Η χρήση ηλιακών συλλεκτών και ηλεκτρικών οχημάτων (EV) συνεχίζει να αυξάνεται. Το σύστημά τους τροφοδοσίας βασίζεται σε μετατροπείς DC/DC και μετατροπείς DC/AC, που απαιτούν πυκνωτές για τη μείωση των κυματισμών χαμηλής συχνότητας, για φιλτράρισμα εξαρτημάτων υψηλής συχνότητας που προκαλούν ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) και απορροφούν ρεύματα μεταβατικού φορτίου για να αποτρέψουν αυτούς τους παράγοντες από το να επηρεάσουν την κύρια πλευρά του τροφοδοτικού. Οι πυκνωτές που χρησιμοποιούνται σε τέτοιες εφαρμογές ισχύος πρέπει να είναι αξιόπιστοι, συμπαγείς, ελαφροί, να έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής και καλή απόδοση υψηλής συχνότητας.
Αν και οι πυκνωτές λεπτής μεμβράνης είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι για αυτές τις εφαρμογές ισχύος, οι σχεδιαστές πρέπει να κατανοήσουν τη δομή και τα χαρακτηριστικά τους για να κάνουν τις σωστές επιλογές.
Αυτό το άρθρο θα παρουσιάσει εν συντομία τους πυκνωτές λεπτής μεμβράνης. Στη συνέχεια, λαμβάνοντας ως παράδειγμα τα προϊόντα της Eaton Electronics Division, συζητήστε πώς να επιλέξετε και να χρησιμοποιήσετε πυκνωτές λεπτής μεμβράνης για εφαρμογές ισχύος.
πυκνωτής φιλμ
Όπως όλοι οι πυκνωτές, οι πυκνωτές φιλμ αποτελούνται από δύο αγώγιμες πλάκες που χωρίζονται από ένα μονωτικό μέσο που αποτελείται από ένα στρώμα πλαστικής μεμβράνης. Η πλαστική μεμβράνη είναι συνήθως κατασκευασμένη από πολυπροπυλένιο και είναι ένα μέσο χαμηλής απώλειας, υψηλής αντοχής (Εικόνα 1). Μια αγώγιμη πλάκα είναι ένα λεπτό μεταλλικό φύλλο ή ένα λεπτό μεταλλικό στρώμα που εναποτίθεται σε ένα διηλεκτρικό. Τυλίξτε μεταλλικό φύλλο και φιλμ γύρω από τον άξονα του πυρήνα, συνδέστε τα καλώδια και, στη συνέχεια, εγκλείστε τον πυκνωτή σε ένα πλαστικό περίβλημα και σφραγίστε τον με εποξειδική ρητίνη για να τον προστατέψετε από τις περιβαλλοντικές επιδράσεις.
Το εικονιζόμενο είναι ένας πυκνωτής λεπτής μεμβράνης που αποτελείται από έναν τυλιγμένο άξονα πυρήνα που περιέχει εναλλασσόμενα μεταλλικά στρώματα και διηλεκτρικά στρώματα
Σχήμα 1: Ένας πυκνωτής λεπτής μεμβράνης αποτελείται από έναν άξονα τυλιγμένου πυρήνα που περιέχει εναλλασσόμενα μεταλλικά και διηλεκτρικά στρώματα, σφραγισμένο σε ένα προστατευτικό πλαστικό περίβλημα. (Πηγή εικόνας: Eaton Electronics Division, τροποποιημένη από την Art Pini)
Αν και η ενεργειακή πυκνότητα των πυκνωτών λεπτής μεμβράνης είναι σχετικά χαμηλή, έχουν υψηλή πυκνότητα χωρητικότητας και άλλα χαρακτηριστικά. Πρώτον, οι πυκνωτές λεπτής μεμβράνης δεν έχουν πολικότητα και είναι κατάλληλοι για κυκλώματα AC και DC. Σε σύγκριση με πυκνωτές που χρησιμοποιούν υγρούς ή ημιυγρούς ηλεκτρολύτες, το ξηρό στερεό διηλεκτρικό πυκνωτών λεπτής μεμβράνης έχει υψηλότερη αξιοπιστία, σταθερή τιμή χωρητικότητας και εξαιρετική σταθερότητα θερμοκρασίας. Η κατώτερη ισοδύναμη σειρά αυτεπαγωγής (ESL) και η αντίσταση ισοδύναμης σειράς (ESR) εξασφαλίζουν αποτελεσματικό χειρισμό των ρευμάτων υψηλών κυματισμών, καθιστώντας τους πυκνωτές λεπτής μεμβράνης εξαιρετικά κατάλληλους για εφαρμογές υψηλής συχνότητας. Το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό των πυκνωτών λεπτής μεμβράνης μπορεί να είναι η ικανότητα αυτοθεραπείας τους. Εάν συμβεί διηλεκτρική βλάβη, θα δημιουργηθεί ένα τοπικό hot spot, προκαλώντας την εξάτμιση των παρακείμενων μετάλλων και το σχηματισμό μιας μη αγώγιμης οπής, αλλά ο πυκνωτής μπορεί να λειτουργεί κανονικά, παρατείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής του.
πυκνωτής φιλμ
Οι πυκνωτές λεπτής μεμβράνης έχουν σχεδιαστεί για συγκεκριμένες εφαρμογές, με κοινούς τύπους όπως ασφάλεια, σύνδεση DC, φίλτρο AC και παλμικό. Οι πυκνωτές ασφαλούς φιλμ χρησιμοποιούνται για τη μείωση της αγώγιμης ακτινοβολίας σε εφαρμογές φιλτραρίσματος γραμμής AC. Πολλά διεθνή πρότυπα ασφαλείας καθορίζουν απαιτήσεις για τη διεξαγωγή EMI. Εξετάστε το ενδεχόμενο να εξοπλίσετε τα ηλεκτρικά οχήματα με φορτιστή DC που τροφοδοτείται μέσω κυκλώματος. Στους σταθμούς γρήγορης φόρτισης DC, το φιλτράρισμα EMI κοινής λειτουργίας και διαφορικής λειτουργίας μέσω πυκνωτών μπορεί να παρέχει μια διαδρομή χαμηλής σύνθετης αντίστασης για την εκτροπή των σημάτων θορύβου, επιτυγχάνοντας παράλληλα τη χαμηλότερη απαγωγή ισχύος.
Η καταστολή του EMI επιτυγχάνεται μέσω ενός φίλτρου γραμμής, το οποίο περιλαμβάνει έναν πυκνωτή λεπτής μεμβράνης μεταξύ της γραμμής ισχύος και της τροφοδοσίας μεταγωγής (Εικόνα 2).