Ein gutes Pferd verdient einen guten Sattel! Um die Vorteile von SiC-Bauelementen voll auszuschöpfen, ist es außerdem notwendig, das Schaltungssystem mit geeigneten Kondensatoren zu kombinieren. Von der Hauptantriebssteuerung in Elektrofahrzeugen bis hin zu leistungsstarken Anwendungen im Bereich neuer Energien wie Photovoltaik-Wechselrichtern etablieren sich Folienkondensatoren zunehmend als Standard, und der Markt benötigt dringend Produkte mit einem hervorragenden Preis-Leistungs-Verhältnis.
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd. hat kürzlich DC-Stützfolienkondensatoren auf den Markt gebracht, die vier herausragende Vorteile bieten und sich daher für die IGBTs der siebten Generation von Infineon eignen. Sie tragen außerdem dazu bei, die Herausforderungen hinsichtlich Stabilität, Zuverlässigkeit, Miniaturisierung und Kosten in SiC-Systemen zu bewältigen.
Folienkondensatoren erreichen in Hauptantriebsanwendungen einen Marktanteil von nahezu 90 %. Warum benötigen SiC- und IGBT-Systeme sie?
In den letzten Jahren ist mit der rasanten Entwicklung neuer Energiebranchen wie Energiespeicherung, Ladeinfrastruktur und Elektromobilität die Nachfrage nach DC-Link-Kondensatoren stark gestiegen. Vereinfacht gesagt, fungieren DC-Link-Kondensatoren in Schaltungen als Puffer, indem sie hohe Impulsströme vom Bus-Ende absorbieren und die Busspannung glätten. Dadurch schützen sie IGBT- und SiC-MOSFET-Schalter vor hohen Impulsströmen und transienten Spannungsspitzen.
Typischerweise werden Aluminium-Elektrolytkondensatoren in Gleichstromanwendungen eingesetzt. Da jedoch die Bordspannung von Elektrofahrzeugen von 400 V auf 800 V steigt und Photovoltaikanlagen auf 1500 V und sogar 2000 V hinauslaufen, steigt die Nachfrage nach Folienkondensatoren deutlich an.
Daten zeigen, dass die installierte Leistung von elektrischen Antriebsumrichtern mit Zwischenkreis-Folienkondensatoren im Jahr 2022 5,1117 Millionen Einheiten erreichte und damit 88,7 % der gesamten installierten Leistung elektronischer Steuerungen ausmachte. Führende Hersteller elektronischer Steuerungen wie Fudi Power, Tesla, Inovance Technology, Nidec und Wiran Power setzen in ihren Antriebsumrichtern ebenfalls Zwischenkreis-Folienkondensatoren ein, mit einem kombinierten Anteil von bis zu 82,9 % installierter Leistung. Dies deutet darauf hin, dass Folienkondensatoren Elektrolytkondensatoren als Standard im Markt für elektrische Antriebe abgelöst haben.
Dies liegt daran, dass die maximale Spannungsfestigkeit von Aluminium-Elektrolytkondensatoren etwa 630 V beträgt. Bei Hochspannungs- und Hochleistungsanwendungen über 700 V müssen mehrere Elektrolytkondensatoren in Reihe und parallel geschaltet werden, um die Anforderungen zu erfüllen. Dies führt zu zusätzlichen Energieverlusten, höheren Materialkosten und Zuverlässigkeitsproblemen.
Eine Forschungsarbeit der Universität Malaysia zeigt, dass in Silizium-IGBT-Halbbrückenwechselrichtern typischerweise Elektrolytkondensatoren im Zwischenkreis verwendet werden. Aufgrund des hohen äquivalenten Serienwiderstands (ESR) dieser Kondensatoren können jedoch Spannungsspitzen auftreten. Im Vergleich zu Silizium-basierten IGBT-Lösungen weisen SiC-MOSFETs höhere Schaltfrequenzen auf, was zu höheren Spannungsspitzenamplituden im Zwischenkreis von Halbbrückenwechselrichtern führt. Da die Resonanzfrequenz von Elektrolytkondensatoren lediglich 4 kHz beträgt und somit nicht ausreicht, um die Stromwelligkeit von SiC-MOSFET-Wechselrichtern zu absorbieren, kann dies zu einer Verschlechterung der Geräteperformance oder sogar zu deren Beschädigung führen.
Daher werden in Gleichstromanwendungen mit höheren Zuverlässigkeitsanforderungen, wie z. B. elektrischen Antriebsumrichtern und Photovoltaik-Wechselrichtern, typischerweise Folienkondensatoren eingesetzt. Im Vergleich zu Aluminium-Elektrolytkondensatoren bieten sie Vorteile wie höhere Spannungsfestigkeit, niedrigeren ESR-Wert, Polaritätsunabhängigkeit, stabilere Leistung und längere Lebensdauer. Dies ermöglicht ein zuverlässigeres Systemdesign mit höherer Restwelligkeit.
Darüber hinaus können durch den Einsatz von Folienkondensatoren die Vorteile von SiC-MOSFETs hinsichtlich hoher Frequenzen und geringer Verluste wiederholt genutzt werden, wodurch Größe und Gewicht passiver Bauelemente (Induktivitäten, Transformatoren, Kondensatoren) im System deutlich reduziert werden. Laut einer Studie von Wolfspeed benötigt ein 10-kW-IGBT-Wechselrichter auf Siliziumbasis 22 Aluminium-Elektrolytkondensatoren, während ein 40-kW-SiC-Wechselrichter nur 8 Folienkondensatoren benötigt, was die Leiterplattenfläche erheblich verringert.
