车用高效ITBG模块的最佳伴侣-聚丙烯薄膜电容器

元器件信息   2022-11-17 10:13   327   0  

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薄膜电容器是以有机塑料薄膜做介质,以金属箔或金属化薄膜做电极,通过卷绕方式制成(叠片结构除外),其中以聚酯膜介质聚丙烯膜介质应用最广。

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薄膜电容将铝等金属箔当成电极和塑料薄膜重叠后卷绕在一起制成。

金属化薄膜电容在塑料薄膜上以真空蒸镀上一层很薄的金属以做为电极,然后卷绕制成。

省去电极箔的厚度,缩小电容器单位容量的体积,所以薄膜电容器较容易做成小型,容量大的电容 器。

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金属化膜电容的最大优点自愈特性。所谓自愈特性就是假如薄膜介质由于在某点存在缺陷以及在过电压作用下出现击穿短路,而击穿点的金属化层可在电弧作用下瞬间熔化蒸发而形成一个很小的无金属区,使电容的两个极片重新相互绝缘而仍能继续工作,因此极大提高了电容器工作的可靠性。

聚丙烯薄膜电容器的特点:

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1) 高频损耗极低,且在很宽的频率范围内损耗变化很小,适合高频电路使用

目前大部分的控制器开关频率在约10KHZ,这就要求产品的高频性能好。随着频率的升高,聚酯膜介质电容器的所测容量是随着频率的上升是逐步减少的,但聚丙烯膜介质电容器则基本不变。随着频率的上升聚丙烯介质电容器基本不变。

2) 绝缘电阻极高(IR10 MΩ);

3) 介电强度高,适合做成高压薄膜电容器。

为了提高输出功率,混合动力汽车和燃料电池汽车的母线电压有不断提高的趋势。现在市场上给电机提供的电池电压典型值有280V330V480V,与之匹配的电容不同厂家不太一样,但大体是会选择比如450V600V800V,容量从0.32mF2mF

4) 良好的温度特性,产品温度使用范围广,可以从-40-105

直流支撑薄膜电容器采用的高温聚丙烯薄膜,具有聚酯薄膜和电解电容没有的温度稳定性。随着温度的升高,聚丙烯膜电容器容量总体是下降的,但下降的比例是很小的,大概是300PPM/℃;

5) 没有极性,能承受反向电压

薄膜电容器的电极是蒸镀在薄膜上纳米级的金属,产品是没有极性的,故对使用者来说非常方便,不需要考虑正负极的问题。

6) ESR,通过耐纹波电流能力强

薄膜电容器大于200mA/μF,电解电容通过纹波电流能力为20mA/μF,这个特点能大大减小系统中所需要的电容器的容量。

7) ESL

逆变器的低电感设计要求其主要元件DC-Link电容器要有极其低的电感。高性能DC-Link直流滤波薄膜电容器通过把母线整合到电容器模块里,使它的自感降到最低(<30nH),大大减小了在必要开关频率下的震荡效应。因此,并联在DC-Link电容器上的吸收电容经常被省略掉,电容器电极直接接到IGBT上。

8) 抗浪涌电流能力强

能够承受瞬间的大电流,采用波浪分切的技术和电容镀膜加厚边技术,可以提高产品浪涌电流温度和机械冲击的能力。   

9) 使用寿命长

薄膜不易老化的特性决定了薄膜电容器优很长的寿命,特别在额定电压和额定使用温度下,使用寿命大于15000小时;如果按平均30Km/H,则在寿命期可以有450000Km,电容的寿命对于汽车的行驶里程是足够的。


聚丙烯薄膜电容器作为直流支撑电容的介绍及案例分享:

1.直流支撑电容定义:

直流支撑电容器,又称DC-Link电容器。属于无源器件的一种。

2.直流支撑电容作用:

1).在逆变电路中主要是对整流器的输出电压进行平滑滤波。

2).吸收来自于逆变器向“DC-Link”索取的高幅值脉动电流,阻止其在“DC-Link”的阻抗上产生高幅值脉动电压,使直流母线上的电压波动保持在允许范围。

3).防止来自于“DC-Link”的电压过冲和瞬时过电压对IGBT的影响。

3.直流支撑电容运用场合:

新能源行业:光伏逆变器、风电变流器等。

节能行业:高压变频器等。

电源行业:大型高频开关电源、不间断电源UPS、应急电源EPS、中频电源、直流稳压电源、电镀电源、化成电源等。

电能质量行业:动态同步无功补偿器SVG、有源电力滤波器APF等。

汽车行业:纯电动汽车、混合动力汽车等。

电力机车行业:机车牵引变流器、地铁、高铁、轻轨、有轨电车等。

 

聚丙烯薄膜电容的选择:

选择时主要考虑额定容量、允许容量的偏差、额定电压、最大电压、电池电压的波动范围、开关频率、纹波电流有效值、最大峰值电流、相间续流电流大小、电机额定功率、峰值功率、环境温度、最高工作温度、最高工作海拔、散热方式和寿命要求等指标。


汽车行业运用案例-爱普科斯的薄膜电容器用于新型IGBT模块的直流支撑电容器

电机,电池电机控制技术是新能源汽车的三大核心。电机控制技术的核心就是需要高效电机控制的逆变器技术,高效电机控制的逆变器技术则需要一个功能强大的IGBT模块和一个与之匹配的直流支撑电容器。

电动汽车中使用的电路设计有高电压、高有效值电流、有过压、有反向电压、有高峰值电流、同时还有长寿命的要求,薄膜电容无疑是电动汽车作为直流支撑电容的最佳选择。

以与英飞凌科技公司合作的定制产品为例进行说明

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该直流支撑电容器专为英飞凌科技公司HybridPACK™1-DC6 IGBT模块而设计,采用多触点结构,具备尺寸大小与IGBT模块精确匹配的六个母线端子。其优异的结构设计不仅提供了极佳的导电性能,还大大降低了寄生效应,如最大等效串联电阻为0.6 mΩ,等效串联电感仅为25 nH。由于元件的ESL值极低,IGBT关断所产生的电压尖峰几乎能完全消除。

该电容器的额定电压为450 V DC,电容值为600 µF。当该电容器的底部表面散热板温度是75 °C,环境温度为最大的105 °C,则最大连续工作电流是150 A。电容器元件针对性地采用了块状电力电容器 (PCC) 技术,通过采用层叠绕组形成电容器组,使其体积填充系数接近于1。电容器的外壳尺寸也较为紧凑,仅为140 mm x 72 mm x 50 mm

此外,该电容器还提供采用相同外壳的扁平绕组型号 (B25655P)。该型号电容值为470 µF,额定电压同样为450 V DC,等效串联电阻为0.8 mΩ,等效串联电感为25 nH。在最高105°C的环境温度和最低-75°C的冷凝温度条件下,其电流承载能力同样约为150 A

除标准型号外,EPCOS还可提供带连接爱普科斯高压直流EMC滤波器接口的电容器型号。总之,IGBT模块与新型链路电路电容器相结合实现了紧凑的逆变器结构,满足xEV或工业逆变器应用要求。

产品主要特点与优势

低等效串联电感,仅为25 nH

最小等效串联电阻仅为0.6 mΩ

尺寸紧凑,仅为140 mm x 72 mm x 50 mm

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