薄膜電容器模組在感應加熱中的應用

1、引言：

感應加熱技術(shù),早期應用在家用電磁爐上.后來(lái)隨著(zhù)高效,節能及環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越顯著(zhù),加上產(chǎn)品技術(shù)成熟及使用穩定,感應加熱技術(shù)逐漸開(kāi)始往工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展.從早期的單相2KW,到現在的三相100KW及以上,在短短的幾年時(shí)間里,感應加熱技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)品的應用有了一個(gè)質(zhì)的飛躍.隨之設備內部的功率元器件(如整流橋,IGBT模塊,薄膜電容器等)要求越來(lái)越高,其可靠性及穩定性決定了設備的使用安全及壽命.

2、典型的感應加熱設備機芯內部結構

感應加熱設備電路結構分為兩種.從市面上的產(chǎn)品來(lái)看,30KW以?xún)炔捎玫氖前霕?30KW以上采用的是全橋.以半橋30KW機芯來(lái)看,薄膜電容器的使用情況如下:

DC-LINK:30-40μF(800VDC),采用多個(gè)分立電容器并聯(lián)的方式 (3-13個(gè))

高壓諧振:單臂1.2-1.4μF(1600VDC),采用多個(gè)分立電容器并聯(lián)的方式 (3-14個(gè))

或單臂0.7-0.8μF(3000VDC),采用多個(gè)分立電容器并聯(lián)的方式 (3-12個(gè))

電容器連接圖:

a電路主回路采用PCB連接,當機芯功率越大, 輸入整流橋前的交流主回路,整流橋輸出后的直流母線(xiàn)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(guò)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(huì )導致PCB價(jià)格昂貴,增加了機芯的總體成本.

b某部份企業(yè)的產(chǎn)品,由于機芯尺寸受到限制,所以PCB尺寸無(wú)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(lái)增加銅箔厚度,增加PCB過(guò)流能力.(人工鍍錫厚度無(wú)法準確控制).或者是用銅片,銅線(xiàn)等圍繞各主回路一圈,再人工鍍錫.無(wú)論何種鍍錫工藝,都會(huì )增加操作的復雜性,增加人工成本.

c電路主回路跟單片機控制電路集成在一塊PCB上,強電/弱電沒(méi)分離,容易造成驅動(dòng)部份受到干擾.嚴重者導致IGBT模塊上下管直通,燒毀IGBT模塊及整流橋模塊.

d假如PCB電路板中某一小部分電路或元件失效,導致機芯無(wú)法正常工作,則維修需要更換整塊PCB.其它元器件無(wú)法再拆下來(lái)使用,增加了維修成本及維修難度.

ePCB中采用多個(gè)分立電容器并聯(lián),由于走線(xiàn)問(wèn)題,導致每只電容器在實(shí)際使用過(guò)程中由于在電路中的線(xiàn)路分布電感不一致,最終導致過(guò)流不一致.嚴重者會(huì )導致某只電容器發(fā)熱嚴重燒毀.(均流,均壓?jiǎn)?wèn)題在高頻大功率感應加熱設備中必須重視!)

6 機芯中的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)內都采用對機芯風(fēng)冷的方式,對電容器等元器件進(jìn)行散熱.由于無(wú)法做到全密封,會(huì )導致油煙,水氣,蟑螂,金屬粉塵等從散熱風(fēng)機/風(fēng)口進(jìn)入機芯內部,沉積在PCB上,讓元件間引腳容易高壓打火放電,短路等.機芯容易失控,嚴重者發(fā)生燒毀現象.

3、薄膜電容器模組應用在感應加熱設備上