[發明專利]一種用于重頻脈沖功率裝置的高壓陶瓷電容器外包封結構

在審

• 申請號: 201710433325.2
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107369556A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 楊蘭均;彭建昌;黃東;郭海山
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01G4/224
• 分類號: H01G4/224;H01G4/12;H01G4/005
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于脈沖高電壓電容器技術領域，涉及一種用于重頻脈沖功率裝置的高壓陶瓷電容器外包封結構。

背景技術

高壓陶瓷電容器廣泛應用于高能物理研究和電力電子系統。陶瓷介質可以達到較高的介電常數，并且具備較高的耐強電場擊穿強度，能夠實現電容器單位體積較高的儲能密度，使得陶瓷電容器在高儲能技術研究和市場應用拓展方面具備很好的潛力。

陶瓷電容器的儲能密度與介質材料的介電常數以及耐電場強度相關。已有的研究結果表明，對于相同結構體積的電容器，隨著介電常數的增大，電容量增大，耐電壓等級降低，擊穿損壞的概率增大；即便如此，在合理的參數配合下，增大介電常數依然可以提高電容器的儲能密度，但陶瓷電容器儲能密度提高的同時，其工作壽命的降低給其拓展應用帶來了更大的障礙。因此，在提高陶瓷電容器儲能密度的同時延長其使用壽命，一直以來都是陶瓷電容器生產和應用中的技術難題。

為了提高陶瓷電容器的耐電壓等級，延長其工作壽命(充、放電次數)，研究人員一直進行著不懈的努力，目前比較成熟的制造工藝技術，是對燒結成型的陶瓷電容器采取環氧樹脂等外表面包封技術，通常用厚度幾個毫米的環氧樹脂材料對陶瓷電容器表面進行整體包封，有效提高了陶瓷電容器的耐電壓等級，并延長了其工作壽命。進一步的應用研究發現，這種以環氧樹脂材料對陶瓷電容器表面進行整體包封的陶瓷電容器，在實驗使用中，沿環氧樹脂包封層的樹枝狀放電比較常見，這種現象也成為了影響陶瓷電容器工作壽命的主要因素之一。

陶瓷電容器中所使用的介質材料的相對介電常數一般從幾十到數千，隨著介質相對介電常數的增大，會導致電容器中電場分布的不均勻性增大，陶瓷電容器電極中局部場增強效應變大，直接影響到電容器的使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種用于重頻脈沖功率裝置的高壓陶瓷電容器外包封結構，該結構能夠有效提高陶瓷電容器的工作壽命，降低陶瓷電容器電極局部場的增強效應，抑制陶瓷電容器電極邊緣處的電樹枝在環氧樹脂包封層的生長。

為達到上述目的，本發明所述的用于重頻脈沖功率裝置的高壓陶瓷電容器外包封結構包括陶瓷電容器電極、陶瓷電介質及半導體環氧樹脂包覆材料，其中，陶瓷電介質包裹于半導體環氧樹脂包覆材料內，且陶瓷電容器電極的一端位于陶瓷電介質與半導體環氧樹脂包覆材料之間，陶瓷電容器電極的另一端穿過半導體環氧樹脂包覆材料伸出到半導體環氧樹脂包覆材料外，且陶瓷電容器電極與陶瓷電介質相粘接。

半導體環氧樹脂包覆材料的直流泄露電流小于等于1mA。

陶瓷電容器電極的數目為兩個。

陶瓷電容器電極為凸形結構。

陶瓷電介質的橫截面為矩形結構。

半導體環氧樹脂包覆材料采用高溫固化環氧樹脂包封工藝覆蓋于陶瓷電容器電極及陶瓷電介質表面。

本發明具有以下有益效果：

本發明所述的用于重頻脈沖功率裝置的高壓陶瓷電容器外包封結構在具體操作時，通過陶瓷電容器電極及陶瓷電介質的表面包裹一層半導體環氧樹脂包覆材料，從而極大的改善陶瓷電容器電極與陶瓷電介質交界面的電場畸變程度，改善陶瓷電容器的沿面電場分布，降低陶瓷電容器電極局部場的增強效應，有效抑制陶瓷電容器電極邊緣處電樹枝在環氧樹脂包封層的生長，從而提高陶瓷電容器的工作壽命。

附圖說明

圖1為本發明的剖面圖。

其中，1為陶瓷電容器電極、2為陶瓷電介質、3為半導體環氧樹脂包覆材料。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：

本發明所述的用于重頻脈沖功率裝置的高壓陶瓷電容器外包封結構包括陶瓷電容器電極1、陶瓷電介質2及半導體環氧樹脂包覆材料3，其中，陶瓷電介質2包裹于半導體環氧樹脂包覆材料3內，且陶瓷電容器電極1的一端位于陶瓷電介質2與半導體環氧樹脂包覆材料3之間，陶瓷電容器電極1的另一端穿過半導體環氧樹脂包覆材料3伸出到半導體環氧樹脂包覆材料3外，且陶瓷電容器電極1與陶瓷電介質2相粘接。

半導體環氧樹脂包覆材料3的直流泄露電流小于等于1mA；陶瓷電容器電極1的數目為兩個；陶瓷電容器電極1為凸形結構；陶瓷電介質2的橫截面為矩形結構；半導體環氧樹脂包覆材料3采用高溫固化環氧樹脂包封工藝覆蓋于陶瓷電容器電極1及陶瓷電介質2表面。

陶瓷電容器工作于快速充電及放電工況下；充電時間應小于毫秒級，放電時間過程應小于等于1ms，且本發明所述的陶瓷電容器可以工作于重復頻率狀態下。