Um bom cavalo merece uma boa sela! Para aproveitar ao máximo as vantagens dos dispositivos de SiC, também é necessário combinar o sistema de circuito com capacitores adequados. Desde o controle principal de acionamento em veículos elétricos até cenários de novas energias de alta potência, como inversores fotovoltaicos, os capacitores de filme estão gradualmente se tornando comuns, e o mercado precisa urgentemente de produtos com excelente custo-benefício.
Recentemente, a Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd. lançou capacitores de filme com suporte para corrente contínua (CC), que possuem quatro vantagens notáveis, tornando-os adequados para os IGBTs de sétima geração da Infineon. Eles também ajudam a solucionar os desafios de estabilidade, confiabilidade, miniaturização e custo em sistemas de SiC.
Os capacitores de filme atingem uma penetração de quase 90% em aplicações de acionamento principal. Por que os capacitores de SiC e IGBT precisam deles?
Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento de novas indústrias de energia, como armazenamento de energia, carregamento e veículos elétricos (VEs), a demanda por capacitores de barramento CC tem aumentado rapidamente. Simplificando, os capacitores de barramento CC atuam como buffers em circuitos, absorvendo altas correntes de pulso da extremidade do barramento e suavizando a tensão do barramento, protegendo assim os interruptores IGBT e MOSFET de SiC contra altas correntes de pulso e impactos de tensão transitória.
Normalmente, os capacitores eletrolíticos de alumínio são usados em aplicações de suporte de corrente contínua (CC). No entanto, com o aumento da tensão de barramento dos veículos de novas energias de 400 V para 800 V e os sistemas fotovoltaicos caminhando para 1500 V e até 2000 V, a demanda por capacitores de filme está aumentando significativamente.
Os dados mostram que, em 2022, a capacidade instalada de inversores de acionamento elétrico baseados em capacitores de película DC-Link atingiu 5,1117 milhões de unidades, representando 88,7% da capacidade instalada total de controles eletrônicos. Empresas líderes em controles eletrônicos, como Fudi Power, Tesla, Inovance Technology, Nidec e Wiran Power, utilizam capacitores de película DC-Link em seus inversores de acionamento, com uma taxa de capacidade instalada combinada de até 82,9%. Isso indica que os capacitores de película substituíram os capacitores eletrolíticos como a principal opção no mercado de acionamento elétrico.
Isso ocorre porque a resistência máxima à tensão dos capacitores eletrolíticos de alumínio é de aproximadamente 630 V. Em aplicações de alta tensão e alta potência, acima de 700 V, vários capacitores eletrolíticos precisam ser conectados em série e em paralelo para atender aos requisitos de uso, o que acarreta perdas adicionais de energia, custos na lista de materiais e problemas de confiabilidade.
Um estudo da Universidade da Malásia indica que capacitores eletrolíticos são tipicamente usados no barramento CC de inversores de meia-ponte com IGBTs de silício, mas surtos de tensão podem ocorrer devido à alta resistência em série equivalente (ESR) desses capacitores. Comparados às soluções de IGBT baseadas em silício, os MOSFETs de SiC possuem frequências de chaveamento mais altas, resultando em amplitudes de surto de tensão maiores no barramento CC dos inversores de meia-ponte. Isso pode levar à degradação do desempenho do dispositivo ou mesmo a danos, já que a frequência de ressonância dos capacitores eletrolíticos é de apenas 4 kHz, insuficiente para absorver a ondulação de corrente dos inversores com MOSFETs de SiC.
Portanto, em aplicações de corrente contínua com requisitos de confiabilidade mais elevados, como inversores de acionamento elétrico e inversores fotovoltaicos, os capacitores de filme são normalmente escolhidos. Comparados aos capacitores eletrolíticos de alumínio, suas vantagens de desempenho incluem maior resistência à tensão, menor ESR, ausência de polaridade, desempenho mais estável e maior vida útil, permitindo um projeto de sistema mais confiável com maior resistência à ondulação.
Além disso, o uso de capacitores de filme no sistema permite aproveitar repetidamente as vantagens de alta frequência e baixa perda dos MOSFETs de SiC, reduzindo significativamente o tamanho e o peso dos componentes passivos (indutores, transformadores, capacitores) no sistema. De acordo com uma pesquisa da Wolfspeed, um inversor IGBT de silício de 10 kW requer 22 capacitores eletrolíticos de alumínio, enquanto um inversor de SiC de 40 kW precisa de apenas 8 capacitores de filme, reduzindo consideravelmente a área da placa de circuito impresso.
