เมื่อ Power Electronics แรงดันสูงขึ้น! Murata, TDK และ Knowles เปิดเกมรุกด้วยคาปาซิเตอร์รุ่นใหม่

ไฮไลต์ข่าว

Murata, TDK และ Knowles เดินหน้าขยายกลุ่มผลิตภัณฑ์คาปาซิเตอร์สำหรับงาน Power Electronics ที่ต้องรับมือกับแรงดัน กระแสริปเปิล อุณหภูมิ และสภาวะการทำงานที่รุนแรงมากขึ้น โดย Murata เปิดตัวคาปาซิเตอร์เซรามิก DE5 ที่ยกระดับมาตรฐานความปลอดภัยจาก Y2 เป็น Y1 ขณะที่ TDK เพิ่มคาปาซิเตอร์อะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์ 125V สำหรับวงจร DC-link และ Knowles เปิดตัวคาปาซิเตอร์ฟิล์ม Type PPH ที่รองรับแรงดันสูงสุด 2,000VDC สำหรับวงจร Pulse, Snubber และ Commutation

รายละเอียด

ผลิตภัณฑ์ใหม่ของทั้งสามบริษัทถูกพัฒนาขึ้นเพื่อรองรับการใช้งานที่แตกต่างกันในระบบ Power Electronics แต่มีจุดร่วมคือการรองรับแรงดันและสภาวะการทำงานที่สูงขึ้น โดยเฉพาะในยานยนต์ไฟฟ้า ระบบชาร์จ และอุปกรณ์ Power Electronics สำหรับงานอุตสาหกรรม

Murata มุ่งเน้นไปที่คาปาซิเตอร์เพื่อความปลอดภัยในระบบยานยนต์ ด้วยซีรีส์ DE5 ที่ยกระดับจากผลิตภัณฑ์ DE6 เดิมซึ่งอยู่ในระดับ Y2 ขึ้นมาเป็น Y1 ขณะที่ TDK เพิ่มรุ่นแรงดัน 125V เพื่อรองรับ DC-link capacitor bank ในระบบที่มีแรงดันสูงขึ้น ส่วน Knowles เลือกเจาะตลาดวงจรสวิตชิ่งแรงดันสูง ด้วยคาปาซิเตอร์ฟิล์มที่ผ่านมาตรฐาน AEC-Q200 และรองรับแรงดันได้สูงถึง 2,000VDC

Murata ยกระดับจาก Y2 สู่ Y1

Murata เปิดตัวคาปาซิเตอร์เซรามิกแบบแผ่นกลมชนิดมีขา (Lead-type Disc Ceramic Capacitor) ซีรีส์ DE5 ซึ่งออกแบบมาสำหรับงาน Powertrain และระบบความปลอดภัยในรถยนต์เป็นหลัก เช่น Onboard Charger, สายชาร์จ และวงจรกรองของ DC-DC Converter

ซีรีส์ DE5 ผ่านมาตรฐาน IEC 60384-14 ในระดับ X1/Y1 และเป็นไปตามข้อกำหนด AEC-Q200 Rev. E ทำให้เหมาะกับงานที่ต้องการระดับแรงดันและความสามารถในการรับแรงดันกระชากสูงกว่า DE6 รุ่นเดิมของ Murata

จุดแตกต่างสำคัญอยู่ที่ระดับความปลอดภัยและแรงดันที่รองรับ โดย DE6 มีระดับ Y2 ที่ 300VAC และรองรับแรงดันอิมพัลส์ 5kV ขณะที่ DE5 เพิ่มขึ้นเป็นระดับ Y1 ที่ 500VAC และรองรับแรงดันอิมพัลส์สูงถึง 12kV

นอกจากนี้ DE5 ยังรองรับแรงดัน 760VAC สำหรับการใช้งานแบบ X1 และ 1,500VDC มีค่าความจุตั้งแต่ 100pF ถึง 4,700pF ส่วนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวคาปาซิเตอร์อยู่ระหว่าง 6–14mm

