Condensadores volantes en etapas de refuerzo fotovoltaico

En un convertidor multinivel de condensador volante, se generan niveles de voltaje adicionales (intermedios) (más allá de los dos niveles dados naturalmente por el enlace de CC) utilizando capacitores adicionales. Estos capacitores pueden flotar a diferentes potenciales eléctricos dependiendo del estado de conmutación del semiconductor. estructura conectada a ellos. Por lo tanto, se denominan "condensadores volantes". Una vez cargados al voltaje correcto (por ejemplo, la mitad del voltaje del enlace de CC), actúan como una especie de "fuentes de voltaje" durante la siguiente mitad del ciclo de conmutación. , proporcionando así niveles de voltaje adicionales.

Como estos condensadores están expuestos a altas corrientes de ondulación y frecuencias de conmutación mediante este modus operandi mientras deben mantener un cierto voltaje, es importante seleccionar cuidadosamente los componentes correctos para esta exigente aplicación. A continuación, consideraremos algunos ejemplos de diseño y componentes. propuestas para ellos.

Se aplican las siguientes suposiciones: ΔUFC = 80 Vpp como límite superior para la tensión de rizado en el condensador volante, una frecuencia de conmutación de fSW = 16 kHz y una corriente máxima máxima de Ipico = 60 A. Por lo tanto, la capacitancia requerida del condensador volante es CFC = 24 µF, que se puede calcular utilizando la ecuación correspondiente. (Referencia: Documento técnico de Vincotech "La ventaja y el funcionamiento de los impulsores de condensadores volantes") La temperatura ambiente será de 60 °C, suponiendo que el calor de los módulos de potencia no afecta significativamente al condensador volante. El calor generado se disipa principalmente a través de la PCB y una fracción más pequeña se disipa en el aire en calma por convección natural. Se pueden considerar varias tecnologías de condensadores para esta aplicación. Sin embargo, a continuación nos centraremos en la tecnología de condensadores de película TDK y condensadores cerámicos CeraLink®:

TDK ofrece diferentes rangos de voltaje y capacitancia para los requisitos principales del cliente en la operación del enlace de CC. El diseño mecánico varía de 2 a 4 pines, mientras que las diferentes opciones de espacio para cables también mejoran algunas características eléctricas, como la baja autoinductancia y la alta frecuencia de resonancia. La alta frecuencia de resonancia, la densidad de energía, la corriente de rizado, las temperaturas ambiente de hasta 125 °C y la protección contra la humedad son, además de una larga vida útil (> 100.000 horas) y la estabilidad del valor de la capacitancia, excelentes opciones de diseño para aplicaciones de conmutación de alta frecuencia.

Para la selección de capacitores, datos de modelado y simulación de aplicaciones, consulte nuestro sitio web CLARA (Aplicación de clasificación y vida útil de capacitores).

CeraLink® es una familia de capacitores muy compactos para estabilizar voltajes en el enlace de CC o para uso en aplicaciones de amortiguación. Estos productos se basan en una tecnología cerámica antiferroeléctrica única cuyo material exhibe una capacitancia creciente al aumentar el voltaje. CeraLink® está diseñado para proporcionar a los ingenieros componentes compactos, optimizados para convertidores de conmutación rápida (por ejemplo, SiC/GaN), convertidores con requisitos de espacio muy reducidos y convertidores que deben soportar altas temperaturas de funcionamiento de hasta 150 °C.

Es importante tener en cuenta que el comportamiento de capacitancia de CeraLink® no es lineal y está optimizado para funcionar con polarización de CC y temperatura ambiente elevada; consulte nuestra Guía técnica o nuestra Caja de herramientas de simulación para obtener más detalles. Con un nivel de polarización de CC de 600 VCC y un voltaje de ondulación superpuesto de 80 Vpp, se puede considerar un tipo CeraLink® FA10 de 700 V, que ofrece una capacitancia efectiva típica de 4 µF en el rango de temperatura de 25 a 60 °C.

Las siguientes tablas comparan las características geométricas y eléctricas de las dos soluciones de condensadores consideradas. Si no hay limitaciones de espacio, la solución de película tiene más ventajas en términos de coste y número de componentes, ya que una o varias piezas pueden satisfacer los requisitos eléctricos. Por el contrario, CeraLink® podría ser una opción si la altura total de la solución es crucial o si la tecnología de orificios pasantes no es posible. Además, CeraLink® muestra claras ventajas cuando se requiere una mayor capacidad de corriente y/o si se aumenta la frecuencia de conmutación.

Ventaja

* a 16 kHz y 65 °C de temperatura ambiente, temperatura del dispositivo de 150 °C, sin enfriamiento forzado.** Configuración para una vida útil esperada > 88 000 horas en aplicación continua a 65 °C Temperatura ambiente.

Ventaja

* a 32 kHz y 65 °C de temperatura ambiente, temperatura del dispositivo de 150 °C, sin enfriamiento forzado.** Configuración para una vida útil esperada > 200 000 horas en aplicación continua a 65 °C Temperatura ambiente.

El amplificador de condensador volante es una solución de alta eficiencia y bajo costo para aplicaciones de inversores solares. Las principales ventajas son la multiplicación de frecuencia, el menor voltaje del semiconductor, la menor ondulación de voltaje y corriente, las menores pérdidas de conmutación y la baja emisión de EMI.

TDK cuenta con una amplia gama de diversas tecnologías de condensadores, que pueden admitir una amplia gama de valores de capacitancia y voltaje. Los detalles se pueden ver haciendo clic en los tipos de productos.