A YMIN lança novos capacitores de filme com quatro grandes vantagens para apoiar a nova indústria de energia.
Para atender às demandas urgentes do mercado, a YMIN lançou recentemente as séries MDP e MDR de capacitores de filme para suporte de corrente contínua. Utilizando processos de fabricação avançados e materiais de alta qualidade, esses capacitores são perfeitamente compatíveis com os requisitos operacionais de MOSFETs de SiC e IGBTs baseados em silício de líderes globais em semicondutores de potência, como a Infineon.
Os capacitores de filme das séries MDP e MDR da YMIN possuem diversas características notáveis: menor resistência em série equivalente (ESR), maior tensão nominal, menor corrente de fuga e maior estabilidade térmica.
Em primeiro lugar, os capacitores de filme da YMIN apresentam um design de baixa ESR, reduzindo efetivamente a tensão durante a comutação de MOSFETs de SiC e IGBTs baseados em silício, minimizando assim as perdas nos capacitores e melhorando a eficiência geral do sistema. Além disso, esses capacitores possuem uma tensão nominal mais alta, capazes de suportar condições de tensão mais elevadas e garantindo a operação estável do sistema.
Os capacitores de filme das séries MDP e MDR da YMIN oferecem faixas de capacitância de 5uF-150uF e 50uF-3000uF, e faixas de tensão de 350V-1500V e 350V-2200V, respectivamente.
Em segundo lugar, os capacitores de filme mais recentes da YMIN apresentam menor corrente de fuga e maior estabilidade térmica. No caso de sistemas eletrônicos de controle de veículos elétricos, que normalmente operam com alta potência, a geração de calor resultante pode afetar significativamente a vida útil e a confiabilidade dos capacitores de filme. Para solucionar esse problema, as séries MDP e MDR da YMIN incorporam materiais de alta qualidade e técnicas avançadas de fabricação para projetar uma estrutura térmica aprimorada para os capacitores. Isso garante um desempenho estável mesmo em ambientes de alta temperatura, evitando a degradação do valor do capacitor ou falhas devido ao aumento da temperatura. Além disso, esses capacitores têm uma vida útil mais longa, proporcionando um suporte mais confiável para sistemas eletrônicos de potência.
Em terceiro lugar, os capacitores das séries MDP e MDR da YMIN apresentam tamanho reduzido e maior densidade de potência. Por exemplo, em sistemas de acionamento elétrico de 800 V, a tendência é utilizar dispositivos de SiC para reduzir o tamanho dos capacitores e de outros componentes passivos, promovendo assim a miniaturização dos controles eletrônicos. A YMIN empregou uma tecnologia inovadora de fabricação de filmes, que não só aumenta a integração e a eficiência geral do sistema, como também reduz o tamanho e o peso do sistema, melhorando a portabilidade e a flexibilidade dos dispositivos.
De forma geral, a série de capacitores de filme DC-Link da YMIN oferece uma melhoria de 30% na capacidade de suportar dv/dt e um aumento de 30% na vida útil em comparação com outros capacitores de filme disponíveis no mercado. Isso não só proporciona maior confiabilidade para circuitos SiC/IGBT, como também oferece melhor custo-benefício, superando as barreiras de preço que dificultam a ampla aplicação de capacitores de filme.
Como pioneira do setor, a YMIN atua no segmento de capacitores há mais de 20 anos. Seus capacitores de alta tensão são utilizados com sucesso em aplicações de ponta, como computadores de bordo (OBC), estações de carregamento para novas energias, inversores fotovoltaicos e robôs industriais. Esta nova geração de capacitores de filme supera diversos desafios no controle do processo de produção e nos equipamentos, tendo obtido certificação de confiabilidade junto a empresas líderes globais e alcançado ampla aplicação, comprovando a confiabilidade do produto para um número maior de clientes. No futuro, a YMIN utilizará sua vasta experiência técnica para apoiar o rápido desenvolvimento da indústria de novas energias com capacitores de alta confiabilidade e custo-benefício.
Para obter mais informações, visitewww.ymin.cn.
Data da publicação: 07/07/2024