太陽光パネルと電気自動車（EV）の使用は増え続けています。同社の電源システムは DC/DC コンバータと DC/AC インバータに依存しており、低周波リップルを低減し、電磁妨害 (EMI) の原因となる高周波成分をフィルタし、過渡負荷電流を吸収してこれらの要因が電源の一次側に影響を与えるのを防ぐコンデンサが必要です。このような電力アプリケーションで使用されるコンデンサは、信頼性が高く、小型、軽量、長寿命、優れた高周波性能を備えている必要があります。
薄膜コンデンサはこれらの電力アプリケーションに非常に適していますが、設計者は正しい選択を行うためにその構造と特性を理解する必要があります。
この記事では薄膜コンデンサについて簡単に紹介します。次に、イートン エレクトロニクス部門の製品を例として、電力アプリケーション用の薄膜コンデンサの選択と使用方法について説明します。
フィルムコンデンサ
すべてのコンデンサと同様に、フィルム コンデンサは、プラスチック フィルムの層で構成される絶縁媒体によって分離された 2 つの導電板で構成されています。プラスチック フィルムは通常ポリプロピレンでできており、損失が少なく、強度が高い媒体です (図 1)。導電プレートは、誘電体上に堆積された薄い金属箔または薄い金属層です。コアシャフトの周りに金属箔とフィルムを巻き、リード線を接続してから、コンデンサをプラスチックケースに封入し、環境の影響から保護するためにエポキシ樹脂で封止します。
示されているのは、交互の金属層と誘電体層を含む巻かれたコアシャフトで構成される薄膜コンデンサです。
図1: 薄膜コンデンサは、金属層と誘電体層を交互に含む巻回コアシャフトで構成され、保護プラスチックケースに密閉されています。 (画像出典: Eaton Electronics Division、Art Pini により修正)
薄膜コンデンサはエネルギー密度は比較的低いものの、高い静電容量密度などの特性を持っています。まず、薄膜コンデンサには極性がなく、AC 回路と DC 回路の両方に適しています。薄膜コンデンサの乾燥固体誘電体は、液体または半液体の電解質を使用したコンデンサと比較して、信頼性が高く、静電容量値が安定し、温度安定性に優れています。等価直列インダクタンス (ESL) と等価直列抵抗 (ESR) が低いため、高リップル電流を効率的に処理できるため、薄膜コンデンサは高周波アプリケーションに非常に適しています。薄膜コンデンサの最大の特徴は自己修復能力かもしれません。絶縁破壊が発生すると、局所的なホットスポットが発生し、隣接する金属が蒸発して非導電性の穴が形成されますが、コンデンサは正常に機能するため、耐用年数が長くなります。
フィルムコンデンサ
薄膜コンデンサは特定の用途向けに設計されており、一般的なタイプには安全、DC リンク、AC フィルタ、パルスなどがあります。安全なフィルム コンデンサは、AC ライン フィルタリング用途での伝導放射線を低減するために使用されます。多くの国際安全規格では、EMI を実施するための要件が規定されています。回路を通じて電力が供給される DC 充電器を電気自動車に装備することを検討してください。 DC 急速充電ステーションでは、コンデンサを介したコモン モードおよび差動モード EMI フィルタリングにより、ノイズ信号の迂回を可能にする低インピーダンス パスを提供すると同時に、電力損失を最小限に抑えることができます。
EMI抑制は、電源ラインとスイッチング電源の間に薄膜コンデンサを含むラインフィルタによって実現されます(図2)。