Tento týden se budeme zabývat použitím filmových kondenzátorů místo elektrolytických kondenzátorů v kondenzátorech stejnosměrného meziobvodu. Článek bude rozdělen do dvou částí.

S rozvojem nového energetického průmyslu se běžně používá technologie s proměnným proudem a DC-Link kondenzátory jsou obzvláště důležité jako jedno z klíčových zařízení pro výběr. DC-Link kondenzátory ve DC filtrech obecně vyžadují velkou kapacitu, zpracování vysokého proudu a vysoké napětí atd. Porovnáním charakteristik filmových kondenzátorů a elektrolytických kondenzátorů a analýzou souvisejících aplikací tento článek dochází k závěru, že v návrzích obvodů vyžadujících vysoké provozní napětí se objevuje vysoký zvlněný proud (Irms), požadavky na přepětí, reverzaci napětí, vysoký zapínací proud (dV/dt) a dlouhá životnost. S rozvojem technologie metalizovaného napařování a technologie filmových kondenzátorů se filmové kondenzátory stanou v budoucnu trendem pro konstruktéry, kteří chtějí nahradit elektrolytické kondenzátory z hlediska výkonu a ceny.

Se zavedením nových energetických politik a rozvojem nového energetického průmyslu v různých zemích přinesl rozvoj souvisejících odvětví v této oblasti nové příležitosti. A kondenzátory, jakožto základní odvětví souvisejících produktů, také získaly nové rozvojové příležitosti. V nových energetických systémech a vozidlech s novými energetickými systémy jsou kondenzátory klíčovými komponenty v řízení energie, správě napájení, měničích a systémech převodu DC-AC, které určují životnost měniče. Ve střídači se však jako vstupní zdroj energie používá stejnosměrný proud, který je ke střídači připojen prostřednictvím stejnosměrné sběrnice, která se nazývá DC-Link nebo DC podpora. Protože střídač přijímá z DC-Linku vysoké efektivní hodnoty (RMS) a špičkové pulzní proudy, generuje na DC-Linku vysoké pulzní napětí, což střídači ztěžuje jeho odolnost. Proto je kondenzátor DC-Linku potřebný k absorpci vysokého pulzního proudu z DC-Linku a k zabránění kolísání vysokého pulzního napětí střídače v přijatelném rozsahu; na druhou stranu také zabraňuje tomu, aby střídače byly ovlivněny překročením napětí a přechodným přepětím na DC-Linku.

Schéma použití kondenzátorů DC-Link v nových energetických systémech (včetně výroby větrné energie a fotovoltaiky) a systémech pohonu motorů vozidel pro nové zdroje energie je znázorněno na obrázcích 1 a 2.

Obrázek 1 znázorňuje topologii obvodu měniče větrné energie, kde C1 je DC-Link (obecně integrovaný do modulu), C2 je IGBT absorpce, C3 je LC filtrace (strana sítě) a C4 je DV/DT filtrace na straně rotoru. Obrázek 2 znázorňuje technologii obvodu FV měniče, kde C1 je DC filtrace, C2 je EMI filtrace, C4 je DC-Link, C6 je LC filtrace (strana sítě), C3 je DC filtrace a C5 je IPM/IGBT absorpce. Obrázek 3 znázorňuje hlavní systém pohonu motoru v novém systému energetického vozidla, kde C3 je DC-Link a C4 je IGBT absorpční kondenzátor.

Ve výše zmíněných nových energetických aplikacích jsou DC-Link kondenzátory jako klíčové zařízení vyžadovány pro vysokou spolehlivost a dlouhou životnost ve větrných a fotovoltaických systémech a systémech pro vozidla s novými energetickými systémy, takže jejich výběr je obzvláště důležitý. Následuje srovnání charakteristik filmových a elektrolytických kondenzátorů a jejich analýza v aplikaci DC-Link kondenzátorů.

1. Porovnání funkcí

1.1 Filmové kondenzátory

Princip technologie metalizace filmu je poprvé představen: na povrch tenkého filmu se odpaří dostatečně tenká vrstva kovu. V případě defektu v médiu se vrstva dokáže odpařit a tím izolovat vadné místo pro ochranu, což je jev známý jako samooprava.

Obrázek 4 znázorňuje princip metalizačního povlakování, kde je tenká vrstva média před odpařováním předběžně upravena (jinak korónou), aby se na ni mohly přichytit molekuly kovu. Kov se odpařuje rozpouštěním při vysoké teplotě ve vakuu (1400 °C až 1600 °C pro hliník a 400 °C až 600 °C pro zinek) a kovová pára kondenzuje na povrchu vrstvy, když se setká s ochlazenou vrstvou (teplota ochlazování vrstvy -25 °C až -35 °C), čímž vzniká kovový povlak. Vývoj metalizační technologie zlepšil dielektrickou pevnost vrstvy na jednotku tloušťky a konstrukce kondenzátorů pro pulzní nebo výbojové aplikace v suché technologii může dosáhnout 500 V/µm a konstrukce kondenzátorů pro aplikace s DC filtry může dosáhnout 250 V/µm. DC-Link kondenzátor patří k těm druhým a podle IEC61071 pro aplikace ve výkonové elektronice může kondenzátor odolat silnějším přepěťovým rázům a dosáhnout dvojnásobku jmenovitého napětí.

Uživatel proto musí pro svůj návrh zohlednit pouze jmenovité provozní napětí. Metalizované filmové kondenzátory mají nízké ESR, což jim umožňuje odolávat větším zvlněným proudům; nižší ESL splňuje požadavky na nízkou indukčnost střídačů a snižuje kmitací při spínacích frekvencích.

Samoopravné vlastnosti metalizovaných kondenzátorů určuje kvalita filmového dielektrika, kvalita metalizačního povlaku, konstrukce kondenzátoru a výrobní proces. Filmové dielektrikum používané pro vyráběné kondenzátory DC-Link je převážně OPP fólie.

Obsah kapitoly 1.2 bude zveřejněn v článku příští týden.