สำหรับการใช้งานในยานยนต์ DE5 สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 125°C และรองรับการทดสอบ Temperature Cycle จำนวน 1,000 รอบ ในช่วงอุณหภูมิ -55°C ถึง +125°C ตัวคาปาซิเตอร์ใช้สารเคลือบอีพ็อกซีชนิดหน่วงการติดไฟในระดับเทียบเท่า UL94 V-0 และใช้เรซินภายนอกแบบปราศจากฮาโลเจน

คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยเพิ่ม Margin ทั้งด้านฉนวนและแรงดันให้กับนักออกแบบ โดยเฉพาะระบบชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าที่ต้องการประสิทธิภาพสูงกว่าข้อกำหนดทั่วไปของคาปาซิเตอร์ระดับ Y2

TDK เพิ่มแรงดันให้ DC-link รองรับระบบที่สูงขึ้น

ทางด้าน TDK ได้ขยายกลุ่มคาปาซิเตอร์อะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์ในตระกูล B43693/B43793 และ B41687/B41787 ซึ่งออกแบบมาสำหรับงาน DC-link โดยเพิ่มรุ่นแรงดัน 125V ในตระกูล B43693/B43793 และปรับปรุงซีรีส์ B41687/B41787 ที่รองรับ 63V

ผลิตภัณฑ์ชุดใหม่นี้ครอบคลุมการใช้งานตั้งแต่ระบบแบตเตอรี่ 48V ไปจนถึงสถาปัตยกรรมที่มีแรงดันประมาณ 120V

ข้อได้เปรียบของรุ่น 125V คือ ในระบบ 96V บางรูปแบบ นักออกแบบสามารถลดความจำเป็นในการนำคาปาซิเตอร์แรงดันต่ำหลายตัวมาต่ออนุกรมกัน ส่งผลให้จำนวนชิ้นส่วนลดลงและการออกแบบ DC-link capacitor bank ทำได้ง่ายขึ้น

คาปาซิเตอร์กลุ่ม 125V มีค่าความจุตั้งแต่ 56µF ถึง 650µF รองรับ Ripple Current สูงสุด 21.6A และทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง +140°C ขณะที่ซีรีส์ 63V สามารถทำงานได้สูงถึง +150°C และมีค่าความจุตั้งแต่ 510µF ถึง 4,800µF

TDK ยังออกแบบผลิตภัณฑ์ให้รองรับสภาพแวดล้อมที่มีแรงสั่นสะเทือน โดยมีค่าพิกัดมาตรฐานที่ 20g และสามารถสั่งรุ่นที่รองรับได้สูงถึง 60g นอกจากนี้ รุ่น 125V ยังสามารถติดตั้งร่วมกับ Heat Sink เพื่อเพิ่มความสามารถในการรองรับกระแสริปเปิลได้อีกด้วย

ตัวอย่างเช่น คาปาซิเตอร์ขนาด 18mm × 30mm สามารถเพิ่มพิกัดกระแสจาก 5.2A เป็น 11.1A เมื่อควบคุมอุณหภูมิตัวถังไว้ที่ +105°C ซึ่งช่วยให้นักออกแบบลดจำนวนคาปาซิเตอร์และประหยัดพื้นที่บนบอร์ดได้ เหมาะกับระบบ Power Electronics ขนาดกะทัดรัด เช่น xEV, ยานพาหนะขนาดเล็กที่ใช้ไฟฟ้า และรถโฟล์กลิฟต์

Knowles เจาะตลาดวงจร Pulse แรงดันสูง

Knowles เลือกตอบโจทย์อีกด้านด้วยคาปาซิเตอร์ฟิล์ม Type PPH สำหรับงาน Switching แรงดันสูงในระบบ Power Electronics ทั้งยานยนต์และอุตสาหกรรม

