今週は、DCリンクコンデンサにおける電解コンデンサの代わりにフィルムコンデンサを使用する方法について分析します。この記事は2つのパートに分かれています。

新エネルギー産業の発展に伴い、可変電流技術が広く使用されるようになり、DCリンクコンデンサは特に重要な選択デバイスの一つとなっています。DCフィルタにおけるDCリンクコンデンサは、一般的に大容量、大電流処理、高電圧などが求められます。本稿では、フィルムコンデンサと電解コンデンサの特性を比較し、関連する用途を分析した結果、回路設計においては、高動作電圧、高リップル電流（Irms）、過電圧要件、電圧反転、高突入電流（dV/dt）、長寿命が求められると結論付けています。金属蒸着技術とフィルムコンデンサ技術の発展に伴い、フィルムコンデンサは、性能と価格の面で設計者が電解コンデンサに代わるトレンドとなるでしょう。

各国における新エネルギー関連政策の導入と新エネルギー産業の発展に伴い、この分野の関連産業の発展は新たな機会をもたらしています。そして、重要な上流関連製品産業であるコンデンサもまた、新たな発展の機会を得ています。新エネルギーおよび新エネルギー自動車において、コンデンサはエネルギー制御、電力管理、電力インバータ、そしてDC-AC変換システムにおいて、コンバータの寿命を左右する重要な部品です。しかし、インバータでは入力電源としてDC電源が用いられ、DCバス（DCリンクまたはDCサポートと呼ばれる）を介してインバータに接続されます。インバータはDCリンクから高い実効値およびピーク値のパルス電流を受け取るため、DCリンクに高いパルス電圧が発生し、インバータの耐電圧が困難になります。そのため、DCリンクコンデンサはDCリンクからの高パルス電流を吸収し、インバータの高パルス電圧変動を許容範囲内に抑える必要があります。同時に、DCリンクコンデンサは、DCリンクの電圧オーバーシュートや過渡過電圧によるインバータへの影響も防ぎます。

新エネルギー（風力発電、太陽光発電を含む）および新エネルギー車のモーター駆動システムにおけるDCリンクコンデンサの使用の概略図を図1と図2に示します。

図1は風力発電コンバータの回路トポロジを示しており、C1はDCリンク（通常はモジュールに統合）、C2はIGBT吸収、C3はLCフィルタ（ネット側）、C4はローター側DV / DTフィルタです。図2はPV電力コンバータの回路技術を示しており、C1はDCフィルタ、C2はEMIフィルタ、C4はDCリンク、C6はLCフィルタ（グリッド側）、C3はDCフィルタ、C5はIPM / IGBT吸収です。図3は新エネルギー自動車システムのメインモーター駆動システムを示しており、C3はDCリンク、C4はIGBT吸収コンデンサです。

上述の新エネルギー用途において、DCリンクコンデンサはキーデバイスとして、風力発電システム、太陽光発電システム、新エネルギー自動車システムにおいて高い信頼性と長寿命が求められるため、その選定は特に重要です。以下は、DCリンクコンデンサ用途におけるフィルムコンデンサと電解コンデンサの特性比較と分析です。

1.機能比較

1.1 フィルムコンデンサ

フィルムメタライゼーション技術の原理が初めて導入されました。薄膜メディアの表面に十分に薄い金属層を蒸着します。メディアに欠陥がある場合、この層は蒸発して欠陥箇所を隔離し、保護することができます。この現象は自己修復と呼ばれます。

図4はメタライゼーションコーティングの原理を示しており、蒸着前に薄膜媒体を前処理（コロナ処理など）することで、金属分子が付着できるようにします。金属は真空下で高温（アルミニウムの場合は1400℃～1600℃、亜鉛の場合は400℃～600℃）で溶解して蒸発させ、冷却された薄膜（薄膜冷却温度-25℃～-35℃）に触れると薄膜表面に凝縮し、金属コーティングを形成します。メタライゼーション技術の発達により、薄膜誘電体の単位厚さあたりの絶縁耐力が向上し、乾式技術のパルスまたは放電用途のコンデンサ設計では500V/µm、DCフィルタ用途のコンデンサ設計では250V/µmに達します。DCリンクコンデンサは後者に属し、IEC61071に準拠したパワーエレクトロニクス用途のコンデンサはより厳しい電圧ショックに耐えることができ、定格電圧の2倍に達することができます。

したがって、ユーザーは設計に必要な定格動作電圧のみを考慮すれば済みます。メタライズドフィルムコンデンサはESRが低いため、より大きなリップル電流に耐えることができます。また、ESLが低いため、インバータの低インダクタンス設計要件を満たし、スイッチング周波数における発振の影響を軽減します。

メタライズドコンデンサの自己修復特性は、フィルム誘電体の品質、メタライズコーティングの品質、コンデンサの設計、そして製造プロセスによって決まります。DCリンクコンデンサの製造に使用されるフィルム誘電体は、主にOPPフィルムです。

1.2章の内容は来週の記事で公開されます。