Charakteristiky a aplikácie odľahčovacích kondenzátorov

Čo je to odľahčovací kondenzátor?

A tlmiaci kondenzátor , tiež známy ako vyrovnávací kondenzátor , je špeciálny typ kondenzátora používaný na potlačenie napäťových špičiek v obvode , zníženie elektromagnetického rušenia a ochranu spínacích zariadení . Typicky je zapojený do série s odporom a potom paralelne cez spínacie zariadenie (ako je IGBT, MOSFET alebo tyristor), ktoré potrebuje ochranu, alebo cez uzol, v ktorom dochádza k prepätiu.
Jeho hlavnou funkciou nie je dodávať energiu, ale „absorbovať“ alebo „ukladať“ škodlivú, chvíľkovú nadmernú energiu.

Kľúčové vlastnosti

Charakteristiky tlmiaceho kondenzátora určujú jeho výkon a použiteľné scenáre. Jeho hlavné vlastnosti sú nasledovné:

1. Schopnosť odolávať vysokému napätiu a vysokému impulzu

Musí byť schopný odolať okamžitým špičkám vysokého napätia, ktoré sú oveľa vyššie ako bežné prevádzkové napätie obvodu.
Jeho konštrukcia a materiály mu umožňujú odolávať opakovaným prúdovým impulzom vysokej intenzity bez poškodenia.

2. Nízka ekvivalentná sériová indukčnosť

Toto je jeden z kritických parametrov tlmiaceho kondenzátora. Napäťové špičky sa menia extrémne rýchlo a ak je parazitná indukčnosť kondenzátora príliš veľká, bráni rýchlej zmene prúdu, čím nedokáže včas absorbovať špičku.

Na zníženie ESL tlmiace kondenzátory zvyčajne využívajú špeciálne štruktúry, ako napríklad:

Laminované tenkovrstvové štruktúry, ako sú polypropylénové filmové kondenzátory, sú bežne používané tlmiace kondenzátory.

Plochý balík: Zmenšuje oblasť prúdovej slučky, čím znižuje indukčnosť.

Viackolíkový dizajn: Poskytuje paralelné interné pripojenia, čím ďalej znižuje ESL a ekvivalentný sériový odpor.

3. Nízky ekvivalentný sériový odpor

Nízke ESR znamená, že kondenzátor pri absorbovaní energie generuje menej tepla, čo má za následok vysokú účinnosť a dlhú životnosť.
Vo vysokofrekvenčných spínacích aplikáciách je nárast teploty spôsobený ESR jednou z hlavných príčin zlyhania kondenzátora.

4. Vysoká stabilita a dlhá životnosť

Tlmiace kondenzátory pracujú v drsnom elektrickom prostredí a vyžadujú teplotnú stabilitu, frekvenčné charakteristiky a dlhú životnosť. V týchto aspektoch vynikajú polypropylénové filmové kondenzátory.

5. Schopnosť rýchlej reakcie

Dokáže rýchlo reagovať na zmeny napätia na úrovni nanosekúnd a včas sa nabíjať a vybíjať.

Hlavná funkcia a pracovný princíp

Jednoducho povedané, tlmiaci kondenzátor využíva základnú charakteristiku, že napätie na kondenzátore sa nemôže náhle zmeniť.
Keď dôjde k skoku napätia: kondenzátor poskytuje cestu s nízkou impedanciou, okamžite absorbuje (nabíja) prebytočný náboj generovaný hrotom, čím "vyrovná" napäťovú špičku.

Po prechode napäťovej špičky: kondenzátor pomaly uvoľňuje (vybíja) uloženú energiu cez odpor zapojený do série s ním, pričom absorbovanú energiu rozptýli ako teplo v rezistore.

Funkcia sériových rezistorov:

Obmedzte vybíjací prúd kondenzátora, aby ste predišli vytváraniu nadmerného nárazového prúdu na spínacom zariadení, keď je zapnuté.
Tlmenie je možné dosiahnuť LC rezonančným obvodom pozostávajúcim z kondenzátorov a obvodovej parazitnej indukčnosti, aby sa zabránilo oscilácii.
Hlavné oblasti použitia
Tlmiace kondenzátory sú široko používané vo všetkých výkonových elektronických obvodoch s rýchlym spínaním a indukčnými záťažami.

1. Spínaný zdroj
Používa sa na absorbovanie napäťových špičiek na výkonových spínacích tranzistoroch, ochranu MOSFET alebo IGBT, zníženie šumu pri spínaní a zlepšenie elektromagnetickej kompatibility.

2. Motorové pohony a frekvenčné meniče
V invertorovom mostíku je prekmit napätia zapojený paralelne s napájacími zariadeniami, ako sú IGBT, aby sa potlačil prekmit napätia počas spínania, ktorý je spôsobený hlavne indukčnými záťažami, ako sú motory a parazitná indukčnosť vo vedení. To je rozhodujúce pre ochranu drahých napájacích modulov.

3. Obvod korekcie účinníka
V zosilňovacích obvodoch PFC pomáhajú vyrovnávacie obvody vyrovnávať napätie v spínacích uzloch, čím zlepšujú účinnosť a spoľahlivosť.

4. Invertor/konvertor
V zariadeniach, ako sú solárne invertory a UPS, sa používa na ochranu hlavných spínacích zariadení a zabezpečenie stabilnej prevádzky systému.

5. Indukčný ohrev
Tieto aplikácie zahŕňajú vysokú spínaciu frekvenciu, vysoký výkon a extrémne vysoké napätie a prúdové napätie, vďaka čomu sú tlmiace kondenzátory základnou ochrannou súčasťou.

6. Riadiaci obvod polovodičového lasera
Používa sa na potlačenie špičiek a zvonenia impulzu hnacieho prúdu, čím sa zabezpečuje stabilita a životnosť laserového výstupu.

7. Automobilová elektronika
V ovládačoch motora elektrických vozidiel/hybridných vozidiel a DC-DC konvertoroch je pracovné prostredie drsné a požiadavky na spoľahlivosť sú extrémne vysoké, preto sa široko používajú vysokovýkonné tlmiace kondenzátory.

8. Indukčný varič
Absorbovanie spätného špičkového napätia na výkonovom tranzistore je typická nízkonákladová aplikácia s vysokou spoľahlivosťou.