Charakteristika a aplikace odlehčovacích kondenzátorů

Co je to odlehčovací kondenzátor?

A odlehčovací kondenzátor , také známý jako vyrovnávací kondenzátor , je speciální typ kondenzátoru používaný k potlačení napěťových špiček v obvodu , snížení elektromagnetického rušení a ochraně spínacích zařízení . Obvykle je zapojen do série s rezistorem a pak paralelně přes spínací zařízení (jako je IGBT, MOSFET nebo tyristor), které potřebuje ochranu, nebo přes uzel, který prochází napěťovým rázem.
Jeho hlavní funkcí není poskytovat energii, ale „absorbovat“ nebo „ukládat“ škodlivou, chvilkovou přebytečnou energii.

Klíčové vlastnosti

Charakteristiky odlehčovacího kondenzátoru určují jeho výkon a použitelné scénáře. Jeho hlavní rysy jsou následující:

1. Schopnost odolávat vysokému napětí a vysokému pulzu

Musí být schopen odolat okamžitým špičkám vysokého napětí, které jsou mnohem vyšší než normální provozní napětí obvodu.
Jeho konstrukce a materiály mu umožňují odolávat opakovaným proudovým pulzům o vysoké intenzitě bez poškození.

2. Nízká ekvivalentní sériová indukčnost

To je jeden z kritických parametrů odlehčovacího kondenzátoru. Napěťové špičky se mění extrémně rychle, a pokud je parazitní indukčnost kondenzátoru příliš velká, bude bránit rychlé změně proudu, takže špičku včas neabsorbuje.

Ke snížení ESL používají odlehčovací kondenzátory obvykle speciální struktury, jako jsou:

Laminované tenkovrstvé struktury, jako jsou polypropylenové filmové kondenzátory, jsou běžně používané odlehčovací kondenzátory.

Ploché balení: Snižuje oblast proudové smyčky, čímž snižuje indukčnost.

Vícepinový design: Poskytuje paralelní vnitřní připojení, dále snižuje ESL a ekvivalentní sériový odpor.

3. Nízký ekvivalentní sériový odpor

Nízké ESR znamená, že kondenzátor generuje méně tepla při absorbování energie, což má za následek vysokou účinnost a dlouhou životnost.
Ve vysokofrekvenčních spínacích aplikacích je nárůst teploty způsobený ESR jednou z hlavních příčin selhání kondenzátoru.

4. Vysoká stabilita a dlouhá životnost

Odlehčovací kondenzátory pracují v drsných elektrických prostředích a vyžadují teplotní stabilitu, frekvenční charakteristiky a dlouhou životnost. V těchto aspektech vynikají kondenzátory s polypropylenovou fólií.

5. Schopnost rychlé reakce

Dokáže rychle reagovat na změny napětí na úrovni nanosekund a nabíjet a vybíjet včas.

Základní funkce a pracovní princip

Jednoduše řečeno, odlehčovací kondenzátor využívá základní charakteristiku, že napětí na kondenzátoru se nemůže náhle změnit.
Když dojde ke špičce napětí: kondenzátor poskytuje cestu s nízkou impedancí, okamžitě absorbuje (nabíjí) přebytečný náboj generovaný hrotem, čímž „vyrovnává“ napěťovou špičku.

Po přechodu napěťové špičky: kondenzátor pomalu uvolňuje (vybíjí) nahromaděnou energii přes odpor zapojený do série s ním, přičemž absorbovanou energii rozptyluje jako teplo v rezistoru.

Funkce sériových rezistorů:

Omezte vybíjecí proud kondenzátoru, abyste zabránili vzniku nadměrného zapínacího proudu na spínacím zařízení, když je zapnuto.
Tlumení lze dosáhnout LC rezonančním obvodem sestávajícím z kondenzátorů a parazitní indukčnosti obvodu, aby se zabránilo oscilacím.
Hlavní oblasti použití
Odlehčovací kondenzátory jsou široce používány ve všech výkonových elektronických obvodech s rychlým spínáním a indukční zátěží.

1. Spínaný zdroj
Používá se k absorbování napěťových špiček na výkonových spínacích tranzistorech, ochraně MOSFETů nebo IGBT, snížení spínacího šumu a zlepšení elektromagnetické kompatibility.

2. Motorové pohony a frekvenční měniče
V invertorovém můstku je překmit napětí zapojen paralelně s napájecími zařízeními, jako jsou IGBT, aby se potlačilo překmitnutí napětí během spínání, které je způsobeno hlavně indukčními zátěžemi, jako jsou motory a parazitní indukčností ve vedení. To je zásadní pro ochranu drahých napájecích modulů.

3. Obvod pro korekci účiníku
V zesilovacích obvodech PFC pomáhají vyrovnávací obvody vyrovnávat napětí na spínacích uzlech, čímž zvyšují účinnost a spolehlivost.

4. Invertor/konvertor
V zařízeních, jako jsou solární invertory a UPS, se používá k ochraně hlavních spínacích zařízení a zajištění stabilního provozu systému.

5. Indukční ohřev
Tyto aplikace zahrnují vysokou spínací frekvenci, vysoký výkon a extrémně vysoké napětí a proudové namáhání, díky čemuž jsou odlehčovací kondenzátory základní ochrannou součástí.

6. Řídicí obvod polovodičového laseru
Používá se k potlačení špiček a zvonění impulsu proudu měniče, čímž je zajištěna stabilita a životnost laserového výstupu.

7. Automobilová elektronika
V řídicích jednotkách motoru elektrických vozidel/hybridních vozidel a měničích DC-DC je pracovní prostředí drsné a požadavky na spolehlivost jsou extrémně vysoké, takže se široce používají vysoce výkonné odlehčovací kondenzátory.

8. Indukční vařič
Absorpce zpětného špičkového napětí na výkonovém tranzistoru je typická nízkonákladová a vysoce spolehlivá aplikace.