L'utilisation de panneaux solaires et de véhicules électriques (VE) continue d'augmenter. Leur système d'alimentation repose sur des convertisseurs DC/DC et des onduleurs DC/AC, nécessitant des condensateurs pour réduire l'ondulation basse fréquence, filtrer les composants haute fréquence qui provoquent des interférences électromagnétiques (EMI) et absorber les courants de charge transitoires pour empêcher ces facteurs d'affecter le côté primaire de l'alimentation. Les condensateurs utilisés dans de telles applications de puissance doivent être fiables, compacts, légers, avoir une longue durée de vie et avoir de bonnes performances haute fréquence.
Bien que les condensateurs à couches minces soient parfaitement adaptés à ces applications de puissance, les concepteurs doivent comprendre leur structure et leurs caractéristiques pour faire les bons choix.
Cet article présentera brièvement les condensateurs à couches minces. Ensuite, en prenant comme exemple les produits de la division Eaton Electronics, expliquez comment sélectionner et utiliser des condensateurs à couches minces pour les applications de puissance.
condensateur à film
Comme tous les condensateurs, les condensateurs à film sont constitués de deux plaques conductrices séparées par un milieu isolant composé d'une couche de film plastique. Le film plastique est généralement constitué de polypropylène et constitue un support à faible perte et à haute résistance (Figure 1). Une plaque conductrice est une fine feuille métallique ou une fine couche métallique déposée sur un diélectrique. Enroulez une feuille métallique et un film autour de l'arbre central, connectez les fils, puis encapsulez le condensateur dans un boîtier en plastique et scellez-le avec de la résine époxy pour le protéger des influences environnementales.
Le condensateur présenté est un condensateur à couches minces composé d'un noyau enroulé contenant une alternance de couches métalliques et de couches diélectriques.
Figure 1 : Un condensateur à couches minces est constitué d'un noyau enroulé contenant une alternance de couches métalliques et diélectriques, scellé dans un boîtier de protection en plastique. (Source de l'image : Eaton Electronics Division, modifiée par Art Pini)
Bien que la densité énergétique des condensateurs à couches minces soit relativement faible, ils ont une densité de capacité élevée et d'autres caractéristiques. Premièrement, les condensateurs à couches minces n’ont pas de polarité et conviennent aussi bien aux circuits AC que DC. Comparé aux condensateurs utilisant des électrolytes liquides ou semi-liquides, le diélectrique solide sec des condensateurs à couche mince présente une fiabilité plus élevée, une valeur de capacité stable et une excellente stabilité en température. L'inductance série équivalente (ESL) et la résistance série équivalente (ESR) inférieures garantissent une gestion efficace des courants d'ondulation élevés, ce qui rend les condensateurs à couches minces parfaitement adaptés aux applications haute fréquence. La principale caractéristique des condensateurs à couches minces est peut-être leur capacité d’auto-guérison. En cas de panne diélectrique, un point chaud local sera généré, provoquant l'évaporation des métaux adjacents et la formation d'un trou non conducteur, mais le condensateur peut toujours fonctionner normalement, prolongeant ainsi sa durée de vie.
condensateur à film
Les condensateurs à couches minces sont conçus pour des applications spécifiques, avec des types courants comprenant la sécurité, la liaison CC, le filtre CA et l'impulsion. Des condensateurs à film sûrs sont utilisés pour réduire le rayonnement conduit dans les applications de filtrage de ligne CA. De nombreuses normes de sécurité internationales précisent les exigences relatives à la réalisation d'interférences électromagnétiques. Pensez à équiper les véhicules électriques d’un chargeur CC alimenté via un circuit. Dans les stations de charge rapide CC, le filtrage EMI en mode commun et en mode différentiel à travers des condensateurs peut fournir un chemin à faible impédance pour que les signaux de bruit soient détournés tout en obtenant la dissipation de puissance la plus faible.
La suppression des interférences électromagnétiques est obtenue grâce à un filtre de ligne, qui comprend un condensateur à couche mince entre la ligne électrique et l'alimentation à découpage (Figure 2).
Condensateurs à film de sécurité CX et CY dans filtres de ligne (cliquez pour agrandir)
Figure 2 : Les condensateurs à film de sécurité CX et CY sont intégrés dans le filtre de ligne pour empêcher les interférences électromagnétiques de se propager à la ligne électrique. (Source de l'image : Division électronique d'Eaton)
Placer des condensateurs étiquetés CX fil à fil peut réduire les EMI en mode différentiel. Les condensateurs CY sont connectés à la terre à partir de chaque ligne pour réduire les EMI en mode commun.
Les condensateurs de liaison CC sont des filtres de lissage dans les circuits CC entre les étages CA. Par exemple, installez un filtre à condensateur inducteur (LC) sur le bus CC entre les étages redresseur et onduleur du circuit d'entraînement du moteur (Figure 3).