Un bon cheval mérite une bonne selle ! Pour exploiter pleinement les avantages des composants en carbure de silicium (SiC), il est également nécessaire d'associer le circuit à des condensateurs adaptés. De la commande de la motorisation principale des véhicules électriques aux applications de forte puissance dans le domaine des énergies nouvelles, comme les onduleurs photovoltaïques, les condensateurs à film s'imposent progressivement et le marché a un besoin urgent de produits performants à un prix compétitif.
Récemment, Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd. a lancé des condensateurs à film support DC présentant quatre avantages majeurs qui les rendent parfaitement adaptés aux IGBT de septième génération d'Infineon. Ils contribuent également à relever les défis liés à la stabilité, la fiabilité, la miniaturisation et le coût des systèmes SiC.
Les condensateurs à film sont désormais présents à près de 90 % dans les applications de commande principales. Pourquoi les transistors SiC et IGBT en ont-ils besoin ?
Ces dernières années, avec le développement rapide des nouvelles industries énergétiques telles que le stockage d'énergie, la recharge et les véhicules électriques, la demande en condensateurs de bus DC a fortement augmenté. En résumé, les condensateurs de bus DC agissent comme des tampons dans les circuits, absorbant les courants d'impulsion élevés à l'extrémité du bus et lissant la tension de celui-ci, protégeant ainsi les transistors IGBT et MOSFET SiC des courants d'impulsion élevés et des variations de tension transitoires.
Les condensateurs électrolytiques en aluminium sont généralement utilisés dans les applications de support en courant continu. Cependant, avec l'augmentation de la tension de bus des véhicules à énergies nouvelles (de 400 V à 800 V) et l'évolution des systèmes photovoltaïques vers 1 500 V, voire 2 000 V, la demande en condensateurs à film augmente considérablement.
Les données montrent qu'en 2022, la capacité installée des variateurs de fréquence à base de condensateurs à film DC-Link a atteint 5,1117 millions d'unités, soit 88,7 % de la capacité installée totale des systèmes de commande électronique. Les principaux fabricants de systèmes de commande électronique, tels que Fudi Power, Tesla, Inovance Technology, Nidec et Wiran Power, utilisent tous des condensateurs à film DC-Link dans leurs variateurs de fréquence, avec une part de capacité installée cumulée atteignant 82,9 %. Cela indique que les condensateurs à film ont supplanté les condensateurs électrolytiques et sont devenus la technologie dominante sur le marché des variateurs de fréquence.
Cela s'explique par le fait que la tension de résistance maximale des condensateurs électrolytiques en aluminium est d'environ 630 V. Dans les applications haute tension et haute puissance supérieures à 700 V, plusieurs condensateurs électrolytiques doivent être connectés en série et en parallèle pour répondre aux exigences d'utilisation, ce qui entraîne des pertes d'énergie supplémentaires, une augmentation du coût de la nomenclature et des problèmes de fiabilité.
Une étude de l'Université de Malaisie indique que les condensateurs électrolytiques sont généralement utilisés dans le bus continu des onduleurs demi-pont à IGBT en silicium. Cependant, des surtensions peuvent survenir en raison de la résistance série équivalente (ESR) élevée de ces condensateurs. Comparés aux solutions IGBT à base de silicium, les MOSFET en carbure de silicium (SiC) présentent des fréquences de commutation plus élevées, ce qui engendre des surtensions d'amplitude plus importante dans le bus continu des onduleurs demi-pont. Ceci peut entraîner une dégradation des performances, voire une détérioration du dispositif, car la fréquence de résonance des condensateurs électrolytiques n'est que de 4 kHz, insuffisante pour absorber l'ondulation de courant des onduleurs à MOSFET SiC.
Par conséquent, dans les applications CC exigeant une fiabilité accrue, telles que les onduleurs pour moteurs électriques et les onduleurs photovoltaïques, on privilégie généralement les condensateurs à film. Comparés aux condensateurs électrolytiques en aluminium, ils présentent plusieurs avantages : une résistance à la tension plus élevée, une ESR plus faible, une absence de polarité, une meilleure stabilité et une durée de vie plus longue, permettant ainsi la conception de systèmes plus fiables et offrant une meilleure résistance à l’ondulation.
De plus, l'utilisation de condensateurs à film dans le système permet de tirer parti des avantages des MOSFET SiC en termes de haute fréquence et de faibles pertes, réduisant ainsi considérablement la taille et le poids des composants passifs (inductances, transformateurs, condensateurs). Selon une étude de Wolfspeed, un onduleur IGBT de 10 kW à base de silicium nécessite 22 condensateurs électrolytiques en aluminium, tandis qu'un onduleur SiC de 40 kW n'en requiert que 8, ce qui réduit fortement la surface du circuit imprimé.
