Tento týždeň budeme analyzovať použitie filmových kondenzátorov namiesto elektrolytických kondenzátorov v jednosmerných kondenzátoroch. Tento článok bude rozdelený na dve časti.

S rozvojom nového energetického priemyslu sa bežne používa technológia s premenlivým prúdom a DC-Link kondenzátory sú obzvlášť dôležité ako jedno z kľúčových zariadení pri výbere. DC-Link kondenzátory v DC filtroch vo všeobecnosti vyžadujú veľkú kapacitu, spracovanie vysokého prúdu a vysoké napätie atď. Porovnaním charakteristík filmových kondenzátorov a elektrolytických kondenzátorov a analýzou súvisiacich aplikácií tento článok dospel k záveru, že v obvodových návrhoch vyžadujúcich vysoké prevádzkové napätie sa vyžaduje vysoký zvlnný prúd (Irms), požiadavky na prepätie, spätné napätie, vysoký nárazový prúd (dV/dt) a dlhá životnosť. S rozvojom technológie metalizovaného nanášania pár a technológie filmových kondenzátorov sa filmové kondenzátory stanú v budúcnosti trendom pre konštruktérov, ktorí nahrádzajú elektrolytické kondenzátory z hľadiska výkonu a ceny.

So zavedením nových politík v oblasti energie a rozvojom nového energetického priemyslu v rôznych krajinách priniesol rozvoj súvisiacich odvetví v tejto oblasti nové príležitosti. A kondenzátory, ako dôležitý súvisiaci odvetvím, získali tiež nové rozvojové príležitosti. V nových energetických systémoch a vozidlách s novými energetickými systémami sú kondenzátory kľúčovými komponentmi v systémoch riadenia energie, správy napájania, meničov napájania a konverzie DC-AC, ktoré určujú životnosť meniča. V meniči sa však ako vstupný zdroj napájania používa jednosmerný prúd, ktorý je pripojený k meniču prostredníctvom jednosmernej zbernice, ktorá sa nazýva DC-Link alebo DC podpora. Keďže menič prijíma z jednosmerného spoja vysoké RMS a špičkové impulzné prúdy, generuje na jednosmernom spoji vysoké impulzné napätie, čo meniču sťažuje jeho odolnosť. Preto je kondenzátor jednosmerného spoja potrebný na absorbovanie vysokého impulzného prúdu z jednosmerného spoja a zabránenie kolísaniu vysokého impulzného napätia meniča v prijateľnom rozsahu; na druhej strane tiež zabraňuje ovplyvneniu meničov prekročením napätia a prechodným prepätím na jednosmernom spoji.

Schematický diagram použitia kondenzátorov DC-Link v nových energetických systémoch (vrátane výroby veternej energie a fotovoltaiky) a systémoch pohonu motorov vozidiel na novú energiu je znázornený na obrázkoch 1 a 2.

Obrázok 1 znázorňuje topológiu obvodu meniča veternej energie, kde C1 je DC-Link (vo všeobecnosti integrovaný do modulu), C2 je IGBT absorpcia, C3 je LC filtrácia (strana siete) a C4 je DV/DT filtrácia na strane rotora. Obrázok 2 znázorňuje technológiu obvodu meniča FV energie, kde C1 je DC filtrácia, C2 je EMI filtrácia, C4 je DC-Link, C6 je LC filtrácia (strana siete), C3 je DC filtrácia a C5 je IPM/IGBT absorpcia. Obrázok 3 znázorňuje hlavný systém pohonu motora v novom systéme energetického vozidla, kde C3 je DC-Link a C4 je IGBT absorpčný kondenzátor.

Vo vyššie uvedených nových energetických aplikáciách sú kondenzátory DC-Link ako kľúčové zariadenie potrebné pre vysokú spoľahlivosť a dlhú životnosť vo veterných systémoch na výrobu energie, fotovoltaických systémoch na výrobu energie a systémoch nových energetických vozidiel, takže ich výber je obzvlášť dôležitý. Nasleduje porovnanie charakteristík filmových kondenzátorov a elektrolytických kondenzátorov a ich analýza v aplikáciách kondenzátorov DC-Link.

1. Porovnanie funkcií

1.1 Filmové kondenzátory

Prvýkrát je predstavený princíp technológie metalizácie filmu: na povrchu tenkého filmu sa odparí dostatočne tenká vrstva kovu. V prítomnosti defektu v médiu sa vrstva dokáže odpariť a tým izolovať chybné miesto na ochranu, čo je jav známy ako samooprava.

Obrázok 4 znázorňuje princíp metalizačného povlaku, kde je tenkovrstvové médium pred odparovaním predbežne upravené (v opačnom prípade korónou), aby sa naň mohli prichytiť molekuly kovu. Kov sa odparuje rozpúšťaním pri vysokej teplote vo vákuu (1400 ℃ až 1600 ℃ pre hliník a 400 ℃ až 600 ℃ pre zinok) a kovová para kondenzuje na povrchu filmu, keď sa stretne s ochladeným filmom (teplota ochladzovania filmu -25 ℃ až -35 ℃), čím sa vytvorí kovový povlak. Vývoj metalizačnej technológie zlepšil dielektrickú pevnosť filmu na jednotku hrúbky a konštrukcia kondenzátora pre pulzné alebo výbojové aplikácie v suchej technológii môže dosiahnuť 500 V/µm a konštrukcia kondenzátora pre aplikácie s jednosmerným filtrom môže dosiahnuť 250 V/µm. Kondenzátor s jednosmerným prepojením patrí medzi tie posledné a podľa normy IEC61071 pre aplikácie vo výkonovej elektronike dokáže odolať silnejším prepäťovým šokom a dosiahnuť dvojnásobok menovitého napätia.

Používateľ preto musí zvážiť iba menovité prevádzkové napätie potrebné pre jeho návrh. Metalizované filmové kondenzátory majú nízke ESR, čo im umožňuje odolávať väčším zvlneným prúdom; nižšie ESL spĺňa požiadavky na nízku indukčnosť meničov a znižuje kmitavý efekt pri spínacích frekvenciách.

Kvalita filmového dielektrika, kvalita metalizačného povlaku, konštrukcia kondenzátora a výrobný proces určujú samoopravné vlastnosti metalizovaných kondenzátorov. Filmové dielektrikum používané pre vyrobené kondenzátory DC-Link je prevažne OPP fólia.

Obsah kapitoly 1.2 bude zverejnený v článku budúci týždeň.