用于摩托车电子配件——电容放电式点火器中的金属化聚酯膜点火电容器是该类点火器的重要元件之一，其性能的优劣直接影响点火器的寿命。与同类金属化聚酯膜电容器相比，点火电容器的外观质量要求不高，但其使用条件严酷、失效率较大，因此，在点火电容器的制造过程中，对其性能的控制尤为重要。

1点火电容器在点火电路中的工作条件及失效分析

1.1  点火电容器工作时的电压、电流、频率

1.1.1 点火电容器电路原理示意图见图1：

图1  点火电容器电路原理示意图

图1中：U₁—由磁电机提供的充电电压

U₂—相位脉冲电压

C_X—点火电容器

SCR—可控硅

1.1.2 U_P—n（发动机转速）特性图见图2：

图2   U_P—n（发动机转速）特性图

图2中：U_P—一定转速下的充电峰值电压。

当摩托车的发动机转动时，每转一周的前半周由磁电机对点火电容器C_X充电，后半周由相位脉冲电压U₂触发可控硅SCR导通，立即通过点火线圈的初级线圈放电，同时在点火线圈的次级线圈感应出高压电动势，经火花塞产生点火，完成一次点火过程。每完成一次点火过程，实际上是对点火电容器进行一次短路放电，充电电压和放电电流的峰值与点火器类型、摩托车的转速、点火线圈及点火电容器的容量等有关，当摩托车的转速达到3000rpm左右时，加到点火电容器上的电压达到最高。据相关资料介绍，400V1μF点火电容器的最高工作电压为380V左右、400V1.5μF点火电容器的最高工作电压为300V左右；点火电容器工作时的瞬间放电电流以安培计；点火器连续点火转速范围为150rpm～12000rpm，即点火电容器的工作频率为2.5Hz～200Hz。

1.2  点火电容器工作的环境温度

经对点火电容器工作时的内部温升测试，产品内部温升约为10℃，而点火器正常工作的环境温度一般在60℃以下，因此，点火电容器的正常工作环境温度为70℃左右。有些摩配厂家在对点火器进行高温老化实验时采用的温度为80℃，加上产品的内部温升，在进行高温老化实验时点火电容器的工作环境温度为90℃左右。

1.3  点火电容器的失效分析

点火电容器在摩配市场上的主要失效模式为过热、胀肚、开路失效。其失效原因为：

1.3.1 受点火器外形尺寸的限制，生产额定工作电压为400V点火电容器的材料通常选用4.8μm厚或更薄的金属化聚酯膜。从电容器设计角度看，用4.8μm厚或更薄的金属化聚酯膜生产额定工作电压为400V的电容器为超额使用，产品在额压下工作时的抗电冲击能力不强。

1.3.2 点火器工作时，点火电容器将因消耗有功功率发热，其内部和表面温度都将会上升，如点火电容器自身损耗稳定，点火电容器内表温度达到热平衡，点火器可靠地工作。如点火电容器芯子端面的喷金层与金属化膜的金属化镀层接触不良，在点火放电时，瞬态大电流流过喷金层时因接触电阻而产生发热，在接触不良处产生局部高温，导致金属化镀层与喷金层脱落，接触电阻增大，从而使损耗明显增加，点火电容器内部温升加快，恶性循环，最终导致点火电容器过热、胀肚、开路失效。

2点火电容器的性能控制分析

在点火电容器的主要电参数中，电容量、耐电压、绝缘电阻容易控制（电容量精度要求低、工作的峰值电压不高），而损耗是引起点火电容器工作时过热失效的主要因素，因此，在制造过程中控制产品的损耗是改善点火电容器性能的关键。

通常，点火电容器在低频率、温度不高、工作电压较低的条件下工作，其辅助介质的损耗、漏导损耗很小，可忽略，点火电容器的损耗由主要介质的损耗和金属部分的损耗组成。主要介质的损耗取决于聚酯膜介质本身，趋于定值。实际生产过程中，除选择品质优良的金属化聚酯膜外，无更多的办法降低主要介质的损耗。而金属部分的损耗包括以下三部分：

