استفاده از پنل های خورشیدی و وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) همچنان در حال افزایش است. سیستم قدرت آنها به مبدلهای DC/DC و اینورترهای DC/AC وابسته است، که به خازنها برای کاهش امواج فرکانس پایین، فیلتر اجزای فرکانس بالا که باعث تداخل الکترومغناطیسی (EMI) میشوند، و جذب جریانهای بار گذرا برای جلوگیری از تأثیر این عوامل بر طرف اصلی منبع تغذیه نیاز دارند. خازن های مورد استفاده در چنین کاربردهای برق باید قابل اعتماد، جمع و جور، سبک، طول عمر بالا و عملکرد فرکانس بالا خوب باشند.
اگرچه خازن های لایه نازک برای این کاربردهای قدرت بسیار مناسب هستند، طراحان باید ساختار و ویژگی های آنها را برای انتخاب درست درک کنند.
این مقاله به طور خلاصه خازن های لایه نازک را معرفی می کند. سپس، با در نظر گرفتن محصولات Eaton Electronics Division، نحوه انتخاب و استفاده از خازن های لایه نازک برای کاربردهای برق را مورد بحث قرار دهید.
خازن فیلم
مانند همه خازن ها، خازن های فیلم از دو صفحه رسانا تشکیل شده اند که توسط یک محیط عایق متشکل از لایه ای از فیلم پلاستیکی از هم جدا شده اند. فیلم پلاستیکی معمولاً از پلی پروپیلن ساخته شده و یک محیط کم تلفات و با استحکام بالا است (شکل 1). یک صفحه رسانا یک فویل فلزی نازک یا یک لایه فلزی نازک است که بر روی دی الکتریک قرار گرفته است. دور محور هسته فویل و فیلم بپیچید، سرنخ ها را به هم وصل کنید و سپس خازن را در یک محفظه پلاستیکی محصور کنید و آن را با رزین اپوکسی ببندید تا از تاثیرات محیطی محافظت شود.
تصویر نشان داده شده یک خازن لایه نازک است که از یک محور هسته زخمی شامل لایه های فلزی و لایه های دی الکتریک متناوب تشکیل شده است.
شکل 1: یک خازن لایه نازک از یک محور هسته زخمی حاوی لایه های فلزی و دی الکتریک متناوب تشکیل شده است که در یک محفظه پلاستیکی محافظ مهر و موم شده است. (منبع تصویر: Eaton Electronics Division، اصلاح شده توسط Art Pini)
اگرچه چگالی انرژی خازن های لایه نازک نسبتاً کم است، اما دارای چگالی خازنی و سایر ویژگی ها هستند. اولا، خازن های لایه نازک هیچ قطبی ندارند و برای مدارهای AC و DC مناسب هستند. در مقایسه با خازنهایی که از الکترولیتهای مایع یا نیمه مایع استفاده میکنند، دیالکتریک جامد خشک خازنهای لایه نازک دارای قابلیت اطمینان بالاتر، مقدار ظرفیت خازنی پایدار و پایداری دمایی عالی است. اندوکتانس سری معادل پایین تر (ESL) و مقاومت سری معادل (ESR) مدیریت کارآمد جریان های موج دار را تضمین می کند و خازن های لایه نازک را برای کاربردهای فرکانس بالا بسیار مناسب می کند. بزرگترین ویژگی خازن های لایه نازک ممکن است توانایی خود ترمیمی آنها باشد. اگر خرابی دی الکتریک اتفاق بیفتد، یک نقطه داغ محلی ایجاد می شود که باعث می شود فلزات مجاور تبخیر شوند و یک سوراخ نارسانا تشکیل دهند، اما خازن همچنان می تواند به طور عادی کار کند و در نتیجه عمر مفید خود را افزایش می دهد.
خازن فیلم
خازن های لایه نازک برای کاربردهای خاص با انواع متداول از جمله ایمنی، لینک DC، فیلتر AC و پالس طراحی شده اند. خازن های فیلم ایمن برای کاهش تشعشعات هدایت شده در کاربردهای فیلتر خط AC استفاده می شود. بسیاری از استانداردهای ایمنی بین المللی الزاماتی را برای انجام EMI مشخص می کنند. تجهیز خودروهای الکتریکی به یک شارژر DC که از طریق یک مدار تغذیه می شود را در نظر بگیرید. در ایستگاههای شارژ سریع DC، فیلتر کردن EMI حالت مشترک و حالت دیفرانسیل از طریق خازنها میتواند مسیر امپدانس کم را برای منحرف شدن سیگنالهای نویز و در عین حال دستیابی به کمترین اتلاف توان فراهم کند.
سرکوب EMI از طریق یک فیلتر خط، که شامل یک خازن لایه نازک بین خط برق و منبع تغذیه سوئیچینگ است، به دست می آید (شکل 2).
خازن های فیلم ایمنی CX و CY در فیلترهای خط (برای بزرگنمایی کلیک کنید)
شکل 2: خازن های فیلم ایمنی CX و CY در فیلتر خط یکپارچه شده اند تا از انتشار EMI به خط برق جلوگیری کنند. (منبع تصویر: Eaton Electronics Division)
قرار دادن خازن هایی با برچسب CX سیم به سیم می تواند EMI حالت دیفرانسیل را کاهش دهد. خازن های CY از هر خط به زمین متصل می شوند تا EMI حالت مشترک کاهش یابد.
خازن های پیوند DC فیلترهایی را در مدارهای DC بین مراحل AC صاف می کنند. به عنوان مثال، یک فیلتر خازن سلف (LC) را روی باس DC بین مراحل یکسو کننده و اینورتر مدار محرک موتور نصب کنید (شکل 3).