YMIN bringt neue Folienkondensatoren mit vier wesentlichen Vorteilen zur Unterstützung der neuen Energiewirtschaft auf den Markt.
Um den dringenden Marktanforderungen gerecht zu werden, hat YMIN kürzlich die Serien MDP und MDR von DC-Trägerfolienkondensatoren auf den Markt gebracht. Dank fortschrittlicher Fertigungsprozesse und hochwertiger Materialien sind diese Kondensatoren optimal mit den Betriebsanforderungen von SiC-MOSFETs und siliziumbasierten IGBTs führender Leistungshalbleiterhersteller wie Infineon kompatibel.
Die Folienkondensatoren der Serien MDP und MDR von YMIN zeichnen sich durch mehrere bemerkenswerte Merkmale aus: niedrigerer äquivalenter Serienwiderstand (ESR), höhere Nennspannung, geringerer Leckstrom und höhere Temperaturstabilität.
Erstens zeichnen sich die Folienkondensatoren von YMIN durch ein Design mit niedrigem ESR aus. Dadurch wird die Spannungsbelastung beim Schalten von SiC-MOSFETs und siliziumbasierten IGBTs effektiv reduziert, was die Kondensatorverluste minimiert und die Gesamtsystemeffizienz verbessert. Darüber hinaus verfügen diese Kondensatoren über eine höhere Nennspannung, sind für höhere Spannungen geeignet und gewährleisten einen stabilen Systembetrieb.
Die YMIN-Folienkondensatoren der Serien MDP und MDR bieten Kapazitätsbereiche von 5µF-150µF bzw. 50µF-3000µF und Spannungsbereiche von 350V-1500V bzw. 350V-2200V.
Zweitens zeichnen sich die neuesten Folienkondensatoren von YMIN durch einen geringeren Leckstrom und eine höhere Temperaturstabilität aus. Bei elektronischen Steuerungssystemen von Elektrofahrzeugen, die typischerweise mit hoher Leistung arbeiten, kann die entstehende Wärme die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Folienkondensatoren erheblich beeinträchtigen. Um dem entgegenzuwirken, verwenden die Serien MDP und MDR von YMIN hochwertige Materialien und fortschrittliche Fertigungstechniken, um eine verbesserte thermische Struktur für die Kondensatoren zu entwickeln. Dies gewährleistet einen stabilen Betrieb auch bei hohen Temperaturen und verhindert eine Wertverschlechterung oder einen Ausfall der Kondensatoren aufgrund von Temperaturanstieg. Darüber hinaus bieten diese Kondensatoren eine längere Lebensdauer und somit eine zuverlässigere Unterstützung für leistungselektronische Systeme.
Drittens zeichnen sich die Kondensatoren der Serien MDP und MDR von YMIN durch geringere Abmessungen und höhere Leistungsdichte aus. Beispielsweise geht der Trend bei 800-V-Elektroantriebssystemen hin zum Einsatz von SiC-Bauelementen, um die Größe von Kondensatoren und anderen passiven Komponenten zu reduzieren und so die Miniaturisierung der elektronischen Steuerungen voranzutreiben. YMIN verwendet hierfür eine innovative Dünnschichttechnologie, die nicht nur die Systemintegration und -effizienz erhöht, sondern auch die Systemgröße und das Gewicht reduziert und somit die Mobilität und Flexibilität der Geräte verbessert.
Die DC-Link-Folienkondensatoren von YMIN bieten insgesamt eine um 30 % verbesserte Spannungsfestigkeit (dv/dt) und eine um 30 % längere Lebensdauer im Vergleich zu anderen Folienkondensatoren auf dem Markt. Dies sorgt nicht nur für eine höhere Zuverlässigkeit von SiC/IGBT-Schaltungen, sondern auch für eine bessere Kosteneffizienz und überwindet somit die bisherigen Preisbarrieren für den breiten Einsatz von Folienkondensatoren.
Als Branchenpionier ist YMIN seit über 20 Jahren im Bereich der Kondensatoren tätig. Die Hochspannungskondensatoren des Unternehmens werden seit vielen Jahren zuverlässig in anspruchsvollen Anwendungsbereichen wie Bordelektronik, Ladesäulen für neue Energien, Photovoltaik-Wechselrichtern und Industrierobotern eingesetzt. Die neue Generation von Folienkondensatoren löst diverse Herausforderungen in der Produktionsprozesssteuerung und den Anlagen der Folienkondensatoren, hat die Zuverlässigkeitszertifizierung mit führenden globalen Unternehmen erfolgreich abgeschlossen und sich im Großeinsatz bewährt, wodurch die Zuverlässigkeit der Produkte auch größeren Kunden zugutekommt. Zukünftig wird YMIN seine langjährige technische Expertise nutzen, um die rasante Entwicklung der neuen Energiewirtschaft mit hochzuverlässigen und kosteneffizienten Kondensatoren zu unterstützen.
Weitere Informationen finden Sie unterwww.ymin.cn.
Veröffentlichungsdatum: 07.07.2024