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XIX POWER 16 - MAGGIO 2018 NEW CAPACITORS In sostanza, il circuito DC Link è una rete di accumu- lo dell’energia e di filtraggio che deve minimizzare il ripple e mantenere la tensione di uscita il più possi- bile prossima al valore di picco dell’ingresso grezzo rettificato (Fig. 2). La capacità è l’elemento fondamentale per raggiun- gere questo obiettivo. La capacità necessaria dipen- de dalla potenza sul carico, dalla frequenza del rad- drizzatore, dalla tensione operativa massima e dalla massima tensione di ripple ammessa, secondo l’e- quazione: La Tabella 1 mostra dei valori esemplificativi di capa- cità calcolati usando questa formula, assumendo una tensione DC massima di 400 V e un ripple massimo consentito del 10%. Tipologie di condensatori per applicazioni DC Link I condensatori a film o elettrolitici sono i componen- ti più comunemente utilizzati nelle applicazioni DC Link. Tra le caratteristiche più apprezzate si possono segnalare la capacità di supportare alte tensioni, che riduce al minimo il numero di condensatori collega- ti in serie richiesti per un bus DC ad alta tensione, un fattore di dissipazione (DF) ridotto per evitare l’eccessivo surriscaldamento interno, e una ridotta induttanza per minimizzare le sovraelongazioni e le oscillazioni della tensione all’uscita DC. La scelta del condensatore dipende anche da fattori ambientali quali la temperatura ambiente di eserci- zio e i vincoli di dimensioni. I condensatori elettrolitici sono in grado di offrire un’elevata capacità in relazione alle loro dimensioni e al costo, e sono particolarmente adatti per applica- zioni di media potenza. Le caratteristiche tipiche di funzionamento includono un coefficiente di tempe- ratura negativo per la ESR, che tende ad aumentare alle temperature più basse. D’altra parte, la capacità di un condensatore elettrolitico tende a diminuire drasticamente a temperature inferiori. I condensatori a film in polipropilene sono caratte- rizzati dalla capacità di supportare correnti di ripple elevate in relazione alle loro dimensioni, che li rende ideali per applicazioni ad alta potenza. Inoltre, poiché i parametri come la ESR e la capaci- tà sono relativamente insensibili alla temperatura, i condensatori a film sono generalmente preferiti per l’uso nei DC Link in un’ampia varietà di applicazioni ed ambienti. Nuovi condensatori per soddisfare le recenti tendenze nella progettazione dei DC Link Le ultime tendenze nella progettazione degli inverter prevedono frequenze di funzionamento più elevate e l’uso di semiconduttori ad ampio band-gap (WBG), come i FET e i diodi al carburo di silicio o al nitruro di gallio. Questi ultimi possono operare a tensioni su- periori rispetto ai dispositivi convenzionali, e posso- no inoltre sopportare temperature più elevate senza compromettere l’affidabilità. I dispositivi WBG tendono ad essere utilizzati in ap- plicazioni di fascia alta, in cui è prioritario ottimizza- re l’efficienza energetica, come ad esempio nella ge- nerazione di energia rinnovabile, nei veicoli elettrici e nei caricabatterie. Più alte sono le frequenze di commutazione, più ele- vate sono le tensioni dei circuiti intermedi, e le tem- perature superiori associate ai semiconduttori WBG richiedono caratteristiche diverse per i condensatori. Le frequenze più elevate di commutazione implica- no la necessità di una capacità inferiore nel DC Link, mentre la tensione operativa e la capacità di funzio- namento in temperatura devono essere superiori. D’altro canto, i requisiti di bassa ESL, ESR ridotta e fattore di dissipazione ridotto sono più che mai pres- santi. Essendo richiesta una capacità inferiore, i progettisti possono trarre vantaggio dall’uso dei condensatori ceramici su chip MLCC per ottenere i vantaggi lega- ti all’eccellente stabilità di questi componenti su un ampio intervallo di temperature e la capacità di resi- stere ad alte temperature massime di funzionamento. I dispositivi MLCC vengono inoltre alloggiati in pic- coli package a montaggio superficiale, meccanica- mente robusti e in grado di sopportare agevolmente le flessioni della scheda. I componenti MLCC con dielettrico BME (Base Me- tal Electrode) al nichel di KEMET hanno proprietà che ben si prestano all’uso nei DC Link. I dispositivi C0G sono dotati di uno speciale dielettrico ceramico a base di zirconato di calcio paraelettrico, che presen- ta una stabilità eccezionale in temperatura e consen- te di ottenere valori bassi di ESR, ESL e DF. 10 kHz 100 kHz 1 MHz 1k W 6.5 µF 657 nF 66 nF 15 kW 10 µF 1 µF 100 nF 50 kW 200 µF 20 µF 2 µF Tab. 1 – La capacità necessaria nel DC Link dipende dalla frequenza del raddrizzatore e dalla potenza sul carico