Ograniczanie EMI w samochodowych i przemysłowych przetwornicach mocy

Zamienniki dla kondensatorów bezpieczeństwa

Ze względu na różne wartości znamionowe napięcia i różne parametry działania, tylko niektóre typy kondensatorów X i Y mogą być stosowane jako zamienniki dla innych typów o tych samych lub wyższych parametrach znamionowych napięcia. Na przykład kondensatory Y1 mają takie samo napięcie znamionowe co kondensatory Y2 oraz wyższe parametry izolacji, dlatego mogą być używane jako ich zamienniki. Kondensatory Y są zaprojektowane tak, aby otwierały obwód w przypadku awarii i mogą być używane zamiast kondensatorów X. Jednakże kondensatory X są wykonane w taki sposób, że po awarii zamykają obwód i nie mogą służyć jako zamienniki dla kondensatorów Y (tabela 2). Mimo iż kondensator X mógłby odpowiednio filtrować zakłócenia elektromagnetyczne (EMI), nie spełniłby kryteriów bezpieczeństwa między przewodem fazowym a uziemieniem określonych dla kondensatora Y.

Tabela 2: Niektóre z kondensatorów Y mogą być używane w miejsce kondensatorów X, ale kondensatorów Y nie można zastąpić kondensatorami X. (Źródło tabeli: KEMET)

Samonaprawianie

Samonaprawianie odnosi się do zdolności metalizowanego kondensatora do szybkiej regeneracji po ekspozycji na chwilowe zwarcie wynikające z przebicia dielektryka. Pod względem samonaprawiania za najlepszy materiał uważany jest polipropylen. Wysoka zawartość tlenu powierzchniowego w polipropylenie powoduje wypalenie (usunięcie) materiału elektrody wokół obszaru usterki. Po usunięciu usterki następuje nieznaczna utrata pojemności, a pozostałe właściwości elektryczne kondensatora powracają do wartości znamionowych. Z punktu widzenia zdolności do samonaprawy oprócz zastosowania folii polipropylenowej istotnymi czynnikami są materiał metalizacji i jego grubość. Jeśli kondensatory nie są starannie zaprojektowane, optymalizacja pod kątem samonaprawy może sprawić, że będą bardziej wrażliwe na skrajne warunki środowiskowe. Jeśli z takowymi mamy do czynienia, rozwiązaniem jest stosowanie wyższych poziomów badań kwalifikacyjnych, takich jak THB.

Kwalifikacja THB

Badania kwalifikacyjne THB są powszechnie stosowane w branży motoryzacyjnej, energetycznej i przemyśle do pomiaru długoterminowej niezawodności komponentów. W badaniu THB przyspiesza się degradację komponentów i mierzy parametry elektryczne po określonym czasie w określonych warunkach polaryzacji prądem zmiennym lub stałym. W normie IEC 60384-14, AMD1:2016 zdefiniowano trzy klasy THB: I (A i B), II (A i B) oraz III (A i B) (tabela 3). Wymagania dla najwyższej klasy, IIIB, obejmują ekspozycję na temperaturę 85°C i wilgotność względną 85% przez 1000 godzin. Aby uzyskać pozytywny wynik badania, kondensator foliowy musi wykazać następujące zmiany:

• Zmiana pojemności o ≤10%
• Zmiana współczynnika rozpraszania (∆tan δ) o ≤150*10−4 (przy częstotliwości 1kHz dla kondensatorów o pojemności znamionowej >1µF)
• Zmiana współczynnika rozpraszania (∆tan δ) o ≤240*10−4 (przy częstotliwości 10kHz dla kondensatorów o pojemności znamionowej ≤1µF)
• Rezystancja izolacji ≥50% wartości początkowej lub minimum 200MΩ

Tabela 3: najnowsze wydanie normy IEC 60384-14 zawiera sześć opcji dla badań THB. (Źródło tabeli: KEMET)

Kondensatory miniaturowe X2

Gdy potrzebny jest kondensator X2, projektanci mogą sięgnąć po serię R53B radialnych polipropylenowych kondensatorów foliowych firmy KEMET o pojemności od 0,1 do 22µF, które są obudowane żywicą samogasnącą w formowanej obudowie z tworzywa sztucznego, która spełnia wymagania normy UL 94 V-0 w zakresie palności (ilustracja 2). Omawiane kondensatory miniaturowe posiadają wyprowadzenia o rozstawie od 15 do 37,5mm i średnio mają o 60% mniejszą objętość niż standardowe kondensatory X2, co umożliwia tworzenie mniejszych i lżejszych rozwiązań. Kondensatory te posiadają kwalifikację AEC-Q200 i są wykonane w klasie IIIB według badań THB wg normy IEC 60384-14.

Na przykład model R53BI31505000K ma napięcie znamionowe 800V= i pojemność 0,15µF ±10%, a model R53BI322050S0M napięcie znamionowe 800V= i pojemność 0,22µF ±20%.

Ilustracja 2: KondensatoryX2 R53B są obudowane żywicą samogasnąca w formowanej obudowie z tworzywa sztucznego spełniającej wymagania UL w zakresie palności. (Źródło ilustracji: KEMET)

Kondensatory bezpieczeństwa X1/Y2

Dostępne są serie R41B kondensatorów bezpieczeństwa X1/Y2 o pojemności od 0,0022 do 1,2µF, napięciu znamionowym do 1500V= oraz tolerancjach ±20% lub ±10%. Podobnie jak w przypadku urządzeń z serii R53B, kondensatory R41B mają wyprowadzenia w rozstawie od 10 do 37,5mm, małe rozmiary i klasę THB III B. Kondensatory R41B, takie jak R41BF122050T0K (2200pF i 1500V=), są przystosowane do pracy przez 2000 godzin w temperaturze 125°C.

Zarówno kondensatory bezpieczeństwa R53B, jak i R41B nadają się do stosowania we wbudowanych ładowarkach pojazdów elektrycznych, przetwornicach mocy do energii wiatrowej i słonecznej, w napędach o zmiennej częstotliwości (VFD) i innych zastosowaniach przemysłowych, a także w projektach przetwornic mocy opartych na węgliku krzemu (SiC) i azotku galu (GaN).