השבוע ננתח את השימוש בקבלי סרט במקום קבלים אלקטרוליטיים בקבלי DC-link. מאמר זה יחולק לשני חלקים.

עם התפתחות תעשיית האנרגיה החדשה, טכנולוגיית זרם משתנה נמצאת בשימוש נפוץ בהתאם, וקבלי DC-Link חשובים במיוחד כאחד מההתקנים המרכזיים לבחירה. קבלי DC-Link במסנני DC דורשים בדרך כלל קיבולת גדולה, עיבוד זרם גבוה ומתח גבוה וכו'. על ידי השוואת המאפיינים של קבלי סרט וקבלי אלקטרוליטיים וניתוח היישומים הקשורים, מאמר זה מסיק כי בתכנוני מעגלים הדורשים מתח פעולה גבוה, זרם אדווה גבוה (Irms), דרישות מתח יתר, היפוך מתח, זרם כניסה גבוה (dV/dt) ואורך חיים ארוך. עם התפתחות טכנולוגיית שקיעת אדים מתכתית וטכנולוגיית קבלי סרט, קבלי סרט יהפכו למגמה עבור מעצבים להחליף קבלים אלקטרוליטיים מבחינת ביצועים ומחיר בעתיד.

עם כניסתן של מדיניות חדשות הקשורות לאנרגיה ופיתוח תעשיות אנרגיה חדשות במדינות שונות, פיתוחן של תעשיות קשורות בתחום זה הביא הזדמנויות חדשות. וקבלים, כתעשיית מוצרים חיונית הקשורה במעלה הזרם, זכו גם הם להזדמנויות פיתוח חדשות. באנרגיה חדשה וכלי רכב חדשים לאנרגיה, קבלים הם רכיבים מרכזיים בבקרת אנרגיה, ניהול צריכת חשמל, ממירי חשמל ומערכות המרה DC-AC הקובעות את חיי הממיר. עם זאת, בממיר, זרם ישר משמש כמקור מתח קלט, המחובר לממיר דרך אפיק DC, הנקרא DC-Link או DC support. מכיוון שהממיר מקבל זרמי פולס RMS ושיא גבוהים מה-DC-Link, הוא מייצר מתח פולס גבוה על ה-DC-Link, מה שמקשה על הממיר לעמוד בו. לכן, קבל ה-DC-Link נחוץ כדי לספוג את זרם הפולס הגבוה מה-DC-Link ולמנוע את תנודות המתח הגבוהות של הממיר בטווח המקובל; מצד שני, הוא גם מונע מהממירים להיות מושפעים מחריגה יתר של מתח וממתח יתר חולף על ה-DC-Link.

תרשים סכמטי של השימוש בקבלי DC-Link במערכות הנעה חדשות של אנרגיה (כולל ייצור אנרגיית רוח וייצור חשמל פוטו-וולטאית) ומערכות הנעה חדשות של כלי רכב מוצג באיורים 1 ו-2.

איור 1 מציג את טופולוגיית מעגל ממיר אנרגיית הרוח, כאשר C1 הוא DC-Link (משולב בדרך כלל במודול), C2 הוא ספיגת IGBT, C3 הוא סינון LC (צד הרשת), ו-C4 הוא סינון DV/DT בצד הרוטור. איור 2 מציג את טכנולוגיית מעגל ממיר ההספק הפוטו-וולטאי, כאשר C1 הוא סינון DC, C2 הוא סינון EMI, C4 הוא DC-Link, C6 הוא סינון LC (צד הרשת), C3 הוא סינון DC, ו-C5 הוא ספיגת IPM/IGBT. איור 3 מציג את מערכת הנעת המנוע העיקרית במערכת רכב האנרגיה החדשה, כאשר C3 הוא DC-Link ו-C4 הוא קבל ספיגת IGBT.

ביישומי האנרגיה החדשים שהוזכרו לעיל, קבלי DC-Link, כהתקן מפתח, נדרשים לאמינות גבוהה וחיים ארוכים במערכות לייצור אנרגיית רוח, מערכות לייצור חשמל פוטו-וולטאית ומערכות רכב אנרגיה חדשות, ולכן בחירתם חשובה במיוחד. להלן השוואה בין מאפייני קבלי הסרט וקבלי האלקטרוליטיים וניתוחם ביישומי קבלי DC-Link.

1. השוואת תכונות

1.1 קבלי סרט

לראשונה מוצג עקרון טכנולוגיית המטליזציה של שכבה דקה מספיק של מתכת מתאדה על פני השטח של מדיום שכבה דקה. בנוכחות פגם במדיום, השכבה מסוגלת להתאדות ובכך לבודד את הנקודה הפגומה להגנה, תופעה המכונה ריפוי עצמי.

איור 4 מציג את עקרון ציפוי המטליזציה, שבו מדיית שכבה דקה עוברת טיפול מקדים (קורונה או אחרת) לפני האידוי כך שמולקולות מתכת יכולות להידבק אליה. המתכת מתאדה על ידי המסה בטמפרטורה גבוהה תחת ואקום (1400℃ עד 1600℃ לאלומיניום ו-400℃ עד 600℃ לאבץ), ואדי המתכת מתעבים על פני השטח של הסרט כשהוא פוגע בסרט המקורר (טמפרטורת קירור הסרט -25℃ עד -35℃), ובכך יוצרים ציפוי מתכת. פיתוח טכנולוגיית המטליזציה שיפר את החוזק הדיאלקטרי של הסרט הדיאלקטרי ליחידת עובי, ותכנון הקבלים עבור יישום פולסים או פריקה של טכנולוגיה יבשה יכול להגיע ל-500V/µm, ותכנון הקבלים עבור יישום מסנן DC יכול להגיע ל-250V/µm. קבל DC-Link שייך לאחרון, ובהתאם לתקן IEC61071 עבור יישומי אלקטרוניקת כוח, הקבל יכול לעמוד בהלם מתח חמור יותר, ויכול להגיע לפי 2 מהמתח המדורג.

לכן, המשתמש צריך לקחת בחשבון רק את מתח ההפעלה המדורג הנדרש לתכנון שלו. לקבלי שכבה מתכתית יש ESR נמוך, המאפשר להם לעמוד בזרמי אדוות גדולים יותר; ה-ESL הנמוך יותר עומד בדרישות התכנון של השראות נמוכה של ממירים ומפחית את אפקט התנודה בתדרי מיתוג.

איכות הדיאלקטרי של הסרט, איכות ציפוי המטליזציה, תכנון הקבל ותהליך הייצור קובעים את מאפייני הריפוי העצמי של הקבלים הממתכתיים. הדיאלקטרי של הסרט המשמש לקבלי DC-Link המיוצרים הוא בעיקר סרט OPP.

תוכן פרק 1.2 יפורסם במאמר של השבוע הבא.