Un buon cavallo merita una buona sella! Per sfruttare appieno i vantaggi dei dispositivi SiC, è inoltre necessario abbinare il sistema circuitale a condensatori adeguati. Dal controllo della trasmissione principale nei veicoli elettrici ai nuovi scenari energetici ad alta potenza come gli inverter fotovoltaici, i condensatori a film stanno gradualmente diventando mainstream e il mercato necessita urgentemente di prodotti ad alto rapporto costo-prestazioni.
Di recente, Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd. ha lanciato condensatori a film con supporto in corrente continua (DC), che presentano quattro eccezionali vantaggi che li rendono adatti agli IGBT di settima generazione di Infineon. Contribuiscono inoltre ad affrontare le sfide di stabilità, affidabilità, miniaturizzazione e costi dei sistemi SiC.
I condensatori a film raggiungono una penetrazione di quasi il 90% nelle applicazioni di azionamento principale. Perché SiC e IGBT ne hanno bisogno?
Negli ultimi anni, con il rapido sviluppo di nuovi settori energetici come l'accumulo di energia, la ricarica e i veicoli elettrici (EV), la domanda di condensatori DC-Link è aumentata rapidamente. In parole povere, i condensatori DC-Link fungono da buffer nei circuiti, assorbendo elevate correnti impulsive dal terminale del bus e livellando la tensione del bus, proteggendo così gli switch IGBT e MOSFET SiC da elevate correnti impulsive e impatti di tensione transitoria.
Tipicamente, i condensatori elettrolitici in alluminio vengono utilizzati nelle applicazioni di supporto in corrente continua. Tuttavia, con l'aumento della tensione di bus dei veicoli a nuova energia da 400 V a 800 V e con gli impianti fotovoltaici che si stanno avvicinando a 1500 V e persino 2000 V, la domanda di condensatori a film sta aumentando significativamente.
I dati mostrano che nel 2022 la capacità installata di inverter per azionamenti elettrici basati su condensatori a film DC-Link ha raggiunto 5,1117 milioni di unità, pari all'88,7% della capacità installata totale dei controlli elettronici. Aziende leader nel settore dei controlli elettronici come Fudi Power, Tesla, Inovance Technology, Nidec e Wiran Power utilizzano tutte condensatori a film DC-Link nei loro inverter, con un rapporto di capacità installata combinato fino all'82,9%. Ciò indica che i condensatori a film hanno sostituito i condensatori elettrolitici come soluzione principale nel mercato degli azionamenti elettrici.
Questo perché la massima resistenza di tensione dei condensatori elettrolitici in alluminio è di circa 630 V. Nelle applicazioni ad alta tensione e alta potenza superiori a 700 V, è necessario collegare più condensatori elettrolitici in serie e in parallelo per soddisfare i requisiti di utilizzo, il che comporta ulteriori perdite di energia, costi di distinta base e problemi di affidabilità.
Uno studio dell'Università della Malesia indica che i condensatori elettrolitici sono tipicamente utilizzati nel collegamento in corrente continua degli inverter a mezzo ponte IGBT al silicio, ma possono verificarsi sovratensioni a causa dell'elevata resistenza equivalente in serie (ESR) dei condensatori elettrolitici. Rispetto alle soluzioni IGBT al silicio, i MOSFET al SiC presentano frequenze di commutazione più elevate, con conseguenti ampiezze di sovratensione più elevate nel collegamento in corrente continua degli inverter a mezzo ponte. Ciò può portare a un degrado delle prestazioni del dispositivo o persino a danni, poiché la frequenza di risonanza dei condensatori elettrolitici è di soli 4 kHz, insufficiente per assorbire il ripple di corrente degli inverter MOSFET al SiC.
Pertanto, nelle applicazioni in corrente continua con requisiti di affidabilità più elevati, come gli inverter per azionamenti elettrici e gli inverter fotovoltaici, i condensatori a film vengono in genere scelti. Rispetto ai condensatori elettrolitici in alluminio, i loro vantaggi in termini di prestazioni includono una maggiore resistenza alla tensione, una minore ESR, l'assenza di polarità, prestazioni più stabili e una maggiore durata, consentendo una progettazione del sistema più affidabile con una maggiore resistenza al ripple.
Inoltre, l'utilizzo di condensatori a film nel sistema può sfruttare ripetutamente i vantaggi dell'alta frequenza e delle basse perdite dei MOSFET SiC, riducendo significativamente le dimensioni e il peso dei componenti passivi (induttori, trasformatori, condensatori) nel sistema. Secondo una ricerca Wolfspeed, un inverter IGBT al silicio da 10 kW richiede 22 condensatori elettrolitici in alluminio, mentre un inverter SiC da 40 kW ne richiede solo 8, riducendo notevolmente l'area del PCB.
