Condensatori volanti negli stadi PV Booster

Jul 02, 2023

In un convertitore multilivello con condensatori volanti, vengono generati livelli di tensione aggiuntivi (intermedi) (oltre ai due livelli naturalmente forniti dal collegamento CC) utilizzando condensatori aggiuntivi. Questi condensatori possono fluttuare a diversi potenziali elettrici a seconda dello stato di commutazione del semiconduttore. struttura ad essi collegata. Per questo motivo vengono chiamati “condensatori volanti”. Una volta caricati alla giusta tensione (ad esempio metà della tensione del circuito intermedio), agiscono come una sorta di “sorgenti di tensione” per la durata del successivo mezzo ciclo di commutazione , fornendo così livelli di tensione aggiuntivi.

Poiché questi condensatori sono esposti a correnti di ondulazione elevate e frequenze di commutazione tramite questo modus operandi mentre devono mantenere una certa tensione, è importante selezionare attentamente i componenti giusti per questa applicazione impegnativa. Di seguito, prenderemo in considerazione alcuni esempi di progettazione e componenti proposte per loro.

Si applicano le seguenti ipotesi: ΔUFC = 80 Vpp come limite superiore per la tensione di ripple sul condensatore volante, una frequenza di commutazione di fSW = 16 kHz e una corrente di picco massima di Ipeak = 60 A. Pertanto, la capacità richiesta del condensatore volante è CFC = 24 µF, che può essere calcolato utilizzando l'equazione corrispondente. (Riferimento: documento tecnico Vincotech "The Advantage and Operation of Flying-Capacitor Boosters") La temperatura ambiente deve essere di 60 °C, presupponendo che il calore proveniente dai moduli di potenza non influisce in modo significativo sul condensatore volante. Il calore generato viene dissipato principalmente attraverso il PCB e una frazione minore viene dissipata nell'aria ferma per convezione naturale. Per questa applicazione possono essere prese in considerazione varie tecnologie di condensatori. Tuttavia, di seguito l'attenzione sarà focalizzata sul condensatore a film TDK e sulla tecnologia dei condensatori ceramici CeraLink®:

TDK offre diversi intervalli di tensione e capacità per le esigenze primarie dei clienti nel funzionamento del collegamento CC. Il design meccanico varia da 2 a 4 pin, mentre le diverse opzioni di spazio dei conduttori migliorano anche alcune caratteristiche elettriche, come la bassa autoinduttanza e l'elevata frequenza di risonanza. Alta frequenza di risonanza, densità di energia, corrente di ripple, temperature ambiente fino a 125 °C e protezione dall'umidità sono, oltre alla lunga durata prevista (> 100.000 ore) e alla stabilità del valore di capacità, eccellenti opzioni di progettazione per applicazioni di commutazione ad alta frequenza.

Per la selezione dei condensatori, i dati di modellazione e la simulazione dell'applicazione, consultare il nostro sito Web CLARA (Capacitor Life And Rating Application).

CeraLink® è una famiglia di condensatori molto compatti per la stabilizzazione delle tensioni nel collegamento CC o per l'uso in applicazioni snubber. Questi prodotti si basano su un'esclusiva tecnologia ceramica antiferroelettrica il cui materiale presenta una capacità crescente con l'aumentare della tensione. CeraLink® è progettato per fornire agli ingegneri componenti compatti, ottimizzati per convertitori a commutazione rapida (ad es. SiC/GaN), convertitori con requisiti di spazio molto ristretti e convertitori che devono resistere a temperature di esercizio elevate fino a 150 °C.

È importante notare che il comportamento della capacità di CeraLink® non è lineare e ottimizzato per il funzionamento con polarizzazione CC e temperatura ambiente elevata, consultare la nostra Guida tecnica o il nostro Toolbox di simulazione per ulteriori dettagli. Con un livello di polarizzazione CC di 600 V CC e una tensione di ripple sovrapposta di 80 Vpp si può prendere in considerazione un tipo CeraLink® FA10 da 700 V, che offre una capacità effettiva tipicamente di 4 µF nell'intervallo di temperatura di 25-60 °C.

Le tabelle seguenti mettono a confronto le caratteristiche geometriche ed elettriche delle due soluzioni di condensatori considerate. Se non ci sono vincoli di spazio, la soluzione a film presenta maggiori vantaggi in termini di costo e numero di componenti, poiché una o poche parti possono soddisfare i requisiti elettrici. Al contrario, CeraLink® potrebbe essere un’opzione se l’altezza totale della soluzione è cruciale o se la tecnologia a foro passante non è possibile. Inoltre, CeraLink® mostra chiari vantaggi quando è richiesta una capacità di corrente maggiore e/o se la frequenza di commutazione viene aumentata.

88k hours in continuous application @65°C Ambient temp./p>

200k hours in continuous application @65°C Ambient temp./p>