2238
好馬配好鞍！要充分發(fā)揮SiC器件優(yōu)勢，還需要為電路系統(tǒng)搭配適合的電容器。從電動車主驅(qū)電控到光伏逆變器等大功率新能源場景，薄膜電容逐漸成為主流，市場亟需高性價比的產(chǎn)品。
近日，上海永銘電子股份有限公司推出了直流支撐薄膜電容器，4個突出優(yōu)勢使其適用于英飛凌第七代IGBT，并且有助于解決SiC系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、小型化和成本等難題。
薄膜電容主驅(qū)滲透率近90%
SiC和IGBT為何需要它？
近年來，隨著光儲充和EV等新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，直流支撐（DC-Link）電容的需求在快速增加。簡單來講，DC-Link電容在電路中充當肉盾，吸收母線端的高脈沖電流，平滑母線電壓，從而使IGBT和SiC MOSFET開關(guān)不受高脈沖電流和瞬時電壓的沖擊。
通常，直流支撐應(yīng)用通常采用鋁電解電容，不過，隨著新能源汽車母線電壓從400V提升到800V，光伏系統(tǒng)也走向1500V甚至2000V，薄膜電容需求正在大幅上升。
數(shù)據(jù)顯示，2022年基于DC-Link薄膜電容的電驅(qū)逆變器裝機量已經(jīng)達到511.17萬套，占電控裝機量的88.7%，弗迪動力、特斯拉、匯川技術(shù)、日本電產(chǎn)、蔚然動力等十幾家頭部電控企業(yè)的驅(qū)動逆變器都采用了DC-LINK薄膜電容，合計裝機量占比高達82.9%，表明薄膜電容已經(jīng)替代電解電容成為電驅(qū)市場主流。
2022年薄膜電容電驅(qū)市場占比 來源：NE時代、行家說Research
這是因為鋁電解電容的最高耐壓約為630V，在700V以上高壓大功率應(yīng)用場合，需要多顆電解電容的串、并聯(lián)才能達到使用要求，這會帶來額外的能量損耗、BOM成本和可靠性問題。
馬來西亞大學研究論文顯示，在硅IGBT半橋逆變器中，直流環(huán)節(jié)通常使用電解電容，但會出現(xiàn)電壓浪涌，這是由于電解電容的等效串聯(lián)電阻 (ESR)較高。與硅基IGBT方案相比，SiC MOSFET的開關(guān)頻率更高，因此半橋逆變器直流鏈路中的電壓浪涌幅度更高，有可能導致器件性能下降甚至損壞，而電解電容器的諧振頻率僅為4kHz，不足以吸收SiC MOSFET逆變器的電流紋波1。
因此，在可靠性要求更高的電驅(qū)逆變器和光伏逆變器等直流應(yīng)用場合，通常會選擇使用薄膜電容，相比鋁電解電容器，其性能優(yōu)勢在于耐壓更高、ESR更低、無極性、性能更穩(wěn)定、壽命更長，從而可以實現(xiàn)抗紋波能力更強、更可靠的系統(tǒng)設(shè)計。
而且系統(tǒng)搭配薄膜電容，可以重復(fù)發(fā)揮SiC MOSFET的高頻、低損耗優(yōu)勢，大幅縮小系統(tǒng)的被動元件（電感、變壓器、電容）的體積和重量。根據(jù)Wolfspeed研究，10kW硅基IGBT逆變器需要22顆鋁電解電容，而40kW的SiC逆變器只需8顆薄膜電容，PCB面積可大幅縮小2。
不同電容方案（左上圖）及系統(tǒng)尺寸對比 來源：Wolfspeed、行家說Research
永銘推出新型薄膜電容
4大優(yōu)勢助力新能源產(chǎn)業(yè)
為解決市場的“燃眉之急”，永銘電子最近推出了直流支撐薄膜電容器MDP和MDR系列，通過采用先進的制造工藝和優(yōu)質(zhì)的材料，能夠完美適配英飛凌等全球功率半導體領(lǐng)頭羊的SiC MOSFET和硅基IGBT的工作要求。
據(jù)了解，永銘電子的MDP和MDR系列薄膜電容具有多個突出特點：更低的等效串聯(lián)電阻（ESR）、更高的額定電壓、更低的漏電流和更高的溫度穩(wěn)定性。
永銘電子薄膜電容4大優(yōu)勢特點
首先，永銘電子的薄膜電容采用了低ESR設(shè)計，可以有效降低SiC MOSFET和硅基IGBT開關(guān)時的電壓應(yīng)力，減小電容器的損耗，提高整個系統(tǒng)的效率。同時，電容器還具有更高的額定電壓，可以承受更高電壓的工況，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
據(jù)介紹，永銘電子的MDP和MDR系列薄膜電容的容量范圍分別為5uF-150uF和50uF-3000uF，電壓范圍分別為350V-1500V和350V-2200V。
其次，永銘電子的最新薄膜電容具有更低的漏電流和更高的溫度穩(wěn)定性。以新能源汽車電控為例，其功率通常較大，從而導致薄膜電容的發(fā)熱較為嚴重，這會降低薄膜電容的壽命及可靠性。為此，永銘的MDP和MDR系列基于優(yōu)質(zhì)的材料和先進的制造工藝，為薄膜電容設(shè)計了更好的散熱結(jié)構(gòu)，從而在高溫環(huán)境下電容器能夠保持穩(wěn)定的性能，不會因為溫度升高而導致電容值下降或失效。此外，電容器還具有更長的使用壽命，可以為電力電子系統(tǒng)提供更加可靠的支持。
第三，永銘電子的MDP和MDR系列電容器還具有更小的體積和更高的功率密度。以800V電驅(qū)系統(tǒng)為例，其技術(shù)趨勢是通過采用SiC器件來縮小電容等被動器件的體積，進而推動電控的小型化。永銘采用了創(chuàng)新的薄膜制造工藝技術(shù)，不僅可以提高整個系統(tǒng)的集成度和效率，還可以減少系統(tǒng)的體積和重量，為設(shè)備的便攜性和靈活性提供更多的可能性。
綜合來看，永銘電子的DC-Link薄膜電容系列產(chǎn)品，相較市面上的其他薄膜電容，其dv/dt耐受能力提高了30%，壽命提升了30%，不僅能夠為SiC/IGBT電路提供更好的可靠性，還能夠提供更好的成本效益，破解薄膜電容普及化應(yīng)用中的價格障礙。
作為行業(yè)先行者，永銘電子在電容領(lǐng)域已經(jīng)深耕二十余年，其高壓電容器已多年穩(wěn)定應(yīng)用在車載OBC、新能源充電樁、光伏逆變、工業(yè)機器人等高端領(lǐng)域。而這次推出新一代薄膜電容產(chǎn)品，更是解決了薄膜電容的生產(chǎn)工藝控制、工裝治具設(shè)備等各方面難題，已經(jīng)在全球頭部企業(yè)處完成可靠性認證，實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，向更大客戶證明產(chǎn)品的可靠性。未來，他們將利用自身長期的技術(shù)積累和沉淀，用高可靠性和高性價比的電容產(chǎn)品助力新能源行業(yè)快速發(fā)展。
文章來源：[1]https://www.powersystemsdesign.com/articles/sic-poised-to-revolutionize-solar-power-inverters/34/6182[2]https://journals.uran.ua/eejet/article/view/285684/283753
下載ECAD模型
