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ホームページPV ブースター段のフライング キャパシタ
フライング キャパシタ マルチレベル コンバータでは、追加のコンデンサを使用して、追加の (中間) 電圧レベル (DC リンクによって自然に与えられる 2 つのレベルを超える) が生成されます。これらのコンデンサは、半導体スイッチングのスイッチング状態に応じて、異なる電位にフローティングできます。したがって、これらは「フライング コンデンサ」と呼ばれます。一度適切な電圧 (たとえば、DC リンク電圧の半分) に充電されると、次の半分のスイッチング サイクルの間、一種の「電圧源」として機能します。したがって、追加の電圧レベルが提供されます。
これらのコンデンサは、この手法により高いリップル電流とスイッチング周波数にさらされる一方で、一定の電圧を維持する必要があるため、この要求の厳しいアプリケーションに適したコンポーネントを慎重に選択することが重要です。以下では、いくつかの設計例とコンポーネントを検討します。彼らへの提案。
次の仮定が適用されます。フライング コンデンサのリップル電圧の上限として ΔUFC = 80 Vpp、スイッチング周波数 fSW = 16 kHz、最大ピーク電流 Ipeak = 60 A。したがって、フライング コンデンサの必要な静電容量は次のようになります。 CFC = 24 µF であり、対応する式を使用して計算できます。(参考: Vincotech 技術論文「フライング キャパシタ ブースターの利点と動作」) パワー モジュールからの熱を想定し、周囲温度は 60 °C とします。フライングキャパシタには大きな影響を与えません。 発生した熱は主に PCB を介して放散されますが、自然対流によって静止空気中に放散されるのはごく一部です。 この用途には、さまざまなコンデンサ技術が考えられます。 ただし、以下では TDK フィルム コンデンサと CeraLink® セラミック コンデンサ テクノロジに焦点を当てます。
TDK は、DC リンク動作における顧客の主な要件に応じて、さまざまな電圧および静電容量範囲を提供します。 機械設計は 2 ～ 4 ピンで異なりますが、さまざまなリードスペースのオプションにより、低い自己インダクタンスや高い共振周波数などの電気的特性も改善されます。 長寿命 (> 100k 時間) と静電容量値の安定性に加えて、高い共振周波数、エネルギー密度、リップル電流、最大 125 °C の周囲温度、および湿気からの保護は、高周波スイッチング アプリケーションにとって優れた設計オプションです。
コンデンサの選択、モデリングデータ、およびアプリケーションのシミュレーションについては、CLARA (Capacitor Life And Rating Application) Web サイトをご覧ください。
CeraLink® は、DC リンクの電圧を安定化するため、またはスナバ アプリケーションで使用するための非常にコンパクトなコンデンサのファミリーです。 これらの製品は独自の反強誘電性セラミック技術に基づいており、その材料は電圧の増加とともに静電容量の増加を示します。 CeraLink® は、高速スイッチング コンバータ (SiC/GaN など)、スペース要件が非常に狭いコンバータ、および最大 150 °C の高温動作に耐えなければならないコンバータ向けに最適化されたコンパクトなコンポーネントをエンジニアに提供するように設計されています。
CeraLink® の静電容量の動作は非線形であり、DC バイアスおよび周囲温度の上昇下での動作に最適化されていることに注意することが重要です。詳細については、テクニカル ガイドまたはシミュレーション ツールボックスを参照してください。 600 VDC の DC バイアス レベルと 80 Vpp の重畳リップル電圧を備えた CeraLink® FA10 700V タイプは、25 ～ 60 °C の温度範囲で通常 4 µF の実効静電容量を提供します。
次の表は、検討された 2 つのコンデンサ ソリューションの幾何学的および電気的特性を比較しています。 スペースの制約がない場合、1 つまたは少数の部品で電気要件を満たすことができるため、フィルム ソリューションはコストと部品数の点でより多くの利点があります。 対照的に、ソリューションの全高が重要な場合、またはスルーホール技術が不可能な場合は、CeraLink® が選択肢となる可能性があります。 さらに、CeraLink® は、より高い電流能力が必要な場合やスイッチング周波数が増加した場合に明らかな利点を示します。