Een goed paard verdient een goed zadel! Om de voordelen van SiC-componenten volledig te benutten, is het ook nodig om het circuitsysteem te combineren met geschikte condensatoren. Van de hoofdaandrijving in elektrische voertuigen tot krachtige nieuwe energiescenario's zoals fotovoltaïsche omvormers, filmcondensatoren worden steeds gangbaarder en de markt heeft dringend behoefte aan producten met een goede prijs-prestatieverhouding.
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd. heeft onlangs DC-ondersteunende filmcondensatoren op de markt gebracht, die vier uitstekende voordelen bieden waardoor ze geschikt zijn voor de zevende generatie IGBT's van Infineon. Ze helpen ook bij het oplossen van de uitdagingen op het gebied van stabiliteit, betrouwbaarheid, miniaturisatie en kosten in SiC-systemen.
Filmcondensatoren worden in bijna 90% van de hoofdaandrijvingstoepassingen toegepast. Waarom zijn SiC- en IGBT-condensatoren dan toch zo belangrijk?
De afgelopen jaren is de vraag naar DC-linkcondensatoren sterk toegenomen door de snelle ontwikkeling van nieuwe energie-industrieën zoals energieopslag, laadsystemen en elektrische voertuigen (EV's). Simpel gezegd fungeren DC-linkcondensatoren als buffers in circuits, waarbij ze hoge pulsstromen van de buszijde absorberen en de busspanning afvlakken. Op deze manier beschermen ze IGBT- en SiC MOSFET-schakelaars tegen hoge pulsstromen en transiënte spanningsschommelingen.
Aluminium elektrolytische condensatoren worden doorgaans gebruikt in gelijkstroomondersteunende toepassingen. Echter, nu de busspanning van elektrische voertuigen stijgt van 400V naar 800V en fotovoltaïsche systemen oplopen tot 1500V en zelfs 2000V, neemt de vraag naar filmcondensatoren aanzienlijk toe.
Uit gegevens blijkt dat in 2022 de geïnstalleerde capaciteit van omvormers voor elektrische aandrijvingen op basis van DC-Link-foliecondensatoren 5,1117 miljoen stuks bedroeg, goed voor 88,7% van de totale geïnstalleerde capaciteit van elektronische besturingen. Toonaangevende bedrijven in de elektronische besturing, zoals Fudi Power, Tesla, Inovance Technology, Nidec en Wiran Power, gebruiken allemaal DC-Link-foliecondensatoren in hun omvormers, met een gezamenlijk geïnstalleerd capaciteitsaandeel van maar liefst 82,9%. Dit wijst erop dat foliecondensatoren elektrolytische condensatoren hebben vervangen als de meest gangbare technologie in de markt voor elektrische aandrijvingen.
Dit komt doordat de maximale spanningsweerstand van aluminium elektrolytische condensatoren ongeveer 630V bedraagt. Bij hoogspannings- en hoogvermogenstoepassingen boven de 700V moeten meerdere elektrolytische condensatoren in serie en parallel worden geschakeld om aan de gebruikseisen te voldoen. Dit brengt echter extra energieverlies, hogere materiaalkosten en betrouwbaarheidsproblemen met zich mee.
Een onderzoekspaper van de Universiteit van Maleisië geeft aan dat elektrolytische condensatoren doorgaans worden gebruikt in de DC-link van silicium IGBT-halfbrugomvormers, maar dat er spanningspieken kunnen optreden als gevolg van de hoge equivalente serieweerstand (ESR) van elektrolytische condensatoren. In vergelijking met op silicium gebaseerde IGBT-oplossingen hebben SiC MOSFET's hogere schakelfrequenties, wat resulteert in grotere spanningspieken in de DC-link van halfbrugomvormers. Dit kan leiden tot prestatievermindering of zelfs schade aan het apparaat, aangezien de resonantiefrequentie van elektrolytische condensatoren slechts 4 kHz bedraagt, wat onvoldoende is om de stroomrimpel van SiC MOSFET-omvormers te absorberen.
Daarom worden in DC-toepassingen met hogere betrouwbaarheidseisen, zoals omvormers voor elektrische aandrijvingen en fotovoltaïsche omvormers, doorgaans filmcondensatoren gekozen. In vergelijking met aluminium elektrolytische condensatoren bieden ze prestatievoordelen zoals een hogere spanningsbestendigheid, een lagere ESR, geen polariteitsafhankelijkheid, stabielere prestaties en een langere levensduur. Dit maakt een betrouwbaarder systeemontwerp met een sterkere rimpelbestendigheid mogelijk.
Bovendien kan het gebruik van filmcondensatoren in het systeem herhaaldelijk profiteren van de voordelen van SiC MOSFETs op het gebied van hoge frequenties en lage verliezen, waardoor de omvang en het gewicht van passieve componenten (spoelen, transformatoren, condensatoren) in het systeem aanzienlijk worden verminderd. Volgens onderzoek van Wolfspeed heeft een 10 kW silicium-gebaseerde IGBT-omvormer 22 aluminium elektrolytische condensatoren nodig, terwijl een 40 kW SiC-omvormer slechts 8 filmcondensatoren nodig heeft, wat het printplaatoppervlak sterk reduceert.
