關(guān)于薄膜電容器模組的中心議題：
- 典型的感應(yīng)加熱設(shè)備機(jī)芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)
- 薄膜電容器模組使用優(yōu)點(diǎn)
- 電容器模組實(shí)際應(yīng)用
1、引言
感應(yīng)加熱技術(shù),早期應(yīng)用在家用電磁爐上。后來隨著高效,節(jié)能及環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)越來越顯著,加上產(chǎn)品技術(shù)成熟及使用穩(wěn)定,感應(yīng)加熱技術(shù)逐漸開始往工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展。從早期的單相2KW,到現(xiàn)在的三相100KW及以上,在短短的幾年時間里,感應(yīng)加熱技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)品的應(yīng)用有了一個質(zhì)的飛躍。隨之設(shè)備內(nèi)部的功率元器件 (如整流橋,IGBT模塊,薄膜電容器等)要求越來越高,其可靠性及穩(wěn)定性決定了設(shè)備的使用安全及壽命。
2、典型的感應(yīng)加熱設(shè)備機(jī)芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)
感應(yīng)加熱設(shè)備電路結(jié)構(gòu)分為兩種，從市面上的產(chǎn)品來看,30KW以內(nèi)采用的是半橋，30KW以上采用的是全橋，以半橋30KW機(jī)芯來看,薄膜電容器的使用情況如下:
DC-LINK:30-40μF(800VDC),采用多個分立電容器并聯(lián)的方式 (3-13個)
高壓諧振:單臂1.2-1.4μF(1600VDC),采用多個分立電容器并聯(lián)的方式 (3-14個)
或單臂0.7-0.8μF(3000VDC),采用多個分立電容器并聯(lián)的方式 (3-12個)
從上述典型機(jī)芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看,該結(jié)構(gòu)存在以下問題點(diǎn):
1.電路主回路采用PCB連接,當(dāng)機(jī)芯功率越大, 輸入整流橋前的交流主回路,整流橋輸出后的直流母線主回路,LC諧振輸出主回路電流就越大。為了PCB銅箔能提供足夠的過流能力及降低銅箔溫升,必須加大 PCB尺寸,增加主回路銅箔寬度,增加PCB銅箔厚度,最終會導(dǎo)致PCB價格昂貴,增加了機(jī)芯的總體成本。
2.某部份企業(yè)的產(chǎn)品,由于機(jī)芯尺寸受到限制,所以PCB尺寸無法做的太大.通常采取的做法是PCB露銅并人工鍍錫,用焊錫來增加銅箔厚度,增加PCB過流能力。(人工鍍錫厚度無法準(zhǔn)確控制)或者是用銅片,銅線等圍繞各主回路一圈,再人工鍍錫。無論何種鍍錫工藝,都會增加操作的復(fù)雜性,增加人工成本。
[page]
3.電路主回路跟單片機(jī)控制電路集成在一塊PCB上,強(qiáng)電/弱電沒分離,容易造成驅(qū)動部份受到干擾。嚴(yán)重者導(dǎo)致IGBT模塊上下管直通,燒毀IGBT模塊及整流橋模塊。
4.假如PCB電路板中某一小部分電路或元件失效,導(dǎo)致機(jī)芯無法正常工作,則維修需要更換整塊PCB。其它元器件無法再拆下來使用,增加了維修成本及維修難度。
5.PCB中采用多個分立電容器并聯(lián),由于走線問題,導(dǎo)致每只電容器在實(shí)際使用過程中由于在電路中的線路分布電感不一致,最終導(dǎo)致過流不一致.嚴(yán)重者會導(dǎo)致某只電容器發(fā)熱嚴(yán)重?zé)龤?(均流,均壓問題在高頻大功率感應(yīng)加熱設(shè)備中必須重視!)
