今週は先週の記事の続きです。

1.2 電解コンデンサ

電解コンデンサに使用される誘電体はアルミニウムの腐食によって形成された酸化アルミニウムで、誘電率は8～8.5、耐電圧は約0.07V/A（1μm=10000A）です。しかしながら、このような厚さを実現することは不可能である。アルミニウム層が厚くなると、良好な蓄電特性を得るためにアルミニウム箔をエッチングして酸化アルミニウム皮膜を形成する必要があり、表面に凹凸が多くなるため、電解コンデンサの容量率（比容量）が低下します。一方、電解液の抵抗率は低電圧では150Ωcm、高電圧（500V）では5kΩcmです。電解液の抵抗率が高いため、電解コンデンサが耐えられる RMS 電流が制限され、通常は 20mA/µF に制限されます。

こうした理由により、電解コンデンサは、標準電圧450V（標準電圧600V用を設計しているメーカーもあります）の最大電圧で設計されています。したがって、より高い電圧を得るには、コンデンサを直列に接続することで電圧を達成する必要があります。ただし、各電解コンデンサの絶縁抵抗が異なるため、直列接続された各コンデンサの電圧を平衡させるために、各コンデンサに抵抗を接続する必要があります。また、電解コンデンサは分極性の素子であり、Un の 1.5 倍を超える逆電圧が印加されると電気化学反応が発生します。逆電圧が十分に長く印加されると、コンデンサが流出します。この現象を避けるために、各コンデンサを使用する際には、各コンデンサの隣にダイオードを接続する必要があります。また、電解コンデンサのサージ耐電圧は一般的に 1.15 倍 Un、良いものでは 1.2 倍 Un に達するものもあります。したがって、設計者は、それらを使用する場合、定常状態の動作電圧だけでなくサージ電圧も考慮する必要があります。まとめると、フィルムコンデンサと電解コンデンサの比較表は次のようになります。図1を参照してください。

2. アプリケーション分析

フィルタとしての DC リンク コンデンサには、大電流および大容量の設計が必要です。一例としては、図3に示す新エネルギー車の主電動機駆動システムが挙げられます。このアプリケーションでは、コンデンサがデカップリングの役割を果たし、回路は高い動作電流を特徴とします。フィルム DC リンク コンデンサには、大きな動作電流 (Irms) に耐えられるという利点があります。50～60kWの新エネルギー車のパラメータを例にとります。パラメータは次のとおりです:動作電圧330Vdc、リップル電圧10Vrms、リップル電流150Arms@10KHz。

次に、最小電気容量は次のように計算されます。

これは、フィルム コンデンサ設計に実装するのが簡単です。電解コンデンサを使用する場合、20mA/μFを考慮すると、上記のパラメータを満たす電解コンデンサの最小静電容量は次のように計算されます。

この静電容量を得るには、複数の電解コンデンサを並列接続する必要があります。

ライトレール、電気バス、地下鉄などの過電圧用途では、これらの電力がパンタグラフを介して機関車のパンタグラフに接続されていることを考慮すると、パンタグラフとパンタグラフ間の接触は輸送走行中に断続的になります。両者が非接触の場合はDC-Lインクコンデンサによって電源供給が補助され、接触が回復すると過電圧が発生します。最悪のケースは、切断時の DC リンク コンデンサによる完全な放電であり、放電電圧はパンタグラフ電圧と等しく、接続が回復すると、結果として生じる過電圧は定格動作 Un のほぼ 2 倍になります。フィルム コンデンサの場合、DC リンク コンデンサは追加の考慮なしに処理できます。電解コンデンサを使用する場合、過電圧は 1.2Un です。上海の地下鉄を例に考えてみましょう。Un=1500Vdc、電解コンデンサの電圧は次のように考慮されます。

次に、6 つの 450V コンデンサを直列に接続します。フィルムコンデンサの設計を 600Vdc ～ 2000Vdc、さらには 3000Vdc で使用することも簡単に実現できます。さらに、コンデンサが完全に放電される場合のエネルギーは 2 つの電極間に短絡放電を形成し、DC リンク コンデンサを介して大きな突入電流を生成します。これは通常、要件を満たす電解コンデンサとは異なります。

さらに、電解コンデンサと比較して、DC リンク フィルム コンデンサは非常に低い ESR (通常 10mΩ 未満、さらには 1mΩ 未満) と自己インダクタンス LS (通常 100nH 未満、場合によっては 10 または 20nH 未満) を達成するように設計できます。 。これにより、DC リンク フィルム コンデンサを適用するときに IGBT モジュールに直接取り付けることができ、バス バーを DC リンク フィルム コンデンサに統合できるため、フィルム コンデンサを使用するときに専用の IGBT 吸収コンデンサが不要になり、コストを節約できます。デザイナーには多額のお金がかかります。図2.および 3 は、C3A および C3B 製品の一部の技術仕様を示しています。

3. 結論

初期の頃、DC リンク コンデンサはコストとサイズを考慮してほとんどが電解コンデンサでした。

ただし、電解コンデンサは耐電圧・電流の影響を受けるため（フィルムコンデンサに比べESRが非常に高い）、大容量を得て高電圧用途に対応するには複数の電解コンデンサを直列・並列に接続する必要があります。また、電解質材料の揮発を考慮し、定期的に交換してください。新エネルギー用途では一般的に製品寿命が15年であるため、この期間内に2～3回の交換が必要となります。そのため、機械全体のアフターサービスに多大な費用と不便が生じます。メタライゼーションコーティング技術とフィルムコンデンサ技術の発展により、超薄膜OPPフィルム（最薄2.7μm、さらには2.4μm）で450V～1200V以上の耐圧の大容量DCフィルタコンデンサを製造することが可能になりました。安全フィルム蒸着技術。一方、DC リンク コンデンサとバス バーの統合により、インバータ モジュールの設計がよりコンパクトになり、回路の浮遊インダクタンスが大幅に低減されて回路が最適化されます。