好马配好鞍!要充分发挥SiC器件优势,还需要为电路系统搭配适合的电容器。从电动车主驱电控到光伏逆变器等大功率新能源场景,薄膜电容逐渐成为主流,市场亟需高性价比的产品。
近日,上海永铭电子股份有限公司推出了直流支撑薄膜电容器,4个突出优势使其适用于英飞凌第七代IGBT,并且有助于解决SiC系统的稳定性、可靠性、小型化和成本等难题。
薄膜电容主驱渗透率近90%
SiC和IGBT为何需要它?
近年来,随着光储充和EV等新能源产业的快速发展,直流支撑(DC-Link)电容的需求在快速增加。简单来讲,DC-Link电容在电路中充当肉盾,吸收母线端的高脉冲电流,平滑母线电压,从而使IGBT和SiC MOSFET开关不受高脉冲电流和瞬时电压的冲击。
通常,直流支撑应用通常采用铝电解电容,不过,随着新能源汽车母线电压从400V提升到800V,光伏系统也走向1500V甚至2000V,薄膜电容需求正在大幅上升。
数据显示,2022年基于DC-Link薄膜电容的电驱逆变器装机量已经达到511.17万套,占电控装机量的88.7%,弗迪动力、特斯拉、汇川技术、日本电产、蔚然动力等十几家头部电控企业的驱动逆变器都采用了DC-LINK薄膜电容,合计装机量占比高达82.9%,表明薄膜电容已经替代电解电容成为电驱市场主流。
这是因为铝电解电容的最高耐压约为630V,在700V以上高压大功率应用场合,需要多颗电解电容的串、并联才能达到使用要求,这会带来额外的能量损耗、BOM成本和可靠性问题。
马来西亚大学研究论文显示,在硅IGBT半桥逆变器中,直流环节通常使用电解电容,但会出现电压浪涌,这是由于电解电容的等效串联电阻 (ESR)较高。与硅基IGBT方案相比,SiC MOSFET的开关频率更高,因此半桥逆变器直流链路中的电压浪涌幅度更高,有可能导致器件性能下降甚至损坏,而电解电容器的谐振频率仅为4kHz,不足以吸收SiC MOSFET逆变器的电流纹波1。
因此,在可靠性要求更高的电驱逆变器和光伏逆变器等直流应用场合,通常会选择使用薄膜电容,相比铝电解电容器,其性能优势在于耐压更高、ESR更低、无极性、性能更稳定、寿命更长,从而可以实现抗纹波能力更强、更可靠的系统设计。
而且系统搭配薄膜电容,可以重复发挥SiC MOSFET的高频、低损耗优势,大幅缩小系统的被动元件(电感、变压器、电容)的体积和重量。根据Wolfspeed研究,10kW硅基IGBT逆变器需要22颗铝电解电容,而40kW的SiC逆变器只需8颗薄膜电容,PCB面积可大幅缩小2。
永铭推出新型薄膜电容
4大优势助力新能源产业
为解决市场的“燃眉之急”,永铭电子最近推出了直流支撑薄膜电容器MDP和MDR系列,通过采用先进的制造工艺和优质的材料,能够完美适配英飞凌等全球功率半导体领头羊的SiC MOSFET和硅基IGBT的工作要求。
据了解,永铭电子的MDP和MDR系列薄膜电容具有多个突出特点:更低的等效串联电阻(ESR)、更高的额定电压、更低的漏电流和更高的温度稳定性。
永铭电子薄膜电容4大优势特点
首先,永铭电子的薄膜电容采用了低ESR设计,可以有效降低SiC MOSFET和硅基IGBT开关时的电压应力,减小电容器的损耗,提高整个系统的效率。同时,电容器还具有更高的额定电压,可以承受更高电压的工况,保证系统的稳定运行。
据介绍,永铭电子的MDP和MDR系列薄膜电容的容量范围分别为5uF-150uF和50uF-3000uF,电压范围分别为350V-1500V和350V-2200V。
其次,永铭电子的最新薄膜电容具有更低的漏电流和更高的温度稳定性。以新能源汽车电控为例,其功率通常较大,从而导致薄膜电容的发热较为严重,这会降低薄膜电容的寿命及可靠性。为此,永铭的MDP和MDR系列基于优质的材料和先进的制造工艺,为薄膜电容设计了更好的散热结构,从而在高温环境下电容器能够保持稳定的性能,不会因为温度升高而导致电容值下降或失效。此外,电容器还具有更长的使用寿命,可以为电力电子系统提供更加可靠的支持。
第三,永铭电子的MDP和MDR系列电容器还具有更小的体积和更高的功率密度。以800V电驱系统为例,其技术趋势是通过采用SiC器件来缩小电容等被动器件的体积,进而推动电控的小型化。永铭采用了创新的薄膜制造工艺技术,不仅可以提高整个系统的集成度和效率,还可以减少系统的体积和重量,为设备的便携性和灵活性提供更多的可能性。
综合来看,永铭电子的DC-Link薄膜电容系列产品,相较市面上的其他薄膜电容,其dv/dt耐受能力提高了30%,寿命提升了30%,不仅能够为SiC/IGBT电路提供更好的可靠性,还能够提供更好的成本效益,破解薄膜电容普及化应用中的价格障碍。
作为行业先行者,永铭电子在电容领域已经深耕二十余年,其高压电容器已多年稳定应用在车载OBC、新能源充电桩、光伏逆变、工业机器人等高端领域。而这次推出新一代薄膜电容产品,更是解决了薄膜电容的生产工艺控制、工装治具设备等各方面难题,已经在全球头部企业处完成可靠性认证,实现规模应用,向更大客户证明产品的可靠性。未来,他们将利用自身长期的技术积累和沉淀,用高可靠性和高性价比的电容产品助力新能源行业快速发展。
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