DCリンク用アルミ電解コンデンサ搭載

DC リンク コンデンサは、システムの容量要件を満たす必要があるだけでなく、OBC の電力密度が着実に上昇しているため、継続的に増加するリップル電流にも耐える必要があります。 その結果、電力損失が増加し、システム全体が加熱され、パフォーマンスの低下や寿命の短縮を引き起こす可能性があります。 したがって、競争力を高めるには、必然的に DC リンク コンデンサにも接続された冷却システムが必要になります。 これらの要件をカバーするために、TDK はベース冷却用に最適化され、上記の特性をすべて完璧に組み合わせた OBC アプリケーション向けの新しい大型シリーズ B43652* を開発しました。

DC リンク コンデンサの正しい選択は、いくつかのパラメータによって決まります。 定格電圧 (VR) は OBC の動作電圧によって決まり、平均とピークのリップル電圧をカバーするものとします。 500 V を超えるシステムの場合は、直列接続されたコンデンサを考慮できます。 定格リップル電流 IR、必要な寿命、および動作温度範囲は、OBC のミッション プロファイルから決まります。 動作温度範囲は、耐用年数全体にわたって予想される周囲温度をカバーするものとします。 一部の要件は指定されており、ほとんど変更できませんが、一部の特性はサプライヤーまたは顧客によって最適化できます。 アルミ電解コンデンサの寿命は主に中心温度に影響されます。 一般に、高リップル電流と周囲温度の上昇によりコンデンサが大幅に加熱され、その結果寿命が短くなります。 経験則としてのアレニウスの式に基づくと、コア温度が 10 K 上昇すると寿命が 50% 減少すると考えられます。同じ負荷条件下でコア温度を下げるには、コンポーネントの ESR を低減し、熱管理を最適化することができます。 B43652* シリーズでは、TDK は非常に低い ESR と全寿命にわたって改善された内部熱抵抗の両方を備えた大型コンデンサを開発しました。 コンデンサの缶底とヒートシンクの間で効率的な熱伝達を実現する外部冷却システムにより、お客様はこれらのコンデンサを最大限に活用でき、つまり寿命を大幅に延長する高リップル電流能力を得ることができます。 経済的な観点から、このような最適化は、より多くのコンデンサを並列に使用したり、定格寿命が長いコンデンサ設計を使用したりするよりも常に優先されます。

アルミニウム電解コンデンサの内部には巻線要素が含まれており、当然、半径方向よりも軸方向の熱伝導率がはるかに高くなります。 ベース冷却オプションを得るために、B43652 シリーズでは軸方向の熱伝導率がさらに向上しました。 巻線要素と缶底の間の直接金属接触により、ホットスポットから缶までの熱抵抗が減少し、缶底自体の安定性が向上するため、この熱接続を損なう寿命にわたる膨らみが回避されます。 通常、コンデンサの底面には圧力逃がしベントがあり、ヒートシンクがブロックしてしまうため、ベントはコンデンサの側壁に移動されました。 全体として、TDKの新しいB43652シリーズは、ベース冷却オプションを備えたOBCアプリケーションをターゲットとしたサイドベント型の大型コンデンサです。

これらの設計変更の改善は、図 4 で見ることができます。標準的な 35 x 40 mm コンデンサの場合、軸方向の内部熱抵抗は 4.49 K/W ですが、改善されたサイドベント設計では 0.6 K/W に減少します。 B43652シリーズの。 巻線要素と缶底部の間の金属接触により、コアから周囲までの全体の熱抵抗も 15.1 K/W から 12 K/W に 20% 減少します。

図 5 に、自然接続を備えた底部ベント設計 (左) とベース冷却を備えたサイドベント設計 (右) の熱シミュレーション (温度と熱流束) の比較を示します。 周囲温度 85 °C でコンデンサあたり 1 W を印加すると、非冷却バージョンのコア温度は 106 ～ 109 °C に達します。 サイドベント設計とベース冷却で同じシナリオを検討すると、ヒートシンク温度が 85 °C であることを考慮すると、コンデンサのコア温度は 88 °C まで 3 K しか上昇しません。 これは非冷却設計よりも約 20 K 低く、寿命が約 200% 増加することを意味します。 熱流束シミュレーションを比較すると、ベース冷却シナリオでは主に缶底を介して熱が伝達されることがわかります。 軸方向の勾配が見られ、PCB 側では熱伝達が弱く、底面側では熱伝達が強いことがわかります。 非冷却バージョンは他の方向に勾配を示し、熱伝達は主に PCB の方向に発生します。 したがって、非冷却設計では底面を通る熱流束が弱く、これに加えて中央コンデンサの熱流束も非対称になります。 さらに、非冷却バージョンではコア温度全体に広がりがあり、これは中心コンデンサのコア温度が高いという熱的非対称性を意味しますが、ベース冷却バージョンにはそのような広がりがなく、結果的にエスカレーションリスクが大幅に減少します。

OBC アプリケーションで達成できる全体的な改善を図 6 に示します。同じサイズ、定格電圧、定格静電容量の 2 つの B43652 コンデンサを比較すると、ベース冷却コンデンサは、同じ設計のものよりも 85% 多くのリップル電流に耐えることができます。自然対流。 自然対流のコンデンサの最大リップル電流 IAC,max は 6.11 A に達しますが、ベース冷却バージョンは 11.28 A に達します。さらに、同じ負荷条件では、2 つのベース冷却コンデンサは、2 つのベース冷却コンデンサのほぼ 2 倍長いミッション プロファイルに耐えることができます。これらの結果に基づいて、TDK の B43652* シリーズの大型コンデンサは、ベース冷却オプションを備えた OBC アプリケーション向けに最適化されており、DC リンク コンデンサ バンクの個数を大幅に削減できることが明らかです。 、このシリーズは技術的にだけでなく経済的にも興味深いものになっています。

シリーズ B43649* および B43652* をクリックすると、詳細情報が表示されます。