Bu hafta, DC bağlantı kapasitörlerinde elektrolitik kapasitörler yerine film kapasitörlerinin kullanımını analiz edeceğiz. Bu makale iki bölümden oluşacaktır.

Yeni enerji endüstrisinin gelişmesiyle birlikte, değişken akım teknolojisi yaygın olarak kullanılmakta ve DC-Link kapasitörleri, seçim için kilit cihazlardan biri olarak özellikle önem kazanmaktadır. DC filtrelerdeki DC-Link kapasitörleri genellikle büyük kapasite, yüksek akım işleme ve yüksek voltaj vb. gerektirir. Bu çalışma, film kapasitörleri ve elektrolitik kapasitörlerin özelliklerini karşılaştırarak ve ilgili uygulamaları analiz ederek, yüksek çalışma voltajı, yüksek dalgalanma akımı (Irms), aşırı voltaj gereksinimleri, voltaj ters çevrilmesi, yüksek ani akım (dV/dt) ve uzun ömür gerektiren devre tasarımlarında film kapasitörlerinin daha uygun olduğu sonucuna varmıştır. Metalize buhar biriktirme teknolojisi ve film kapasitör teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, film kapasitörleri gelecekte performans ve fiyat açısından elektrolitik kapasitörlerin yerini alacak bir trend haline gelecektir.

Çeşitli ülkelerde yeni enerji politikalarının uygulanması ve yeni enerji endüstrisinin gelişmesiyle birlikte, bu alandaki ilgili endüstrilerin gelişmesi yeni fırsatlar doğurmuştur. Ve temel bir yukarı akış ilgili ürün endüstrisi olan kapasitörler de yeni gelişme fırsatları elde etmiştir. Yeni enerji ve yeni enerji araçlarında, kapasitörler enerji kontrolü, güç yönetimi, güç invertörü ve DC-AC dönüştürme sistemlerinde, dönüştürücünün ömrünü belirleyen kilit bileşenlerdir. Bununla birlikte, invertörde giriş güç kaynağı olarak DC güç kullanılır ve bu güç, DC-Link veya DC destek olarak adlandırılan bir DC bara üzerinden invertöre bağlanır. İnvertör, DC-Link'ten yüksek RMS ve tepe darbe akımları aldığı için, DC-Link üzerinde yüksek darbe gerilimi üretir ve bu da invertörün dayanmasını zorlaştırır. Bu nedenle, DC-Link kapasitörü, DC-Link'ten gelen yüksek darbe akımını emmek ve invertörün yüksek darbe gerilimi dalgalanmasının kabul edilebilir aralıkta kalmasını sağlamak için gereklidir; diğer yandan, invertörlerin DC-Link üzerindeki gerilim aşımı ve geçici aşırı gerilimden etkilenmesini de önler.

Şekil 1 ve 2'de, yeni enerji (rüzgar enerjisi üretimi ve fotovoltaik enerji üretimi dahil) ve yeni enerji araç motor tahrik sistemlerinde DC-Link kapasitörlerinin kullanımına ilişkin şematik diyagramlar gösterilmektedir.

Şekil 1, C1'in DC-Link (genellikle modüle entegre), C2'nin IGBT absorpsiyonu, C3'ün LC filtreleme (şebeke tarafı) ve C4'ün rotor tarafı DV/DT filtreleme olduğu rüzgar enerjisi dönüştürücü devre topolojisini göstermektedir. Şekil 2, C1'in DC filtreleme, C2'nin EMI filtreleme, C4'ün DC-Link, C6'nın LC filtreleme (şebeke tarafı), C3'ün DC filtreleme ve C5'in IPM/IGBT absorpsiyonu olduğu PV güç dönüştürücü devre teknolojisini göstermektedir. Şekil 3, C3'ün DC-Link ve C4'ün IGBT absorpsiyon kapasitörü olduğu yeni enerji araç sistemindeki ana motor tahrik sistemini göstermektedir.

Yukarıda bahsedilen yeni enerji uygulamalarında, rüzgar enerjisi üretim sistemlerinde, fotovoltaik enerji üretim sistemlerinde ve yeni enerji araç sistemlerinde yüksek güvenilirlik ve uzun ömür için kilit bir cihaz olan DC-Link kapasitörlerine ihtiyaç duyulmaktadır; bu nedenle seçimleri özellikle önemlidir. Aşağıda, film kapasitörlerinin ve elektrolitik kapasitörlerin özelliklerinin karşılaştırılması ve DC-Link kapasitör uygulamalarındaki analizleri yer almaktadır.

1. Özellik karşılaştırması

1.1 Film kapasitörleri

Öncelikle film metalizasyon teknolojisinin prensibi tanıtılır: İnce film ortamının yüzeyine yeterince ince bir metal tabakası buharlaştırılır. Ortamda bir kusur olması durumunda, bu tabaka buharlaşarak kusurlu noktayı koruma altına alabilir; bu olaya kendi kendini onarma denir.

Şekil 4, metal kaplama prensibini göstermektedir; burada ince film ortamı, buharlaştırmadan önce ön işlemden geçirilir (korona veya başka bir işlem), böylece metal molekülleri ona yapışabilir. Metal, vakum altında yüksek sıcaklıkta çözünerek buharlaştırılır (alüminyum için 1400℃ ila 1600℃ ve çinko için 400℃ ila 600℃) ve metal buharı, soğutulmuş filmle (film soğutma sıcaklığı -25℃ ila -35℃) karşılaştığında filmin yüzeyinde yoğunlaşarak metal bir kaplama oluşturur. Metal kaplama teknolojisinin gelişmesi, birim kalınlık başına film dielektriğinin dielektrik dayanımını iyileştirmiştir ve kuru teknoloji ile darbe veya deşarj uygulaması için tasarlanan kapasitörler 500V/µm'ye, DC filtre uygulaması için tasarlanan kapasitörler ise 250V/µm'ye ulaşabilir. DC-Link kapasitör ikincisine aittir ve IEC61071'e göre güç elektroniği uygulamaları için kapasitörler daha şiddetli voltaj şokuna dayanabilir ve nominal voltajın 2 katına ulaşabilir.

Bu nedenle, kullanıcının yalnızca tasarımı için gerekli olan nominal çalışma voltajını dikkate alması gerekir. Metalize film kapasitörler düşük ESR'ye sahiptir, bu da daha büyük dalgalanma akımlarına dayanmalarını sağlar; daha düşük ESL, invertörlerin düşük endüktans tasarım gereksinimlerini karşılar ve anahtarlama frekanslarında salınım etkisini azaltır.

Metalize kapasitörlerin kendi kendini onarma özelliklerini belirleyen faktörler arasında film dielektriğinin kalitesi, metalizasyon kaplamasının kalitesi, kapasitör tasarımı ve üretim süreci yer almaktadır. DC-Link kapasitörlerinin üretiminde kullanılan film dielektriği esas olarak OPP filmidir.

1.2. bölümün içeriği gelecek haftaki makalede yayınlanacaktır.