YMIN lancia nuovi condensatori a film con quattro importanti vantaggi per supportare il nuovo settore energetico
Per rispondere alle urgenti richieste del mercato, YMIN ha recentemente lanciato le serie MDP e MDR di condensatori a film con supporto DC. Grazie a processi di produzione avanzati e materiali di alta qualità, questi condensatori sono perfettamente compatibili con i requisiti operativi dei MOSFET SiC e degli IGBT al silicio di leader mondiali nei semiconduttori di potenza come Infineon.
I condensatori a film delle serie MDP e MDR di YMIN presentano numerose caratteristiche degne di nota: minore resistenza equivalente in serie (ESR), tensione nominale più elevata, minore corrente di dispersione e maggiore stabilità alla temperatura.
In primo luogo, i condensatori a film di YMIN presentano un design a bassa ESR, che riduce efficacemente lo stress di tensione durante la commutazione dei MOSFET SiC e degli IGBT al silicio, riducendo al minimo le perdite dei condensatori e migliorando l'efficienza complessiva del sistema. Inoltre, questi condensatori hanno una tensione nominale più elevata, in grado di resistere a condizioni di tensione più elevate e garantire un funzionamento stabile del sistema.
Le serie MDP e MDR di condensatori a film YMIN offrono intervalli di capacità rispettivamente di 5uF-150uF e 50uF-3000uF e intervalli di tensione di 350V-1500V e 350V-2200V.
In secondo luogo, i più recenti condensatori a film di YMIN presentano una corrente di dispersione inferiore e una maggiore stabilità in temperatura. Nel caso dei sistemi di controllo elettronico dei veicoli elettrici, che in genere hanno una potenza elevata, la generazione di calore risultante può influire significativamente sulla durata e sull'affidabilità dei condensatori a film. Per risolvere questo problema, le serie MDP e MDR di YMIN incorporano materiali di alta qualità e tecniche di produzione avanzate per progettare una struttura termica migliorata per i condensatori. Ciò garantisce prestazioni stabili anche in ambienti ad alta temperatura, prevenendo il degrado del valore del condensatore o i guasti dovuti all'aumento di temperatura. Inoltre, questi condensatori hanno una durata maggiore, fornendo un supporto più affidabile per i sistemi elettronici di potenza.
In terzo luogo, i condensatori delle serie MDP e MDR di YMIN presentano dimensioni ridotte e una maggiore densità di potenza. Ad esempio, nei sistemi di azionamento elettrico a 800 V, la tendenza è quella di utilizzare dispositivi SiC per ridurre le dimensioni dei condensatori e di altri componenti passivi, promuovendo così la miniaturizzazione dei controlli elettronici. YMIN ha impiegato un'innovativa tecnologia di produzione di film, che non solo aumenta l'integrazione e l'efficienza complessive del sistema, ma ne riduce anche le dimensioni e il peso, migliorando la portabilità e la flessibilità dei dispositivi.
Nel complesso, la serie di condensatori a film DC-Link di YMIN offre un miglioramento del 30% nella capacità di resistenza a dV/dt e un aumento del 30% della durata rispetto ad altri condensatori a film presenti sul mercato. Questo non solo garantisce una maggiore affidabilità per i circuiti SiC/IGBT, ma offre anche un miglior rapporto qualità-prezzo, superando le barriere di prezzo che limitano l'impiego diffuso dei condensatori a film.
In qualità di pioniere del settore, YMIN è profondamente coinvolta nel campo dei condensatori da oltre 20 anni. I suoi condensatori ad alta tensione sono stati stabilmente utilizzati da molti anni in settori di fascia alta come OBC di bordo, nuove stazioni di ricarica, inverter fotovoltaici e robot industriali. Questa nuova generazione di condensatori a film risolve diverse sfide nel controllo dei processi e delle apparecchiature di produzione dei condensatori a film, ha ottenuto la certificazione di affidabilità da importanti aziende globali e ha ottenuto applicazioni su larga scala, dimostrando l'affidabilità del prodotto a clienti di grandi dimensioni. In futuro, YMIN sfrutterà la sua pluriennale esperienza tecnica per supportare il rapido sviluppo del nuovo settore energetico con condensatori ad alta affidabilità ed economici.
Per maggiori informazioni, visitawww.ymin.cn.
Data di pubblicazione: 07-07-2024