YMIN introduceert nieuwe filmcondensatoren met vier belangrijke voordelen ter ondersteuning van de nieuwe energie-industrie.
Om aan de dringende marktvraag te voldoen, heeft YMIN onlangs de MDP- en MDR-serie DC-ondersteunende filmcondensatoren gelanceerd. Dankzij geavanceerde productieprocessen en hoogwaardige materialen zijn deze condensatoren perfect compatibel met de operationele vereisten van SiC MOSFETs en op silicium gebaseerde IGBT's van wereldwijde marktleiders in vermogenshalfgeleiders zoals Infineon.
De filmcondensatoren uit de MDP- en MDR-serie van YMIN hebben een aantal opvallende kenmerken: een lagere equivalente serieweerstand (ESR), een hogere nominale spanning, een lagere lekstroom en een hogere temperatuurstabiliteit.
Ten eerste hebben de filmcondensatoren van YMIN een lage ESR-waarde, waardoor de spanningsbelasting tijdens het schakelen van SiC MOSFET's en siliciumgebaseerde IGBT's effectief wordt verminderd. Dit minimaliseert condensatorverliezen en verbetert de algehele systeemefficiëntie. Bovendien hebben deze condensatoren een hogere nominale spanning, waardoor ze bestand zijn tegen hogere spanningen en een stabiele werking van het systeem garanderen.
De MDP- en MDR-serie filmcondensatoren van YMIN bieden capaciteitsbereiken van respectievelijk 5 µF-150 µF en 50 µF-3000 µF, en spanningsbereiken van respectievelijk 350 V-1500 V en 350 V-2200 V.
Ten tweede hebben de nieuwste filmcondensatoren van YMIN een lagere lekstroom en een hogere temperatuurstabiliteit. In de elektronische besturingssystemen van elektrische voertuigen, die doorgaans een hoog vermogen hebben, kan de resulterende warmteontwikkeling de levensduur en betrouwbaarheid van filmcondensatoren aanzienlijk beïnvloeden. Om dit probleem aan te pakken, maken de MDP- en MDR-series van YMIN gebruik van hoogwaardige materialen en geavanceerde productietechnieken om een verbeterde thermische structuur voor de condensatoren te ontwerpen. Dit garandeert stabiele prestaties, zelfs in omgevingen met hoge temperaturen, waardoor de waarde van de condensator daalt of deze uitvalt als gevolg van temperatuurstijging. Bovendien hebben deze condensatoren een langere levensduur, wat een betrouwbaardere ondersteuning biedt voor vermogenselektronica.
Ten derde kenmerken de MDP- en MDR-serie condensatoren van YMIN zich door een kleiner formaat en een hogere vermogensdichtheid. In bijvoorbeeld 800V elektrische aandrijfsystemen is de trend om SiC-componenten te gebruiken om de afmetingen van condensatoren en andere passieve componenten te verkleinen, waardoor miniaturisatie van elektronische besturingen wordt bevorderd. YMIN heeft innovatieve filmproductietechnologie toegepast, die niet alleen de algehele systeemintegratie en efficiëntie verhoogt, maar ook de systeemgrootte en het gewicht reduceert, waardoor de draagbaarheid en flexibiliteit van de apparaten worden verbeterd.
Over het algemeen biedt de DC-Link filmcondensatorserie van YMIN een 30% betere dv/dt-bestendigheid en een 30% langere levensduur in vergelijking met andere filmcondensatoren op de markt. Dit zorgt niet alleen voor een betere betrouwbaarheid van SiC/IGBT-circuits, maar biedt ook een betere kosteneffectiviteit, waardoor de prijsbarrières voor de wijdverspreide toepassing van filmcondensatoren worden weggenomen.
Als pionier in de sector is YMIN al meer dan 20 jaar nauw betrokken bij de condensatortechnologie. De hoogspanningscondensatoren van YMIN worden al jarenlang stabiel toegepast in hoogwaardige toepassingen zoals boordcomputers (OBC's), laadpalen voor nieuwe energie, fotovoltaïsche omvormers en industriële robots. Deze nieuwe generatie filmcondensatoren biedt oplossingen voor diverse uitdagingen op het gebied van procescontrole en apparatuur in de productie van filmcondensatoren. De producten zijn gecertificeerd door toonaangevende wereldwijde bedrijven en worden op grote schaal toegepast, waarmee de betrouwbaarheid ervan voor een grotere klantenkring is bewezen. In de toekomst zal YMIN haar jarenlange technische expertise inzetten om de snelle ontwikkeling van de nieuwe energiesector te ondersteunen met zeer betrouwbare en kosteneffectieve condensatorproducten.
Voor meer informatie kunt u terecht opwww.ymin.cn.
Geplaatst op: 7 juli 2024