⑴  引出线的损耗

电容器引出线的损耗功率P_引可表示为：P_引=I²×R_引

式中：I—电流、R_引 —引出线的等效电阻。

点火电容器工作在低频电路中，引线的等效电阻R_引是很小的，其损耗功率也很小，故引出线的损耗可忽略。

⑵  极板的功率损耗

对于无感式卷绕的金属化薄膜点火电容器，极板的等效电阻R_极为：

式中：I—极板始端的电流、L—极板的有效长度、b—极板的有效有效宽度、de—极板的厚度。

△b—错边和留边部分载流电极宽度、ρ—极板材料的电阻率。

从上式可见，欲减小等效电阻R_极，卷绕点火电容器芯子时，在其额定电压和外形尺寸允许的前提下，应尽可能选取宽度和留边较小的低方阻（de大）金属化膜，同时避免金属化层的损伤和氧化。

⑶  接触电阻引起的功率损耗

金属化薄膜点火电容器的电极是通过在芯子端面喷金，将引出线焊接在喷金层上而形成的。如喷金层与金属化膜的金属层或引出线与喷金层接触不良，就形成了间隙电阻即接触电阻。接触电阻引起的接触耗损在常规低频下不容易暴露出来，有的需经高频直接筛剔，有的需先用高电压和短路放电产生的浪涌大电流冲击，然后经高频筛选才能剔除。

点火电容器的损耗引起点火电容器工作时发热，点火电容器工作时因温升加剧失效是由于点火电容器的接触损耗增大引起，因此，对于点火电容器的性能控制，在制造过程中降低金属部分的损耗和提高接触损耗的抗电冲击能力显得尤为重要。

3控制点火电容器性能的有效途径

3.1  卷绕工艺的控制

3.1.1 国内外生产金属化聚酯膜的材料厂家较多，由于材料生产工艺的不同，不同生产厂家的膜的性能差别大（如热收缩率、金属层的抗氧化能力等）。在相同的生产工艺条件下，用不同产地的膜生产出的点火电容器的损耗抗电冲击能力是不一样的。因此，选择较固定的金属化聚酯膜生产厂家利于点火电容器的损耗性能控制。

3.1.2 为了便于电容器自愈和耐电压，金属化层方阻应大点；为了自愈后的电容量损失较小、减小极板有效电阻和增大喷金层与金属化膜的金属层的接触面，金属化层方阻应小点。由于聚酯膜的抗电强度Eb高（150v/μm～200v/μm），而点火电容器的工作峰值电压不高，金属化聚酯膜的抗电强度Eb稍低一点并不影响使用，经多次工艺对比实验验证，选取低方阻（1.4Ω/□～2Ω/□）的金属化聚酯膜能改善点火电容器器的抗电冲击能力（见表1）。

注：点火老化试验原理模拟摩托车点火器的工作原理，只是点火的频率固定为50Hz（相当于摩托车的发动机转速3000rpm）、充电电压和点火的时间可在一定范围内任意设定。

