L’uso di pannelli solari e veicoli elettrici (EV) continua ad aumentare. Il loro sistema di alimentazione si basa su convertitori CC/CC e inverter CC/CA, che richiedono condensatori per ridurre l'ondulazione a bassa frequenza, filtrare componenti ad alta frequenza che causano interferenze elettromagnetiche (EMI) e assorbire correnti di carico transitorie per evitare che questi fattori influenzino il lato primario dell'alimentatore. I condensatori utilizzati in tali applicazioni di potenza devono essere affidabili, compatti, leggeri, avere una lunga durata e buone prestazioni ad alta frequenza.
Sebbene i condensatori a film sottile siano particolarmente adatti per queste applicazioni di potenza, i progettisti devono comprenderne la struttura e le caratteristiche per poter fare le scelte giuste.
Questo articolo introdurrà brevemente i condensatori a film sottile. Quindi, prendendo come esempio i prodotti della Eaton Electronics Division, discuteremo come selezionare e utilizzare i condensatori a film sottile per le applicazioni di potenza.
condensatore a film
Come tutti i condensatori, i condensatori a film sono costituiti da due piastre conduttrici separate da un mezzo isolante costituito da uno strato di film plastico. La pellicola plastica è solitamente realizzata in polipropilene ed è un materiale a bassa perdita e ad alta resistenza (Figura 1). Una piastra conduttiva è una sottile lamina metallica o un sottile strato metallico depositato su un dielettrico. Avvolgere un foglio di metallo e una pellicola attorno all'albero centrale, collegare i cavi, quindi incapsulare il condensatore in un involucro di plastica e sigillarlo con resina epossidica per proteggerlo dalle influenze ambientali.
Quello mostrato è un condensatore a film sottile composto da un albero con nucleo avvolto contenente strati metallici e strati dielettrici alternati
Figura 1: Un condensatore a film sottile è costituito da un nucleo avvolto contenente strati metallici e dielettrici alternati, sigillati in un involucro protettivo di plastica. (Fonte immagine: Eaton Electronics Division, modificata da Art Pini)
Sebbene la densità di energia dei condensatori a film sottile sia relativamente bassa, hanno un'elevata densità di capacità e altre caratteristiche. Innanzitutto, i condensatori a film sottile non hanno polarità e sono adatti sia per circuiti CA che CC. Rispetto ai condensatori che utilizzano elettroliti liquidi o semiliquidi, il dielettrico solido secco dei condensatori a film sottile ha maggiore affidabilità, valore di capacità stabile ed eccellente stabilità della temperatura. L'induttanza in serie equivalente (ESL) e la resistenza in serie equivalente (ESR) inferiori garantiscono una gestione efficiente delle correnti di ripple elevate, rendendo i condensatori a film sottile altamente adatti per applicazioni ad alta frequenza. La caratteristica più importante dei condensatori a film sottile potrebbe essere la loro capacità di autoriparazione. Se si verifica una rottura dielettrica, verrà generato un punto caldo locale, provocando l'evaporazione dei metalli adiacenti e la formazione di un foro non conduttivo, ma il condensatore può comunque funzionare normalmente, prolungando così la sua durata.
condensatore a film
I condensatori a film sottile sono progettati per applicazioni specifiche, con tipi comuni tra cui sicurezza, collegamento CC, filtro CA e impulso. I condensatori a film sicuri vengono utilizzati per ridurre la radiazione condotta nelle applicazioni di filtraggio della linea CA. Molti standard di sicurezza internazionali specificano i requisiti per la conduzione delle EMI. Prendi in considerazione l'idea di dotare i veicoli elettrici di un caricabatterie CC alimentato tramite un circuito. Nelle stazioni di ricarica rapida CC, il filtraggio EMI in modalità comune e differenziale attraverso i condensatori può fornire un percorso a bassa impedenza per deviare i segnali di rumore ottenendo al tempo stesso la più bassa dissipazione di potenza.
La soppressione delle interferenze elettromagnetiche viene ottenuta tramite un filtro di linea, che include un condensatore a film sottile tra la linea di alimentazione e l'alimentatore switching (Figura 2).
Condensatori a film di sicurezza Filtri in linea CX e CY (clicca per ingrandire)
Figura 2: I condensatori a film di sicurezza CX e CY sono integrati nel filtro di linea per impedire la propagazione dell'EMI alla linea elettrica. (Fonte immagine: Eaton Electronics Division)
Posizionando i condensatori etichettati con CX cavo-filo è possibile ridurre l'EMI in modalità differenziale. I condensatori CY sono collegati a terra da ciascuna linea per ridurre le EMI di modo comune.
I condensatori del collegamento CC sono filtri di livellamento nei circuiti CC tra gli stadi CA. Ad esempio, installare un filtro del condensatore dell'induttore (LC) sul bus CC tra gli stadi raddrizzatore e inverter del circuito di azionamento del motore (Figura 3).