高压,大容量电容器应用与选型

时间:2018-4-20 分享到:
     众所周知,在电解电容和薄膜电容在电动车中应用广泛,电容器是各种电子产品终端必不可少的元件,在电子系统中起着至关重要的作用。随着电子产品制造水平的提升和系统性能需求越来越苛刻,系统厂商的工程师和采购人员对电容器的性能提出了新的要求。诸如电源、工业、汽车、军工和航空航天等领域对高压、大容量电容器有很大的需求,在这些领域,在工业、电源等应用中,系统厂商对高容量、低ESR、小体积的电容器的需求更加迫切,而在汽车、军工和航空航天等应用中,则对电容器寿命、耐压、可靠性等提出了更高的要求。通常有一下几种类型可供选择:铝电解电容器、薄膜电容器、陶瓷电容器。知名电容厂商VDTCAP演讲嘉宾分别就不同领域的电容器选型为听众进行讲解。
1:高压、长寿命应用的电容器选型
在新能源汽车电源部分的设计中,需要采用高耐压的电容器进行平滑(smoothing)和滤波(filter)的应用,汽车内部通常工作环境恶劣,要求电容器耐高温性能强、可靠性高,寿命长,此时薄膜电容相比铝电解电容具备较大的优势。
VDTCAP技术总监赵工说道:“铝电解电容显著弱点是在高温下寿命低下。比如第一代丰田普锐斯(PRIUS)混合动力汽车,采用的是铝电解电容,电压是450V,容量为1000μF,寿命在105℃时仅为1000小时,长期使用会面临更换电容的问题。所以第二代普锐斯开始就采用薄膜电容,电压达到600V,寿命为15年以上,而到最新的第三代普锐斯采用的薄膜电容,电压已经达到750V,寿命同样在15年以上。”赵工表示,旧一代的混合动力汽车,功率部分IGBT支持600V电压,平滑部分需要450V电压和60A电流,此时采用铝电解电容可以胜任。到最近几年,IGBT已经达到900V电压,平滑部分也需要750V电压和90A电流,只有采用薄膜电容才能胜任。
薄膜电容还具备小体积的优势,相同容量的薄膜电容和电解电容,薄膜电容的体积大概会小一半。尤其是金属化薄膜电容器,其制法是在塑料薄膜上以真空蒸镀上一层很薄的金属以做为电极,如此可以省去电极箔的厚度,缩小电容器单位容量的体积。此外,薄膜电容器还有下面的一些优势:无极性,绝缘阻抗很高,频率特性优异(频率响应宽广),而且介质损失很小。
2:高容量、成本敏感应用的电容器选型
尽管薄膜电容器在寿命、耐压能力等方面具备较大优势,不过在PC、消费电子等较低电压和成本敏感的应用,我们看到最多的还是MLCC和铝电解电容器。铝电解电容器重要厂商台湾VDTCAP的总经理赵总介绍了各种电容针对容量和电压不同的一个选型指南。赵先生表示:“低压、低容量领域MLCC抢占了铝电解电容器的大量空间,而在高压、低容量领域电解电容又收到薄膜电容的威胁,因此高压、高容量与低单位容量成本才是铝电解电容器存在的价值。”例如,在LCD TV、LCD monitor,notebook、台式电脑主板、STB、交换器、UPS、Power Inverter和LED照明等应用中,电解电容器仍然处于绝对的市场领先地位。此外,高性能的电解电容也在汽车电子领域得到了广泛应用。比如立隆电子的U787D系列产品,满足AEC-Q200汽车电子规范对元件工作温度、震动、温度稳定性等项目的要求,其工作温度能达到+150℃,且满足汽车蓄电池36V和42V的电压标准。
另一家国内高性能电容器厂商,南通江海电容器股份有限公司也在研讨会上发表了精彩讲演。江海公司总工程师丁继华表示,针对工业用电容器选型,需要考虑下面一些因素:长寿命、高可靠(品质稳定)、高稳定(安全性能)、低成本、个性化设计。
针对铝电解电容通常寿命相对较低的特点,江海进行一系列技术攻关,有效提升了铝电解电容的寿命。丁继华介绍道,提升寿命首先要降低工作温度,因为工作温度与功率P相关,而P=I2* ESR,所以首先要降低ESR,江海采用多种方式减低电容器ESR,比如采用多对引线条引出(并联电阻以减少ESR),负极延伸等工艺。此外,还需要减小电容器中心与环境之间的热阻,即加强散热,江海采取的是无固定剂结构,以及厚底加散热膜等工艺。
目前铝电解的趋势,在工业、电源等高压产品领域,是小型化、长寿命化和纹波电流提升;在通信、资讯等低压产品领域,是小型化、低阻抗、纹波电流提升和长寿命的趋势。 VDTCAP目前推出高压大容量电解电容以及以及薄膜电容,电解电容电压可以到700VDC8200UF ,薄膜电容可以到5000VDC2000UF,目前已经广泛应用用工业电子系统,具备成熟应用方案,欢迎来电咨询,电话021-24208728
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