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.后來隨著高效,節(jié)能及環(huán)保的優(yōu)點越來越顯著,加上產(chǎn)品技術(shù)成熟及使用穩(wěn)定,感應加熱技術(shù)逐漸開始往工業(yè)領域發(fā)展.從早期的單相2KW,到現(xiàn)在的三相100KW及以上,在短短的幾年時間里,感應加熱技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)品的應用有了一個質(zhì)的飛躍.隨之設備內(nèi)部的功率元器件(如整流橋,IGBT模塊,薄膜電容器等)要求越來越高,其可靠性及穩(wěn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)

感應加熱設備電路結(jié)構(gòu)分為兩種.從市面上的產(chǎn)品來看,30KW以內(nèi)采用的是半橋.30KW以上采用的是全橋.以半橋30KW機芯來看,薄膜電容器的使用情況如下:

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

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

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

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,最終會導致PCB價格昂貴,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,用焊錫來增加銅箔厚度,增加PCB過流能力.(人工鍍錫厚度無法準確控制).或者是用銅片,銅線等圍繞各主回路一圈,再人工鍍錫.無論何種鍍錫工藝,都會增加操作的復雜性,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/弱電沒分離,容易造成驅(qū)動部份受到干擾.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,導致機芯無法正常工作,則維修需要更換整塊PCB.其它元器件無法再拆下來使用,增加了維修成本及維修難度.

ePCB中采用多個分立電容器并聯(lián),由于走線問題,導致每只電容器在實際使用過程中由于在電路中的線路分布電感不一致,最終導致過流不一致.嚴重者會導致某只電容器發(fā)熱嚴重燒毀.(均流,均壓問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(nèi)都采用對機芯風冷的方式,對電容器等元器件進行散熱.由于無法做到全密封,會導致油煙,水氣,蟑螂,金屬粉塵等從散熱風機/風口進入機芯內(nèi)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(xiàn)象.

3、薄膜電容器模組應用在感應加熱設備上