Việc sử dụng các tấm pin mặt trời và xe điện (EV) tiếp tục gia tăng. Hệ thống điện của họ dựa vào bộ chuyển đổi DC/DC và bộ biến tần DC/AC, yêu cầu tụ điện để giảm gợn tần số thấp, lọc các thành phần tần số cao gây nhiễu điện từ (EMI) và hấp thụ dòng tải nhất thời để ngăn các yếu tố này ảnh hưởng đến phía sơ cấp của nguồn điện. Các tụ điện được sử dụng trong các ứng dụng nguồn như vậy phải đáng tin cậy, nhỏ gọn, nhẹ, có tuổi thọ cao và có hiệu suất tần số cao tốt.
Mặc dù tụ điện màng mỏng rất phù hợp cho các ứng dụng nguồn này nhưng các nhà thiết kế phải hiểu cấu trúc và đặc điểm của chúng để đưa ra lựa chọn đúng đắn.
Bài viết này sẽ giới thiệu sơ lược về tụ điện màng mỏng. Sau đó, lấy sản phẩm của Bộ phận Điện tử Eaton làm ví dụ, thảo luận về cách lựa chọn và sử dụng tụ điện màng mỏng cho các ứng dụng điện.
tụ điện phim
Giống như tất cả các tụ điện, tụ điện màng bao gồm hai tấm dẫn điện được ngăn cách bởi một môi trường cách điện bao gồm một lớp màng nhựa. Màng nhựa thường được làm bằng polypropylen và là môi trường có độ bền cao, tổn thất thấp (Hình 1). Tấm dẫn điện là một lá kim loại mỏng hoặc một lớp kim loại mỏng lắng đọng trên chất điện môi. Quấn lá kim loại và màng quanh trục lõi, nối các dây dẫn, sau đó bọc tụ điện trong một vỏ nhựa và bịt kín bằng nhựa epoxy để bảo vệ nó khỏi những ảnh hưởng của môi trường.
Hình minh họa là một tụ điện màng mỏng bao gồm một trục lõi quấn chứa các lớp kim loại và lớp điện môi xen kẽ
Hình 1: Tụ điện màng mỏng bao gồm một trục lõi quấn xen kẽ các lớp kim loại và điện môi, được bịt kín trong một vỏ nhựa bảo vệ. (Nguồn ảnh: Eaton Electronics Division, Art Pini sửa đổi)
Mặc dù mật độ năng lượng của tụ điện màng mỏng tương đối thấp nhưng chúng có mật độ điện dung cao và các đặc tính khác. Thứ nhất, tụ điện màng mỏng không có cực tính và thích hợp cho cả mạch AC và DC. So với các tụ điện sử dụng chất điện phân lỏng hoặc bán lỏng, chất điện môi rắn khô của tụ điện màng mỏng có độ tin cậy cao hơn, giá trị điện dung ổn định và độ ổn định nhiệt độ tuyệt vời. Độ tự cảm nối tiếp tương đương (ESL) và điện trở nối tiếp tương đương (ESR) thấp hơn đảm bảo xử lý hiệu quả dòng điện gợn sóng cao, giúp tụ điện màng mỏng rất phù hợp cho các ứng dụng tần số cao. Tính năng lớn nhất của tụ điện màng mỏng có thể là khả năng tự phục hồi của chúng. Nếu xảy ra sự cố điện môi, một điểm nóng cục bộ sẽ được tạo ra, khiến các kim loại lân cận bay hơi và tạo thành lỗ không dẫn điện, nhưng tụ điện vẫn có thể hoạt động bình thường, từ đó kéo dài tuổi thọ sử dụng.
tụ điện phim
Tụ điện màng mỏng được thiết kế cho các ứng dụng cụ thể, với các loại phổ biến bao gồm tụ an toàn, liên kết DC, bộ lọc AC và xung. Tụ điện màng an toàn được sử dụng để giảm bức xạ dẫn điện trong các ứng dụng lọc dòng AC. Nhiều tiêu chuẩn an toàn quốc tế quy định các yêu cầu để tiến hành EMI. Hãy cân nhắc việc trang bị cho xe điện một bộ sạc DC được cấp nguồn qua mạch điện. Trong các trạm sạc nhanh DC, việc lọc EMI ở chế độ chung và chế độ vi sai thông qua các tụ điện có thể cung cấp đường dẫn trở kháng thấp để chuyển hướng tín hiệu nhiễu trong khi đạt được mức tiêu tán điện năng thấp nhất.
Việc triệt tiêu EMI đạt được thông qua bộ lọc đường dây, bao gồm một tụ điện màng mỏng giữa đường dây điện và nguồn điện chuyển mạch (Hình 2).
Tụ màng an toàn CX và CY trong bộ lọc đường dây (bấm vào để phóng to)
Hình 2: Các tụ màng an toàn CX và CY được tích hợp vào bộ lọc đường dây để ngăn EMI truyền vào đường dây điện. (Nguồn ảnh: Phòng Điện tử Eaton)
Đặt các tụ điện có nhãn dây CX vào dây có thể làm giảm EMI ở chế độ vi sai. Các tụ điện CY được nối đất từ mỗi đường dây để giảm EMI ở chế độ chung.
Tụ điện liên kết DC là bộ lọc làm mịn trong mạch DC giữa các giai đoạn AC. Ví dụ: lắp đặt bộ lọc tụ điện cảm ứng (LC) trên bus DC giữa giai đoạn chỉnh lưu và biến tần của mạch điều khiển động cơ (Hình 3).