YMIN lance de nouveaux condensateurs à film présentant quatre avantages majeurs pour soutenir l'industrie des nouvelles énergies
Pour répondre aux besoins urgents du marché, YMIN a récemment lancé les séries MDP et MDR de condensateurs à film support CC. Grâce à des procédés de fabrication avancés et à des matériaux de haute qualité, ces condensateurs sont parfaitement compatibles avec les exigences de fonctionnement des MOSFET SiC et des IGBT à base de silicium des leaders mondiaux des semi-conducteurs de puissance tels qu'Infineon.
Les condensateurs à film des séries MDP et MDR de YMIN présentent plusieurs caractéristiques remarquables : une résistance série équivalente (ESR) plus faible, une tension nominale plus élevée, un courant de fuite plus faible et une stabilité thermique plus élevée.
Tout d'abord, les condensateurs à film de YMIN présentent une faible résistance série équivalente (ESR), ce qui réduit efficacement la contrainte de tension lors de la commutation des MOSFET SiC et des IGBT à base de silicium, minimisant ainsi les pertes et améliorant le rendement global du système. De plus, ces condensateurs supportent une tension nominale plus élevée, garantissant ainsi un fonctionnement stable du système.
Les condensateurs à film YMIN des séries MDP et MDR offrent des plages de capacité de 5uF à 150uF et de 50uF à 3000uF, et des plages de tension de 350V à 1500V et de 350V à 2200V, respectivement.
Deuxièmement, les condensateurs à film de dernière génération de YMIN présentent un courant de fuite réduit et une meilleure stabilité thermique. Dans les systèmes de commande électronique des véhicules électriques, généralement très puissants, la chaleur générée peut considérablement affecter la durée de vie et la fiabilité des condensateurs à film. Pour pallier ce problème, les séries MDP et MDR de YMIN intègrent des matériaux de haute qualité et des techniques de fabrication avancées afin de concevoir une structure thermique optimisée. Ceci garantit des performances stables même à haute température, évitant ainsi la dégradation des condensateurs ou leur défaillance due à l'échauffement. De plus, ces condensateurs offrent une durée de vie prolongée, assurant une fiabilité accrue aux systèmes d'électronique de puissance.
Troisièmement, les condensateurs des séries MDP et MDR de YMIN se caractérisent par une taille réduite et une densité de puissance plus élevée. Par exemple, dans les systèmes d'entraînement électrique 800 V, la tendance est à l'utilisation de composants SiC afin de réduire la taille des condensateurs et autres composants passifs, favorisant ainsi la miniaturisation des commandes électroniques. YMIN a mis en œuvre une technologie de fabrication de couches minces innovante, qui améliore non seulement l'intégration et l'efficacité globales du système, mais aussi sa taille et son poids, renforçant ainsi la portabilité et la flexibilité des dispositifs.
Globalement, la gamme de condensateurs à film DC-Link de YMIN offre une résistance aux variations de tension (dv/dt) supérieure de 30 % et une durée de vie accrue de 30 % par rapport aux autres condensateurs à film disponibles sur le marché. Elle garantit ainsi une meilleure fiabilité des circuits SiC/IGBT et un rapport coût-efficacité optimal, levant les obstacles financiers à la généralisation de l'utilisation des condensateurs à film.
Pionnière du secteur, YMIN est profondément ancrée dans le domaine des condensateurs depuis plus de 20 ans. Ses condensateurs haute tension sont utilisés depuis de nombreuses années avec succès dans des applications de pointe telles que les systèmes de contrôle embarqués (OBC), les bornes de recharge pour énergies nouvelles, les onduleurs photovoltaïques et les robots industriels. Cette nouvelle génération de condensateurs à film résout divers problèmes liés au contrôle et à l'équipement du processus de production, a obtenu la certification de fiabilité auprès d'entreprises internationales de premier plan et a été déployée à grande échelle, démontrant ainsi sa fiabilité auprès d'une clientèle nombreuse. À l'avenir, YMIN s'appuiera sur son expertise technique acquise au fil des ans pour accompagner le développement rapide du secteur des énergies nouvelles grâce à des condensateurs performants, fiables et économiques.
Pour plus d'informations, veuillez consulterwww.ymin.cn.
Date de publication : 7 juillet 2024