Den här veckan ska vi analysera användningen av filmkondensatorer istället för elektrolytkondensatorer i DC-länkkondensatorer. Den här artikeln kommer att delas in i två delar.

Med utvecklingen av den nya energiindustrin används variabelströmsteknik ofta, och DC-länkkondensatorer är särskilt viktiga som en av de viktigaste komponenterna att välja mellan. DC-länkkondensatorerna i DC-filter kräver generellt hög kapacitet, hög strömbearbetning och hög spänning, etc. Genom att jämföra egenskaperna hos filmkondensatorer och elektrolytkondensatorer och analysera relaterade tillämpningar, drar denna artikel slutsatsen att i kretsdesigner som kräver hög driftspänning, hög rippelström (Irms), överspänningskrav, spänningsomkastning, hög startström (dV/dt) och lång livslängd. Med utvecklingen av metalliserad ångavsättningsteknik och filmkondensatorteknik kommer filmkondensatorer att bli en trend för konstruktörer att ersätta elektrolytkondensatorer vad gäller prestanda och pris i framtiden.

Med införandet av ny energirelaterad politik och utvecklingen av den nya energiindustrin i olika länder har utvecklingen av relaterade industrier inom detta område medfört nya möjligheter. Och kondensatorer, som en viktig uppströms relaterad produktindustri, har också fått nya utvecklingsmöjligheter. Inom ny energi och nya energifordon är kondensatorer viktiga komponenter i energikontroll, effekthantering, kraftväxelriktare och DC-AC-omvandlingssystem som avgör omvandlarens livslängd. I växelriktaren används dock likström som ingångsströmkälla, som är ansluten till växelriktaren via en DC-buss, som kallas DC-länk eller DC-stöd. Eftersom växelriktaren får höga RMS- och topppulsströmmar från DC-länken genererar den hög pulsspänning på DC-länken, vilket gör det svårt för växelriktaren att motstå. Därför behövs DC-länkkondensatorn för att absorbera den höga pulsströmmen från DC-länken och förhindra att växelriktarens höga pulsspänningsfluktuationer ligger inom det acceptabla intervallet. Å andra sidan förhindrar den också att växelriktarna påverkas av spänningsöversvängningar och transienta överspänningar på DC-länken.

Det schematiska diagrammet över användningen av DC-länkkondensatorer i nya energisystem (inklusive vindkraftsproduktion och solcellsproduktion) och nya energisystem för fordonsmotorer visas i figur 1 och 2.

Figur 1 visar vindkraftsomvandlarens kretstopologi, där C1 är DC-länk (generellt integrerad i modulen), C2 är IGBT-absorption, C3 är LC-filtrering (nätsidan) och C4 är DV/DT-filtrering på rotorsidan. Figur 2 visar kretstekniken för PV-kraftomvandlaren, där C1 är DC-filtrering, C2 är EMI-filtrering, C4 är DC-länk, C6 är LC-filtrering (nätsidan), C3 är DC-filtrering och C5 är IPM/IGBT-absorption. Figur 3 visar det huvudsakliga motordrivsystemet i det nya energifordonssystemet, där C3 är DC-länk och C4 är IGBT-absorptionskondensator.

I de ovan nämnda nya energitillämpningarna krävs DC-länkkondensatorer, som en viktig komponent, för hög tillförlitlighet och lång livslängd i vindkraftssystem, solcellssystem och nya energifordonssystem, så valet av dem är särskilt viktigt. Följande är en jämförelse av egenskaperna hos filmkondensatorer och elektrolytkondensatorer och deras analys i DC-länkkondensatortillämpningar.

1. Funktionsjämförelse

1.1 Filmkondensatorer

Principen för filmmetalliseringsteknik introduceras först: ett tillräckligt tunt metalllager förångas på ytan av tunnfilmsmediet. Vid förekomst av en defekt i mediet kan lagret avdunsta och därmed isolera den defekta fläcken för skydd, ett fenomen som kallas självläkning.

Figur 4 visar principen för metalliseringsbeläggning, där tunnfilmsmediet förbehandlas (korona eller annat) före förångning så att metallmolekyler kan vidhäfta till det. Metallen förångas genom upplösning vid hög temperatur under vakuum (1400℃ till 1600℃ för aluminium och 400℃ till 600℃ för zink), och metallångan kondenseras på filmens yta när den möter den kylda filmen (filmens kyltemperatur -25℃ till -35℃), vilket bildar en metallbeläggning. Utvecklingen av metalliseringsteknik har förbättrat filmens dielektriska hållfasthet per tjockleksenhet, och utformningen av kondensatorer för puls- eller urladdningstillämpningar med torr teknik kan nå 500V/µm, och utformningen av kondensatorer för DC-filtertillämpningar kan nå 250V/µm. DC-länkkondensatorn tillhör den senare, och enligt IEC61071 för kraftelektroniktillämpningar kan kondensatorn motstå kraftigare spänningschocker och kan nå 2 gånger märkspänningen.

Därför behöver användaren bara ta hänsyn till den nominella driftspänningen som krävs för deras konstruktion. Metalliserade filmkondensatorer har en låg ESR, vilket gör att de kan motstå större rippelströmmar; den lägre ESL uppfyller de låginduktanskrav som växelriktare kräver och minskar oscillationseffekten vid switchfrekvenser.

Kvaliteten på filmdielektrikumet, kvaliteten på metalliseringsbeläggningen, kondensatorns design och tillverkningsprocessen avgör de metalliserade kondensatorernas självläkande egenskaper. Filmdielektrikumet som används för DC-länkkondensatorer tillverkas huvudsakligen av OPP-film.

Innehållet i kapitel 1.2 kommer att publiceras i nästa veckas artikel.