Цього тижня ми продовжуємо статтю минулого тижня.

1.2 Електролітичні конденсатори

Діелектриком, який використовується в електролітичних конденсаторах, є оксид алюмінію, утворений корозією алюмінію, з діелектричною проникністю від 8 до 8,5 і робочою електричною міцністю приблизно 0,07 В/А (1 мкм = 10000 А).Однак досягти такої товщини не вдається.Товщина алюмінієвого шару зменшує коефіцієнт ємності (питому ємність) електролітичних конденсаторів, оскільки алюмінієва фольга має бути витравлена, щоб утворити плівку оксиду алюмінію, щоб отримати хороші характеристики зберігання енергії, і поверхня утворює багато нерівних поверхонь.З іншого боку, питомий опір електроліту становить 150 Ом см для низької напруги і 5 кОм см для високої напруги (500 В).Вищий питомий опір електроліту обмежує середньоквадратичний струм, який може витримати електролітичний конденсатор, зазвичай до 20 мА/мкФ.

З цих причин електролітичні конденсатори розраховані на максимальну типову напругу 450 В (деякі окремі виробники проектують на 600 В).Отже, щоб отримати більш високі напруги, необхідно досягти їх шляхом послідовного з'єднання конденсаторів.Однак через різницю в опорі ізоляції кожного електролітичного конденсатора до кожного конденсатора необхідно приєднати резистор, щоб збалансувати напругу кожного послідовно з’єднаного конденсатора.Крім того, електролітичні конденсатори є поляризованими пристроями, і коли прикладена зворотна напруга перевищує 1,5 Un, відбувається електрохімічна реакція.Коли прикладена зворотна напруга є достатньо довгою, конденсатор вилиється.Щоб уникнути цього явища, під час використання кожного конденсатора слід підключати діод.Крім того, стійкість електролітичних конденсаторів до стрибків напруги, як правило, становить 1,15 Un, а хороші можуть досягати 1,2 Un.Таким чином, розробники повинні враховувати не тільки робочу напругу в стаціонарному стані, а й стрибок напруги при їх використанні.У підсумку, можна намалювати наступну порівняльну таблицю між плівковими конденсаторами та електролітичними конденсаторами, див. рис.1.

2. Аналіз програми

Конденсатори DC-Link як фільтри вимагають конструкції з високим струмом і високою ємністю.Прикладом є головна система приводу двигуна автомобіля з новою енергією, як зазначено на рис.3.У цьому застосуванні конденсатор відіграє роль розв’язки, а схема має високий робочий струм.Плівковий конденсатор DC-Link має перевагу в тому, що здатний витримувати великі робочі струми (Irms).Візьмемо для прикладу параметри нового транспортного засобу потужністю 50~60 кВт, параметри такі: робоча напруга 330 В постійного струму, пульсаційна напруга 10 В (середньоквадратичне значення), пульсаційний струм 150 Армс при 10 КГц.

Тоді мінімальна електрична потужність розраховується як:

Це легко реалізувати для конструкції плівкового конденсатора.Припускаючи, що використовуються електролітичні конденсатори, якщо враховується 20 мА/мкФ, мінімальна ємність електролітичних конденсаторів розраховується таким чином, щоб відповідати наведеним вище параметрам:

Для цього потрібно паралельно з’єднати кілька електролітичних конденсаторів, щоб отримати таку ємність.

У системах із підвищеною напругою, таких як легка залізниця, електробус, метро тощо. Враховуючи, що ці джерела живлення підключено до пантографа локомотива через пантограф, контакт між пантографом і пантографом є ​​переривчастим під час транспортування.Коли вони не контактують, джерело живлення підтримується чорнильним конденсатором DC-L, а коли контакт відновлюється, генерується перенапруга.Найгірший випадок – це повний розряд конденсатора DC-Link у від’єднаному стані, де напруга розряду дорівнює напрузі пантографа, а коли контакт відновлюється, результуюча перенапруга майже вдвічі перевищує номінальну робочу Un.Для плівкових конденсаторів конденсатор DC-Link можна використовувати без додаткового розгляду.Якщо використовуються електролітичні конденсатори, перенапруга становить 1,2Un.Візьмемо для прикладу метро Шанхая.Un=1500 В постійного струму, для електролітичного конденсатора напруга має бути:

Потім слід з’єднати послідовно шість конденсаторів на 450 В.Якщо конструкція плівкового конденсатора використовується при напрузі від 600 до 2000 В постійного струму або навіть 3000 В постійного струму, легко досягти.Крім того, енергія у разі повного розряду конденсатора утворює розряд короткого замикання між двома електродами, створюючи великий пусковий струм через конденсатор DC-Link, який зазвичай відрізняється для електролітичних конденсаторів, щоб відповідати вимогам.

Крім того, у порівнянні з електролітичними конденсаторами плівкові конденсатори DC-Link можуть бути розроблені для досягнення дуже низького ESR (зазвичай нижче 10 мОм і навіть нижче <1 мОм) і власної індуктивності LS (зазвичай нижче 100 нГн, а в деяких випадках нижче 10 або 20 нГн). .Це дозволяє встановлювати плівковий конденсатор DC-Link безпосередньо в модуль IGBT, що дозволяє інтегрувати шину в плівковий конденсатор DC-Link, таким чином усуваючи потребу в спеціальному поглинаючому конденсаторі IGBT при використанні плівкових конденсаторів, заощаджуючи дизайнеру значну суму грошей.Рис.2.і 3 показують технічні характеристики деяких продуктів C3A та C3B.

3. Висновок

На початку конденсатори DC-Link були переважно електролітичними через міркування щодо вартості та розміру.

Однак на електролітичні конденсатори впливає здатність витримувати напругу та струм (набагато вищий ESR порівняно з плівковими конденсаторами), тому необхідно з’єднати кілька електролітичних конденсаторів послідовно та паралельно, щоб отримати велику ємність і відповідати вимогам використання високої напруги.Крім того, враховуючи випаровування матеріалу електроліту, його слід регулярно замінювати.Нові енергоспоживання зазвичай вимагають терміну служби виробу 15 років, тому його необхідно замінити 2-3 рази протягом цього періоду.Таким чином, післяпродажне обслуговування всієї машини викликає значні витрати та незручності.З розвитком технології металізаційного покриття та технології плівкових конденсаторів стало можливим виробляти фільтруючі конденсатори постійного струму високої ємності з напругою від 450 В до 1200 В або навіть вище з ультратонкої плівки OPP (найтонша 2,7 мкм, навіть 2,4 мкм), використовуючи технологія випаровування безпечної плівки.З іншого боку, інтеграція конденсаторів DC-Link із шиною робить конструкцію інверторного модуля більш компактною та значно зменшує паразитну індуктивність схеми для оптимізації схеми.