7]。

Teonex HV电容器的制造需要软绕组和平坦化工艺，以降低处理层间压力并承受在标称电压下操作产生的静电压力分量。根据要求对Teonex®HV电介质薄膜进行建模，绕组和扁平调节对电容器电气性能的影响。

在最佳情况下，电介质Teonex HV可以在125 ^o C下以高达150 V / mm的特定电压工作，等待采用的金属化和制造技术; 高于此温度时，应降低额定值。

该膜可以与卷绕或堆叠功率电容器技术中的现有技术，Zn或Al或Zn / Al金属化（如BOPP电容器中已知）一起使用，以及膜箔或浸渍电容器装置中使用。

该薄膜可在3,4,5,6和8 mm商用，因此350至1000 V的大电压范围可以用单金属化图案或更高（> 1kV）覆盖，具有串行图案金属化或串联/并联电容器设计。

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