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L’impegno di RUBYCON per la miniaturizzazione dei Condensatori di filtro ad Alta Tensione

I condensatori di filtro DC sono componenti elettronici vitali nei convertitori di potenza. I semiconduttori di potenza stanno subendo cambiamenti in termini di materiale e struttura e i progettisti devono fare molta attenzione alla scelta del giusto condensatore di filtro DC in base alle loro caratteristiche e applicazioni, in particolare se in alta tensione o automotive. RUBYCON offre soluzioni affidabili sia nei tradizionali condensatori elettrolitici in alluminio che nella nuova tecnologia PMLCAP.

Attualmente vengono utilizzati nei filtri DC dei condensatori a film o elettrolitici di grandi dimensioni. La scelta più comune è il condensatore elettrolitico per via dell’’elevata densità di energia e la loro economicità ma hanno una durata limitata e vengono generalmente utilizzati per tensioni fino a 1000V.

I condensatori a film sono un’opzione per le applicazioni che non richiedono le elevate capacità dei condensatori elettrolitici in alluminio. Questi condensatori hanno una bassa resistenza equivalente serie (ESR) e riescono a gestire correnti elevate ad alte frequenze. Sono disponibile anche per tensioni superiori a 1000V, valori troppo elevati per i condensatori elettrolitici.

Sia i condensatori elettrolitici in alluminio che i condensatori a film sono utilizzati in varie applicazioni come azionamenti, inverter solari, gruppi di continuità (UPS), applicazioni industriali e consumer e, sempre più spesso, anche automotive come i caricabatterie di bordo (OBC).

RUBYCON mira a fornire nuove soluzioni per entrambe le tecnologie di costruzione dei condensatori. 

PMLCAP ad alta tensione

La nuova tecnologia PMLCAP di RUBYCON sarà in grado di sostituire i condensatori a film ad alta tensione in un prossimo futuro. Le caratteristiche di PMLCAP sono le seguenti:

  • PMLCAP sta per Polymer Multi-Layer CAPacitor
  • Nessun effetto piezoelettrico che causa rumore o suoni
  • Nessuna polarizzazione della tensione DC
  • Capacità stabile in un ampio intervallo di temperature
  • Nessun rischio di cortocircuito, fumo o incendio
  • Oggi viene utilizzato principalmente nell’audio di fascia alta per sostituire dispositivi MLCC
  • Utilizzato anche negli snubber per sostituire condensatori a film con taglie inferiori
  • Oltre 300 milioni di pezzi già venduti
  • Utilizzato anche nel settore automotive e nel lander su Marte della NASA “InSight”

RUBYCON offre due serie di PMLCAP per l’utilizzo nei filtri DC: la serie HPB di tipo box e la serie HPM di tipo modulare.

La serie HPB è specificata per 500-900V e 5-25μF, è quindi adatta per filtri DC in applicazioni come compressori per motori, OBC e convertitori DC/DC. Considerando il prodotto da 900V/20μF, la serie HPB permette di ridurre le dimensioni del 30% rispetto ai più usati condensatori a film da 125°C anche con l’attuale gradiente di tensione di 250V/μm (volume 56,7cc- > 40,1cc). Il prossimo obiettivo previsto è quello di raggiungere un gradiente di 300V/μm, il che significa che le dimensioni possono essere ridotte al 55% nel caso di dispositivi da 900V/20μF (volume 56,7cc -> 31,5cc). Anche con queste ridotte dimensioni la serie HPB resiste facilmente fino a 125°C.

Serie HPB

La serie HPM è destinata a sostituire i condensatori a film di grandi dimensioni utilizzati negli inverter EV. Attualmente i dispositivi da 900V/30μF sono realizzati con più condensatori che possono essere combinati in un modulo. Forse non sono molto conosciuti in Europa, ma RUBYCON produce anche condensatori a film per alte tensioni. Ha una vasta esperienza nella progettazione di layout di barre per inverter EV e utilizzano questa competenza per la serie HPM.

Serie HPM

Entrambe le serie presentano i seguenti significativi vantaggi rispetto ai condensatori a film:

  • Maggiore resistenza al calore, il che significa resistere a più di 125°C.
  • Miniaturizzazione che permette di avere quasi la metà delle dimensioni dei condensatori a film attualmente sul mercato.

Per entrambe le serie, RUBYCON ha previsto di aumentare la capacità produttiva già dall’autunno 2023; è una tecnologia recente ed è interessata a supportare nuove idee e opportunità di progettazione.

Nuovi sviluppi per i condensatori elettrolitici

La tecnologia dei condensatori elettrolitici è generalmente considerata matura, con pochi progressi significativi ma questo non è il caso di RUBYCON. Negli ultimi anni l’azienda ha sviluppato e introdotto continuamente nuove serie rivoluzionarie. Ad esempio la serie HXK, in grado di gestire valori di corrente elevati di quasi 5A (105°C, 120Hz), e la serie MXT, che arriva ad una capacità massima di 1.500μF con un fattore di forma compatto di 35x60mm.

Serie HXK, MXT

 Attualmente lo sviluppo si muove in tre direzioni:

1. Corrente di ripple più elevata con ridotto aumento della capacità

Nei condensatori esiste una correlazione tra capacità e corrente di ripple. Se si dimensionano i condensatori solo in base ai requisiti di corrente di ripple, il valore di capacità del condensatore di filtro DC potrebbe essere inutilmente elevato. Una capacità più elevata si traduce in un prezzo dei componenti più elevato, dato che sono direttamente proporzionali tra loro. Grazie alla nuova tecnologia, RUBYCON consente un rapporto corrente di ripple/capacità più elevato, infatti possiede il know-how necessario per ottimizzare il condensatore elettrolitico in modo da realizzarlo il più adatto possibile alle esigenze dell’applicazione personalizzando la struttura del condensatore, l’elettrolita, la carta separatrice e tutti gli altri fattori.

Relazione tra capacità e ripple

2. Struttura innovativa del contenitore del condensatore per il raffreddamento ad acqua

Finora i condensatori elettrolitici sono stati difficili da raffreddare, infatti causa dello sfiato di sicurezza il condensatore necessita di spazio libero nella parte superiore e questo ha impedito il contatto diretto con una piastra di raffreddamento ad acqua. RUBYCON ha sviluppato un nuovo tipo di package che consente al condensatore di essere a contatto con la piastra di raffreddamento ad acqua senza perdere lo spazio richiesto per lo sfiato di sicurezza. Questo permette temperature del condensatore inferiori e di conseguenza una maggior disponibilità di corrente di ripple.

3. Nuova tecnologia per un’ulteriore miniaturizzazione

RUBYCON sta attualmente sviluppando una nuova tecnologia che consentirà un’ulteriore miniaturizzazione in un prossimo futuro. Anche se le serie attuali sono molto più piccole di quelle dei concorrenti, questa nuova tecnologia ridurrà ulteriormente le dimensioni dei componenti fino al 15%. I progressi della tecnologia renderanno possibili ulteriori riduzioni delle dimensioni.

Per maggiori informazioni fare riferimento a:

Matteo Dadati
Componenti passivi – CODICO Italia
matteo.dadati@codico.com 
Cellulare +39 342 1778711

Redazione Fare Elettronica