En bra häst förtjänar en bra sadel! För att fullt ut kunna utnyttja fördelarna med SiC-komponenter är det också nödvändigt att para ihop kretssystemet med lämpliga kondensatorer. Från huvuddrivningen i elfordon till nya högpresterande energiscenarier som solcellsväxelriktare, blir filmkondensatorer gradvis vanliga, och marknaden behöver snarast högpresterande produkter.
Nyligen lanserade Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd. DC-stödfilmskondensatorer, vilka har fyra enastående fördelar som gör dem lämpliga för Infineons sjunde generationens IGBT:er. De hjälper också till att hantera utmaningarna med stabilitet, tillförlitlighet, miniatyrisering och kostnad i SiC-system.
Filmkondensatorer uppnår nästan 90 % penetration i huvuddriftsapplikationer. Varför behöver SiC och IGBT dem?
Under senare år, med den snabba utvecklingen av nya energiindustrier som energilagring, laddning och elfordon (EV), har efterfrågan på DC-länkkondensatorer ökat snabbt. Enkelt uttryckt fungerar DC-länkkondensatorer som buffertar i kretsar, absorberar höga pulsströmmar från bussänden och jämnar ut bussspänningen, vilket skyddar IGBT- och SiC MOSFET-switchar från höga pulsströmmar och transienta spänningspåverkan.
Vanligtvis används elektrolytkondensatorer av aluminium i likströmsapplikationer. Men med busspänningen för nya energifordon som ökar från 400 V till 800 V och solcellssystem som rör sig mot 1500 V och till och med 2000 V ökar efterfrågan på filmkondensatorer avsevärt.
Data visar att den installerade kapaciteten för elektriska drivomformare baserade på DC-Link-filmkondensatorer uppgick till 5,1117 miljoner enheter år 2022, vilket motsvarar 88,7 % av den totala installerade kapaciteten för elektroniska styrenheter. Ledande företag inom elektronisk styrning som Fudi Power, Tesla, Inovance Technology, Nidec och Wiran Power använder alla DC-Link-filmkondensatorer i sina drivomformare, med en kombinerad installerad kapacitetsgrad på upp till 82,9 %. Detta indikerar att filmkondensatorer har ersatt elektrolytkondensatorer som mainstream på marknaden för elektriska drivenheter.
Detta beror på att den maximala spänningsresistansen för elektrolytkondensatorer av aluminium är cirka 630 V. I högspännings- och högeffektsapplikationer över 700 V måste flera elektrolytkondensatorer anslutas i serie och parallellt för att uppfylla användningskraven, vilket medför ytterligare energiförluster, materialkostnad och tillförlitlighetsproblem.
En forskningsartikel från University of Malaysia visar att elektrolytkondensatorer vanligtvis används i DC-länken hos kisel-IGBT-halvbryggväxelriktare, men spänningstoppar kan uppstå på grund av det höga ekvivalenta serieresistansen (ESR) hos elektrolytkondensatorer. Jämfört med kiselbaserade IGBT-lösningar har SiC MOSFET-transistorer högre switchfrekvenser, vilket resulterar i högre spänningstoppamplituder i DC-länken hos halvbryggväxelriktare. Detta kan leda till försämrad prestanda eller till och med skador på enheten, eftersom resonansfrekvensen hos elektrolytkondensatorer bara är 4 kHz, vilket är otillräckligt för att absorbera strömrippeln hos SiC MOSFET-växelriktare.
Därför väljs vanligtvis filmkondensatorer i likströmstillämpningar med högre tillförlitlighetskrav, såsom elektriska drivomformare och solcellsväxelriktare. Jämfört med elektrolytkondensatorer i aluminium inkluderar deras prestandafördelar högre spänningsmotstånd, lägre ESR, ingen polaritet, mer stabil prestanda och längre livslängd, vilket möjliggör en mer tillförlitlig systemdesign med starkare rippelmotstånd.
Dessutom kan användning av filmkondensatorer i systemet upprepade gånger utnyttja fördelarna med högfrekventa och låga förluster hos SiC MOSFET:er, vilket avsevärt minskar storleken och vikten på passiva komponenter (induktorer, transformatorer, kondensatorer) i systemet. Enligt Wolfspeed-forskning kräver en 10 kW kiselbaserad IGBT-växelriktare 22 aluminiumelektrolytkondensatorer, medan en 40 kW SiC-växelriktare bara behöver 8 filmkondensatorer, vilket avsevärt minskar kretskortsytan.