6.機(jī)芯中的DC-LINK電容器,高壓諧振電容器等,由于自身有一定的發(fā)熱,故目前業(yè)內(nèi)都采用對機(jī)芯風(fēng)冷的方式,對電容器等元器件進(jìn)行散熱。由于無法做到全密封,會導(dǎo)致油煙,水氣,蟑螂,金屬粉塵等從散熱風(fēng)機(jī)/風(fēng)口進(jìn)入機(jī)芯內(nèi)部,沉積在PCB上,讓元件間引腳容易高壓打火放電,短路等.機(jī)芯容易失控,嚴(yán)重者發(fā)生燒毀現(xiàn)象。
3、薄膜電容器模組應(yīng)用在感應(yīng)加熱設(shè)備上
從上圖可見,DC-LINK電容器模組代替了典型機(jī)芯電路的多個分立并聯(lián)的濾波電容器。高壓諧振電容器模組,代替了典型機(jī)芯電路的多個分立并聯(lián)的諧振電容器。電容器模組一體化封裝,利用鋁殼散熱,M6螺母引出,塑膠卡鎖在散熱板上固定。
4、薄膜電容器模組使用優(yōu)點(diǎn)
1 機(jī)芯內(nèi)部主回路采用銅條搭橋的工藝結(jié)構(gòu),銅條厚度得到保證,主回路過流能力強(qiáng),銅條溫升低。安裝操作簡單,方便,快捷,高效,大大降低出錯機(jī)率。
2 主回路只需要兩條銅條,代替了以往的一大塊PCB,在產(chǎn)品材料成本上及人工費(fèi)用上,大大的降低了,產(chǎn)品可靠性得到提高.省去了PCB插件,過錫爐,補(bǔ)焊等工序。
[page]
3 主回路跟驅(qū)動控制部份分離,做到強(qiáng)電/弱電分離，減少主諧振回路對芯片驅(qū)動部份的干擾。對產(chǎn)品的售后維修等帶來方便,元器件可再次使用,降低了維修成本。
4 由于電容器均采用模組形式封裝,可利用鋁殼散熱,機(jī)芯完全可以做到全密封。解決了油煙,水氣,蟑螂,金屬粉塵等進(jìn)入機(jī)芯內(nèi)部的問題,提高了產(chǎn)品的可靠性及使用壽命。
5 電容器由多個分立式并聯(lián)改為單一模組形式,解決了分立式電容器過流不均,分壓不均等問題,縮短主回路的線路距離,降低了線路分布電感對功率元器件的影響。
5、電容器模組實(shí)際使用情況
為測試鋁殼散熱諧振電容器模組內(nèi)部溫度,在制作樣品時電容器模組內(nèi)部裝入一只NTC熱敏電阻。某客戶使用2*0.8μF/1600VDC模組,用在15KW商用電磁爐半橋電路。
從實(shí)測數(shù)據(jù)可知,諧振電容器模組在室溫25℃和老化房40℃下,滿功率工作45分鐘左右,電容器內(nèi)部薄膜溫升達(dá)到穩(wěn)定,并隨著工作時間的增加,溫度一直穩(wěn)定下去。
目前DC-LINK電容器模組(MKP-LA)和高壓諧振電容器模組(MKPH-RA)經(jīng)過多家合作單位批量使用后,本司創(chuàng)格電子已對該系列電容器模組產(chǎn)品成功申請國家專利。
6、總結(jié)
IGBT可以由單管形式做成模塊形式,散熱效果好,過流能力強(qiáng).本司參考IGBT內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu),研發(fā)出帶鋁殼散熱結(jié)構(gòu)的電容器模組,應(yīng)用在感應(yīng)加熱設(shè)備上。經(jīng)過多家合作單位批量使用后,已于2010年大量推廣使用。
隨著感應(yīng)加熱設(shè)備市場需求量的不斷增加,產(chǎn)品競爭越來越激烈。企業(yè)要提高自身產(chǎn)品的市場占有率,必須投入人力物力,對舊產(chǎn)品進(jìn)行更新,技術(shù)進(jìn)行升級,才能提升企業(yè)自身的競爭力。
