Приницип технологии

ТЕХНОЛОГИЯ УПРАВЛЯЕМОГО САМОВОССТАНОВЛЕНИЯ

AVX ТРС является лидером в технологии управляемого самовосстановления, разработанной компанией ещё в 1979 году для улучшения характеристик мощных плёночных конденсаторов.

Данная технология позволяет избежать отказа конденсатора путём изолирования точек пробоя материала диэлектрика. В процессе работы конденсатор можно рассматривать как батарею из множества ячеек, что достигается особым рисунком плёнки. Так, кроме гребёнчатой сегментации, AVX ТРС использует другие рисунки, являющиеся know-how компании.

Рассмотрим основные этапы процесса самовосстановления плёнки.

  • В случае возникновения слабого места в диэлектрике, энергия разряда конденсатора устремится в эту область малого сопротивления, и произойдёт пробой диэлектрика
  • Ток самовосстановления потечёт через точку пробоя
  • Вокруг точки пробоя настолько велика плотность тока, что металлизация начнёт испаряться
  • Электрическая дуга разряда, достигнув максимальной длины, исчезнет
  • Точка пробоя изолируется

Самовосстановление ограничивается двумя слоями плёнки. Вследствие отсутствия лавинного пробоя имеем отсутствие катастрофических отказов.

Здесь рассмотрен случай самовосстановления диэлектрика конденсатора средней мощности. Для конденсаторов высокой мощности, во избежание лавинного пробоя, используется специальная сегментация плёнки, что позволяет отключать повреждённые сегменты во время работы конденсатора.

К основным факторам, уменьшающим диэлектрическую прочность плёнки, относятся:

  • Загрязнение диэлектрика
  • Локальное уменьшение толщины плёнки
  • Слишком высокая температура
  • Перенапряжение
  • Старение диэлектрика
  • Комбинация перечисленных фактов

Каждый случай самовосстановления немного уменьшает поверхность металлизации, а значит, и ёмкость.

Процесс самовосстановления происходит очень быстро, для полипропиленовой плёнки время испарения составляет менее 10 нсек, процесс длится около 37 нсек, при этом высвобождается энергия, порядка 1-10 мДж/кВ2, 80% этой энергии переходит в тепловую.

Главная концепция – ограничить энергию самовосстановления последовательным резистором и предохранителем.

На графике синяя кривая показывает ток самовосстановления, лиловая – ток, при котором происходит разрушение.

Главная задача – ограничить функцию самовосстановления I2t, сделать её гораздо меньше энергии разрушения.

Усовершенствование технологии металлизации позволило значительно снизить величину I2t:

Дизайн металлизации электрода
Старый
A
B
Текущий
C
Сопротивление
R
2.4R
6R
Плотность энергии самовосстановления
мкДж/мм2
800
480
133
Энергия
самовосстановления
мДж
8
3,84
3,76
Длительность самовосстановления
нсек
80
55
37
Индекс чувствительности
(Энергия * Время)
пДж*сек
636
212
140

Почему в качестве параметра выбрана величина I2t, а не dV/dt?
 Рассмотрим металлизированную плёнку. Пусть в рулон сматывается два слоя плёнки. Толщина диэлектрика составляет порядка 10 мкм, а толщина металлизации – всего 100 A. То есть отношение толщин равно 1000.

Пусть R - сопротивление контакта между металлизацией и распылённым металлом по торцам рулона. Для конденсатора эта величина является известной и зависит от площади контакта.

При прохождении тока через это сопротивление, происходит выделение энергии и нагрев. При превышении предельного значения энергии, происходит повреждение электрического контакта.
W=RI2t (в Джоулях). Так как R – постоянно, можно считать параметром величину I2t .

И всё-таки, почему I2t, а не dV/dt?

Отсюда видно, что разные сигналы с одинаковым значением dV/dt дают разные значения I2t.
То есть dV/dt не является подходящим параметром для металлизированной плёнки, параметром является I2t.

Итак, в процессе эксплуатации, измеряя ёмкость, мы контролируем срок службы, что облегчает обслуживание. Принято считать окончанием срока службы падение ёмкости на 2%, хотя конденсатор работоспособен и после этого, а значение ёмкости меняется не скачком, а плавно. То есть, обнаружив в процессе измерений падение ёмкости на величину, близкой к критической для нас величине 2%, нужно принять решение о замене конденсатора. Но устройство, содержащее данный конденсатор, при этом останется работоспособным. Таким образом, ситуация управляема, а технология получила название “управляемого самовосстановления”.