3.1.3 卷绕错边不得低于0.5mm，以保证喷金层与金属化层接触良好。

3.1.4 卷绕张力应均匀，芯子不留空气隙，以防止金属化层氧化和点火噪音。

3.1.5 避免卷绕过程中损伤金属化膜的金属层、污染金属化膜盘端面和卷绕芯子端面。

3.2  热定型工艺参数的选择

热定型工艺是利用聚酯膜受热收缩的物理特性，在高温作用下聚酯膜发生均匀热收缩，在一定压力下将卷绕芯子内的空气挤出，同时也使吸附在聚酯膜表面的潮气蒸发，达到提高芯子紧密度、电容器电气性能得到改善的目的。热定型过紧，压扁后的芯子端面不呈直立状，不利于喷金时金属颗粒渗透到因错边而形成的“口袋”里，喷金层的接触牢度下降，如金属化膜被损伤，电容器的各项电性能下降。热定型过松，芯子不能完全热定型，与芯子端面金属化层接触的喷金层因焊接压力而易松动，产品的接触损耗大，同时加大产品的其它电参数的控制难度和成品点火噪音。因此，欲控制好点火电容器的性能，应根据不同的金属化膜产地，经反复的工艺试验选择合理的热定型工艺。如热定型的温度最好控制在使聚酯膜的横向热收缩率接近0、纵向热收缩率为2%左右的温度。

3.3  喷金质量的保证

3.3.1 喷金材料的选用原则

⑴  选用与金属化膜的金属化层接触电位差尽量小的喷金材料。

⑵  与金属化膜直接接触的喷金材料熔点应尽可能的低。

3.3.2 压缩空气必须经过油水分离器处理，以达到净化压缩空气的目的。否则，若气体的净化度不高，压缩空气中的油水在电弧或高温作用下分解成各种有害成份，直接影响喷金层的附着力，且腐蚀金属化膜的金属化层和喷金层，大大地增大产品的接触损耗。

3.3.3 喷金气压控制在（0.55～0.65）Mpa较合适。合理控制送丝速度、喷金料的熔化条件，保证喷金颗粒大小适中、均匀、无氧化、色泽光亮。

3.3.4 为了增大喷金接触面积，应保证喷金粒子流垂直地喷在芯子端面。小的喷金距能增强喷金料与芯子端面金属化膜的牢固度。但如喷金距过小，刚熔化的喷金粒子将烫伤金属化膜。经工艺试验优化，较合适的喷金距为：（350～370）mm（氧气乙炔火焰法喷金）；（200～250）mm（电弧式喷金）。

3.3.5 点火电容器的引线直径通常为0.8mm，为了保证焊接效果，点火电容芯子的喷金层厚度应控制在(0.55±0.05)mm。

3.3.6 喷金室内的除尘效果要好，最差的除尘效果必须保证排出喷金室内的气体留量应大于压缩空气的流量，除尘系统的引风气流与喷金气流方向应一致。

3.4  焊接工艺中的重点控制因素

3.4.1焊接热的影响

没焊接的芯子端面金属化膜与喷金料接触良好，它们间的接触电阻和接触损耗都很小，经试验证明，没焊接的芯子经上百次电冲击试验后，其损耗不会增加。如焊接电压或电流过大，较高的焊接热易使金属化膜收缩，金属化膜收缩的结果导致：

⑴  金属化膜的金属化层与喷金料间产生微裂纹，相应的接触电阻和接触损耗增大。

  ⑵  介质膜和金属层的热收缩率不一样，产生介质膜和金属化层分裂现象。

经电冲击试验后，由于电流热的作用，金属化膜收缩产生的微裂纹变为大裂纹，相应的接触电阻和接触损耗陡增，结果导致焊接芯子损耗增加至不合格。

3.4.2 焊接压力的影响

如焊接压力过大，芯子端面金属化层与喷金料结合处产生裂纹（如芯子热定形不好，此现象更明显）。再经电冲击试验后，芯子端面金属化层与喷金料间的裂纹陡增，结果是芯子损耗增加至不合格。

因此，控制焊接条件的关键是控制好焊接热和焊接压力的影响，即在保证不虚焊的前提下，尽可能地减小焊接电流、焊接电压和焊接压力。同时，用合理的电冲击试验来检查焊接芯子的损耗变化情况。

3.5  合理的电参数筛选方式

4 结束语

点火电容器性能控制的关键在于：

4.1  尽可能地降低点火电容器的损耗。

4.2  避免引起高频损耗增大的因素。

4.3  采用合理的电参数筛选方式。

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