Wykorzystanie paneli słonecznych i pojazdów elektrycznych (EV) stale rośnie. Ich system zasilania opiera się na przetwornicach DC/DC i falownikach DC/AC, wymagających kondensatorów w celu zmniejszenia tętnienia o niskiej częstotliwości, filtrowania komponentów o wysokiej częstotliwości, które powodują zakłócenia elektromagnetyczne (EMI) i pochłaniania przejściowych prądów obciążenia, aby zapobiec wpływowi tych czynników na pierwotną stronę zasilacza. Kondensatory stosowane w takich zastosowaniach energetycznych muszą być niezawodne, kompaktowe, lekkie, mieć długą żywotność i dobrą wydajność przy wysokich częstotliwościach.
Chociaż kondensatory cienkowarstwowe doskonale nadają się do tych zastosowań energetycznych, projektanci muszą zrozumieć ich strukturę i cechy, aby dokonać właściwego wyboru.
W tym artykule pokrótce przedstawimy kondensatory cienkowarstwowe. Następnie, biorąc za przykład produkty Eaton Electronics Division, omów sposób doboru i wykorzystania kondensatorów cienkowarstwowych do zastosowań energetycznych.
kondensator foliowy
Podobnie jak wszystkie kondensatory, kondensatory foliowe składają się z dwóch płytek przewodzących oddzielonych środkiem izolacyjnym składającym się z warstwy folii z tworzywa sztucznego. Folia z tworzywa sztucznego jest zwykle wykonana z polipropylenu i jest nośnikiem o niskiej stracie i dużej wytrzymałości (rysunek 1). Płyta przewodząca to cienka folia metalowa lub cienka warstwa metalu osadzona na dielektryku. Owiń wał rdzenia folią metalową i folią, podłącz przewody, a następnie zamknij kondensator w plastikowej obudowie i uszczelnij żywicą epoksydową, aby chronić go przed wpływami środowiska.
Pokazano kondensator cienkowarstwowy składający się z uzwojonego wału rdzeniowego zawierającego naprzemienne warstwy metalu i warstwy dielektryczne
Rysunek 1: Kondensator cienkowarstwowy składa się z uzwojonego rdzenia zawierającego naprzemienne warstwy metalu i dielektryka, zamkniętych w ochronnej obudowie z tworzywa sztucznego. (Źródło obrazu: Dział Elektroniki Eaton, zmodyfikowane przez Art Pini)
Chociaż gęstość energii kondensatorów cienkowarstwowych jest stosunkowo niska, mają one wysoką gęstość pojemności i inne cechy. Po pierwsze, kondensatory cienkowarstwowe nie mają polaryzacji i nadają się zarówno do obwodów prądu przemiennego, jak i stałego. W porównaniu z kondensatorami wykorzystującymi elektrolity ciekłe lub półpłynne, suchy stały dielektryk kondensatorów cienkowarstwowych charakteryzuje się wyższą niezawodnością, stabilną wartością pojemności i doskonałą stabilnością temperaturową. Niższa zastępcza indukcyjność szeregowa (ESL) i równoważna rezystancja szeregowa (ESR) zapewniają efektywną obsługę wysokich prądów tętniących, dzięki czemu kondensatory cienkowarstwowe doskonale nadają się do zastosowań o wysokiej częstotliwości. Największą cechą kondensatorów cienkowarstwowych może być ich zdolność do samonaprawy. Jeśli nastąpi przebicie dielektryka, zostanie wygenerowany lokalny gorący punkt, powodujący odparowanie sąsiadujących metali i utworzenie nieprzewodzącej dziury, ale kondensator może nadal normalnie funkcjonować, wydłużając w ten sposób jego żywotność.
kondensator foliowy
Kondensatory cienkowarstwowe są przeznaczone do określonych zastosowań, a typowe typy obejmują bezpieczeństwo, obwód DC, filtr AC i impulsy. Bezpieczne kondensatory foliowe służą do redukcji promieniowania przewodzonego w zastosowaniach związanych z filtrowaniem linii prądu przemiennego. Wiele międzynarodowych norm bezpieczeństwa określa wymagania dotyczące przewodzenia zakłóceń elektromagnetycznych. Rozważ wyposażenie pojazdów elektrycznych w ładowarkę prądu stałego zasilaną z obwodu. W stacjach szybkiego ładowania prądem stałym filtrowanie zakłóceń EMI w trybie wspólnym i różnicowym przez kondensatory może zapewnić ścieżkę o niskiej impedancji dla odwracania sygnałów szumu przy jednoczesnym osiągnięciu najniższego rozproszenia mocy.
Tłumienie zakłóceń elektromagnetycznych osiąga się poprzez filtr liniowy, który zawiera kondensator cienkowarstwowy pomiędzy linią zasilania a zasilaczem impulsowym (rysunek 2).