Type PPH เป็นคาปาซิเตอร์ฟิล์ม Polypropylene แบบ Double-Metalized ที่ออกแบบมาสำหรับวงจร Pulse, Snubber และ Commutation ซึ่งใช้ร่วมกับอุปกรณ์กำลังอย่าง SCR, IGBT และ SiC MOSFET โดยมีบทบาทในการรับมือกับแรงดันกระชากและกระแสริปเปิลสูง

ซีรีส์นี้มีค่าความจุตั้งแต่ 0.001µF ถึง 4.7µF รองรับแรงดันตั้งแต่ 630VDC ถึง 2,000VDC และทำงานในช่วงอุณหภูมิ -55°C ถึง +105°C

โครงสร้างแบบ Polypropylene ช่วยให้คาปาซิเตอร์มีคุณสมบัติ Self-healing ซึ่งช่วยให้สามารถรับมือกับความเสียหายเฉพาะจุดภายในฟิล์มได้ ขณะเดียวกันการสูญเสียพลังงานต่ำยังช่วยควบคุมการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในระหว่างการทำงานที่ความถี่สูง โดยซีรีส์นี้มีค่า Dissipation Factor อยู่ที่ 0.1% ที่อุณหภูมิ 25°C และความถี่ 1kHz

Type PPH ยังผ่านการรับรอง AEC-Q200 และกำหนดการทดสอบที่ 2,000 ชั่วโมง ภายใต้เงื่อนไขอุณหภูมิ 85°C ความชื้นสัมพัทธ์ 85% และแรงดันตามพิกัด

นอกจากนี้ยังมีการทดสอบอายุการใช้งานอีกชุดที่ 2,000 ชั่วโมง ที่อุณหภูมิ 85°C และใช้แรงดัน DC สูงถึง 125% ของแรงดันพิกัด โดย Knowles ระบุอายุการใช้งานไว้ที่ 100,000 ชั่วโมง เมื่อทำงานที่แรงดันพิกัดและมี Hot-spot Temperature ที่ 85°C

ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ Type PPH จึงเหมาะกับการใช้งานใน Powertrain และระบบชาร์จของรถยนต์ไฟฟ้า รวมถึง Inverter, Power Supply และอุปกรณ์พลังงานหมุนเวียนในภาคอุตสาหกรรม

คาปาซิเตอร์รุ่นใหม่ รองรับงาน Power Electronics ที่ต้องการประสิทธิภาพสูงขึ้น

Murata, TDK และ Knowles ต่างพัฒนาคาปาซิเตอร์รุ่นใหม่เพื่อรองรับระบบ Power Electronics ที่มีแรงดันและภาระการทำงานสูงขึ้น ตั้งแต่คาปาซิเตอร์เพื่อความปลอดภัยในระบบชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า คาปาซิเตอร์สำหรับ DC-link ไปจนถึงคาปาซิเตอร์ฟิล์มสำหรับวงจรสวิตชิ่งแรงดันสูง

Murata DE5 โดดเด่นด้วยมาตรฐานความปลอดภัยระดับ Y1 และรองรับแรงดันอิมพัลส์ได้สูง ขณะที่ TDK เพิ่มรุ่น 125V สำหรับระบบ DC-link ช่วยลดข้อจำกัดในการออกแบบชุดคาปาซิเตอร์ ส่วน Knowles Type PPH รองรับแรงดันสูงสุด 2,000VDC และออกแบบมาสำหรับวงจร Pulse และ Snubber ที่ใช้กับอุปกรณ์กำลังอย่าง IGBT และ SiC MOSFET

การพัฒนาครั้งนี้สะท้อนทิศทางของอุปกรณ์ Power Electronics ที่ต้องรองรับแรงดัน กระแส และอุณหภูมิที่สูงขึ้น โดยเฉพาะในรถยนต์ไฟฟ้า ระบบชาร์จ และระบบกำลังในภาคอุตสาหกรรม

Source : Allaboutcircuits

Translated and edited by Bunpajarn
Capacitor | Switching | Power Electronics |