Denne uken skal vi analysere bruken av filmkondensatorer i stedet for elektrolyttkondensatorer i DC-link-kondensatorer. Denne artikkelen vil bli delt inn i to deler.

Med utviklingen av ny energiindustri blir variabel strømteknologi ofte brukt, og DC-link-kondensatorer er spesielt viktige som en av de viktigste enhetene å velge mellom. DC-link-kondensatorene i DC-filtre krever generelt stor kapasitet, høy strømbehandling og høy spenning, etc. Ved å sammenligne egenskapene til filmkondensatorer og elektrolyttkondensatorer og analysere relaterte applikasjoner, konkluderer denne artikkelen med at i kretsdesign som krever høy driftsspenning, høy rippelstrøm (Irms), overspenningskrav, spenningsreversering, høy innkoblingsstrøm (dV/dt) og lang levetid. Med utviklingen av metallisert dampavsetningsteknologi og filmkondensatorteknologi vil filmkondensatorer bli en trend for designere å erstatte elektrolyttkondensatorer når det gjelder ytelse og pris i fremtiden.

Med innføringen av ny energirelatert politikk og utviklingen av ny energiindustri i diverse land, har utviklingen av relaterte industrier på dette feltet gitt nye muligheter. Og kondensatorer, som en viktig oppstrøms relatert produktindustri, har også gitt nye utviklingsmuligheter. I ny energi og nye energikjøretøy er kondensatorer nøkkelkomponenter i energikontroll, strømstyring, kraftomformere og DC-AC-konverteringssystemer som bestemmer levetiden til omformeren. I omformeren brukes imidlertid likestrøm som inngangsstrømkilde, som er koblet til omformeren via en DC-buss, som kalles DC-Link eller DC-støtte. Siden omformeren mottar høye RMS- og topppulsstrømmer fra DC-Link, genererer den høy pulsspenning på DC-Link, noe som gjør det vanskelig for omformeren å motstå. Derfor er DC-Link-kondensatoren nødvendig for å absorbere den høye pulsstrømmen fra DC-Link og forhindre at høye pulsspenningsfluktuasjoner i omformeren er innenfor det akseptable området. På den annen side forhindrer den også at omformerne blir påvirket av spenningsoversving og transient overspenning på DC-Link.

Figur 1 og 2 viser et skjema for bruk av DC-link-kondensatorer i nye energisystemer (inkludert vindkraftproduksjon og solcelleproduksjon) og nye energisystemer for kjøretøymotorer.

Figur 1 viser kretstopologien til vindkraftomformeren, hvor C1 er DC-link (generelt integrert i modulen), C2 er IGBT-absorpsjon, C3 er LC-filtrering (nettsiden) og C4 er DV/DT-filtrering på rotorsiden. Figur 2 viser kretsteknologien til PV-kraftomformeren, hvor C1 er DC-filtrering, C2 er EMI-filtrering, C4 er DC-link, C6 er LC-filtrering (nettsiden), C3 er DC-filtrering og C5 er IPM/IGBT-absorpsjon. Figur 3 viser hovedmotordriftssystemet i det nye energikjøretøysystemet, hvor C3 er DC-link og C4 er IGBT-absorpsjonskondensator.

I de ovennevnte nye energiapplikasjonene er DC-Link-kondensatorer, som en nøkkelenhet, nødvendige for høy pålitelighet og lang levetid i vindkraftanlegg, solcelleanlegg og nye energikjøretøysystemer, så valget av disse er spesielt viktig. Følgende er en sammenligning av egenskapene til filmkondensatorer og elektrolyttiske kondensatorer og deres analyse i DC-Link-kondensatorapplikasjoner.

1. Funksjonssammenligning

1.1 Filmkondensatorer

Prinsippet bak filmmetalliseringsteknologi introduseres først: et tilstrekkelig tynt lag med metall fordampes på overflaten av tynnfilmmediet. Ved en defekt i mediet kan laget fordampe og dermed isolere det defekte stedet for beskyttelse, et fenomen kjent som selvhelbredelse.

Figur 4 viser prinsippet for metalliseringsbelegg, der tynnfilmmediet forbehandles (korona eller annet) før fordampning, slik at metallmolekyler kan feste seg til det. Metallet fordampes ved oppløsning ved høy temperatur under vakuum (1400℃ til 1600℃ for aluminium og 400℃ til 600℃ for sink), og metalldampen kondenseres på overflaten av filmen når den møter den avkjølte filmen (filmens kjøletemperatur -25℃ til -35℃), og danner dermed et metallbelegg. Utviklingen av metalliseringsteknologi har forbedret den dielektriske styrken til filmens dielektriske materiale per tykkelsesenhet, og designet av kondensatorer for puls- eller utladningsapplikasjoner med tørrteknologi kan nå 500V/µm, og designet av kondensatorer for DC-filterapplikasjoner kan nå 250V/µm. DC-link-kondensatorer tilhører sistnevnte, og i henhold til IEC61071 for kraftelektronikkapplikasjoner kan kondensatoren tåle mer alvorlige spenningssjokk, og kan nå 2 ganger nominell spenning.

Derfor trenger brukeren bare å vurdere den nominelle driftsspenningen som kreves for designet. Metalliserte filmkondensatorer har en lav ESR, som gjør at de tåler større rippelstrømmer; den lavere ESL oppfyller designkravene for lav induktans for omformere og reduserer oscillasjonseffekten ved svitsjefrekvenser.

Kvaliteten på filmdielektrikumet, kvaliteten på metalliseringsbelegget, kondensatordesignet og produksjonsprosessen bestemmer selvreparasjonsegenskapene til de metalliserte kondensatorene. Filmdielektrikumet som brukes til DC-Link-kondensatorer som produseres, er hovedsakelig OPP-film.

Innholdet i kapittel 1.2 vil bli publisert i neste ukes artikkel.