YMIN lanserar nya filmkondensatorer med fyra stora fördelar för att stödja den nya energiindustrin
För att möta brådskande marknadskrav har YMIN nyligen lanserat MDP- och MDR-serien av DC-stödfilmskondensatorer. Genom att använda avancerade tillverkningsprocesser och högkvalitativa material är dessa kondensatorer perfekt kompatibla med driftskraven för SiC MOSFET:er och kiselbaserade IGBT:er från globala ledande krafthalvledare som Infineon.
YMINs filmkondensatorer i MDP- och MDR-serien har flera anmärkningsvärda egenskaper: lägre ekvivalent serieresistans (ESR), högre märkspänning, lägre läckström och högre temperaturstabilitet.
För det första har YMINs filmkondensatorer en låg ESR-design, vilket effektivt minskar spänningsbelastningen vid omkoppling av SiC MOSFET och kiselbaserade IGBT, vilket minimerar kondensatorförluster och förbättrar den totala systemeffektiviteten. Dessutom har dessa kondensatorer en högre märkspänning, vilket gör dem kapabla att motstå högre spänningsförhållanden och säkerställa stabil systemdrift.
MDP- och MDR-serien av YMIN-filmkondensatorer erbjuder kapacitansområden på 5uF–150uF och 50uF–3000uF, och spänningsområden på 350V–1500V respektive 350V–2200V.
För det andra har YMINs senaste filmkondensatorer lägre läckström och högre temperaturstabilitet. När det gäller elektroniska styrsystem för elektriska fordon, som vanligtvis har hög effekt, kan den resulterande värmegenereringen avsevärt påverka filmkondensatorernas livslängd och tillförlitlighet. För att hantera detta använder YMINs MDP- och MDR-serier högkvalitativa material och avancerade tillverkningstekniker för att utforma en förbättrad termisk struktur för kondensatorerna. Detta säkerställer stabil prestanda även i högtemperaturmiljöer, vilket förhindrar värdeförsämring eller fel på grund av temperaturökning. Dessutom har dessa kondensatorer en längre livslängd, vilket ger ett mer tillförlitligt stöd för kraftelektroniska system.
För det tredje har MDP- och MDR-seriens kondensatorer från YMIN en mindre storlek och högre effekttäthet. Till exempel, i 800V elektriska drivsystem är trenden att använda SiC-komponenter för att minska storleken på kondensatorer och andra passiva komponenter, vilket främjar miniatyrisering av elektroniska kontroller. YMIN har använt innovativ filmtillverkningsteknik, vilket inte bara ökar den övergripande systemintegrationen och effektiviteten utan också minskar systemets storlek och vikt, vilket förbättrar enheternas portabilitet och flexibilitet.
Sammantaget erbjuder YMINs DC-Link-filmkondensatorserie en 30 % förbättring av dv/dt-hållfastheten och en 30 % ökning av livslängden jämfört med andra filmkondensatorer på marknaden. Detta ger inte bara bättre tillförlitlighet för SiC/IGBT-kretsar utan erbjuder också bättre kostnadseffektivitet och övervinner prisbarriärerna vid den utbredda tillämpningen av filmkondensatorer.
Som en branschpionjär har YMIN varit djupt engagerade inom kondensatorområdet i över 20 år. Deras högspänningskondensatorer har stabilt använts inom avancerade områden som inbyggda OBC, nya energiladdningsstavar, solcellsväxelriktare och industrirobotar i många år. Denna nya generation av filmkondensatorprodukter löser olika utmaningar inom processkontroll och utrustning för produktion av filmkondensatorer, har slutfört tillförlitlighetscertifiering med ledande globala företag och uppnått storskalig tillämpning, vilket bevisar produktens tillförlitlighet för större kunder. I framtiden kommer YMIN att utnyttja sin långsiktiga tekniska ackumulering för att stödja den snabba utvecklingen av den nya energiindustrin med högtillförlitliga och kostnadseffektiva kondensatorprodukter.
För mer information, besökwww.ymin.cn.
Publiceringstid: 7 juli 2024