Esta semana analizaremos el uso de condensadores de película en lugar de condensadores electrolíticos en condensadores de enlace de CC. Este artículo se dividirá en dos partes.

Con el desarrollo de la nueva industria energética, la tecnología de corriente variable se utiliza comúnmente, y los condensadores de enlace de CC son particularmente importantes como uno de los dispositivos clave para la selección. Los condensadores de enlace de CC en filtros de CC generalmente requieren gran capacidad, procesamiento de alta corriente y alto voltaje, entre otros. Al comparar las características de los condensadores de película y los condensadores electrolíticos, y analizar sus aplicaciones, este artículo concluye que, en diseños de circuitos que requieren alta tensión de operación, alta corriente de rizado (Irms), requisitos de sobretensión, inversión de tensión, alta corriente de irrupción (dV/dt) y larga vida útil, estos últimos se convertirán en una tendencia para que los diseñadores reemplacen a los condensadores electrolíticos en términos de rendimiento y precio.

Con la introducción de nuevas políticas energéticas y el desarrollo de la industria energética en diversos países, el desarrollo de industrias relacionadas en este campo ha generado nuevas oportunidades. Los condensadores, como producto esencial de la industria upstream, también han encontrado nuevas oportunidades de desarrollo. En las nuevas energías y los vehículos eléctricos, los condensadores son componentes clave para el control y la gestión de la energía, los inversores de potencia y los sistemas de conversión CC-CA, que determinan la vida útil del convertidor. Sin embargo, en el inversor, la CC se utiliza como fuente de alimentación de entrada, conectada al inversor a través de un bus de CC, denominado enlace de CC o soporte de CC. Dado que el inversor recibe altas corrientes de pulso RMS y pico del enlace de CC, genera una alta tensión de pulso en este, lo que dificulta su resistencia. Por lo tanto, el condensador del enlace de CC es necesario para absorber la alta corriente de pulso del enlace de CC y evitar que la alta tensión de pulso del inversor fluctúe dentro del rango aceptable. Por otro lado, también evita que los inversores se vean afectados por sobretensiones y sobretensiones transitorias en el enlace de CC.

El diagrama esquemático del uso de condensadores DC-Link en nuevas energías (incluida la generación de energía eólica y la generación de energía fotovoltaica) y en sistemas de accionamiento de motores de vehículos de nuevas energías se muestran en las Figuras 1 y 2.

La Figura 1 muestra la topología del circuito del convertidor de energía eólica, donde C1 corresponde al enlace de CC (generalmente integrado en el módulo), C2 a la absorción IGBT, C3 al filtrado LC (lado de la red) y C4 al filtrado DV/DT (lado del rotor). La Figura 2 muestra la tecnología del circuito del convertidor de energía fotovoltaica, donde C1 corresponde al filtrado de CC, C2 al filtrado EMI, C4 al enlace de CC, C6 al filtrado LC (lado de la red), C3 al filtrado de CC y C5 a la absorción IPM/IGBT. La Figura 3 muestra el sistema de accionamiento del motor principal en el sistema del vehículo de nueva energía, donde C3 corresponde al enlace de CC y C4 al condensador de absorción IGBT.

En las aplicaciones de nuevas energías mencionadas, los condensadores de enlace de CC, como dispositivo clave, son necesarios para una alta fiabilidad y larga vida útil en sistemas de generación de energía eólica, sistemas de generación de energía fotovoltaica y sistemas de vehículos de nueva energía, por lo que su selección es especialmente importante. A continuación, se presenta una comparación de las características de los condensadores de película y los condensadores electrolíticos, y su análisis en la aplicación de condensadores de enlace de CC.

1. Comparación de características

1.1 Condensadores de película

Se introduce por primera vez el principio de la tecnología de metalización de películas: se vaporiza una capa fina de metal sobre la superficie del medio de película delgada. Ante un defecto en el medio, la capa se evapora y aísla el punto defectuoso para su protección, un fenómeno conocido como autocuración.

La Figura 4 muestra el principio del recubrimiento metalizado, donde la película delgada se pretrata (corona o de otro modo) antes de la vaporización para que las moléculas metálicas se adhieran a ella. El metal se evapora disolviéndolo a alta temperatura al vacío (1400 ℃ a 1600 ℃ para el aluminio y 400 ℃ a 600 ℃ para el zinc), y el vapor metálico se condensa en la superficie de la película al entrar en contacto con la película enfriada (temperatura de enfriamiento de la película: -25 ℃ a -35 ℃), formando así un recubrimiento metálico. El desarrollo de la tecnología de metalización ha mejorado la rigidez dieléctrica del dieléctrico de la película por unidad de espesor, y el diseño del condensador para aplicaciones de pulso o descarga de tecnología seca puede alcanzar 500 V/µm, y el diseño del condensador para aplicaciones de filtro de CC puede alcanzar 250 V/µm. El condensador de enlace de CC pertenece a este último y, según la norma IEC61071 para aplicaciones de electrónica de potencia, el condensador puede soportar choques de tensión más severos y puede alcanzar el doble de la tensión nominal.

Por lo tanto, el usuario solo debe considerar la tensión nominal de funcionamiento requerida para su diseño. Los condensadores de película metalizada tienen una baja ESR, lo que les permite soportar corrientes de rizado más elevadas; la menor ESL cumple con los requisitos de diseño de baja inductancia de los inversores y reduce el efecto de oscilación a frecuencias de conmutación.

La calidad del dieléctrico de película, la calidad del recubrimiento metalizado, el diseño del condensador y el proceso de fabricación determinan las características de autorreparación de los condensadores metalizados. El dieléctrico de película utilizado para la fabricación de condensadores de enlace de CC es principalmente película OPP.

El contenido del capítulo 1.2 se publicará en el artículo de la próxima semana.