A utilização de painéis solares e veículos elétricos (VE) continua a aumentar. Seu sistema de energia depende de conversores CC/CC e inversores CC/CA, exigindo capacitores para reduzir a ondulação de baixa frequência, filtrar componentes de alta frequência que causam interferência eletromagnética (EMI) e absorver correntes de carga transitórias para evitar que esses fatores afetem o lado primário da fonte de alimentação. Os capacitores usados em tais aplicações de energia devem ser confiáveis, compactos, leves, ter uma longa vida útil e ter bom desempenho em altas frequências.
Embora os capacitores de película fina sejam altamente adequados para essas aplicações de energia, os projetistas devem compreender sua estrutura e características para fazer as escolhas certas.
Este artigo apresentará brevemente os capacitores de filme fino. Em seguida, tomando como exemplo os produtos da Eaton Electronics Division, discuta como selecionar e usar capacitores de película fina para aplicações de energia.
capacitor de filme
Como todos os capacitores, os capacitores de filme consistem em duas placas condutoras separadas por um meio isolante composto por uma camada de filme plástico. O filme plástico geralmente é feito de polipropileno e é um meio de baixa perda e alta resistência (Figura 1). Uma placa condutora é uma fina folha de metal ou uma fina camada de metal depositada em um dielétrico. Enrole uma folha de metal e um filme ao redor do eixo central, conecte os terminais e, em seguida, encapsule o capacitor em um invólucro plástico e sele-o com resina epóxi para protegê-lo de influências ambientais.
O mostrado é um capacitor de película fina composto por um eixo central enrolado contendo camadas metálicas alternadas e camadas dielétricas
Figura 1: Um capacitor de filme fino consiste em um eixo central enrolado contendo camadas alternadas de metal e dielétricas, selado em um invólucro plástico protetor. (Fonte da imagem: Eaton Electronics Division, modificada por Art Pini)
Embora a densidade de energia dos capacitores de película fina seja relativamente baixa, eles possuem alta densidade de capacitância e outras características. Em primeiro lugar, os capacitores de película fina não têm polaridade e são adequados para circuitos CA e CC. Comparado com capacitores que usam eletrólitos líquidos ou semilíquidos, o dielétrico sólido seco dos capacitores de filme fino tem maior confiabilidade, valor de capacitância estável e excelente estabilidade de temperatura. A menor indutância em série equivalente (ESL) e a resistência em série equivalente (ESR) garantem o manuseio eficiente de altas correntes de ondulação, tornando os capacitores de filme fino altamente adequados para aplicações de alta frequência. A maior característica dos capacitores de película fina pode ser sua capacidade de autocura. Se ocorrer uma ruptura dielétrica, um ponto quente local será gerado, fazendo com que os metais adjacentes evaporem e formem um buraco não condutor, mas o capacitor ainda pode funcionar normalmente, prolongando assim sua vida útil.
capacitor de filme
Os capacitores de filme fino são projetados para aplicações específicas, com tipos comuns incluindo segurança, barramento CC, filtro CA e pulso. Capacitores de filme seguros são usados para reduzir a radiação conduzida em aplicações de filtragem de linha CA. Muitas normas internacionais de segurança especificam requisitos para a realização de EMI. Considere equipar os veículos elétricos com um carregador DC alimentado por um circuito. Em estações de carregamento rápido DC, a filtragem EMI de modo comum e modo diferencial através de capacitores pode fornecer um caminho de baixa impedância para que os sinais de ruído sejam desviados, ao mesmo tempo em que atinge a menor dissipação de energia.
A supressão de EMI é obtida através de um filtro de linha, que inclui um capacitor de película fina entre a linha de alimentação e a fonte de alimentação chaveada (Figura 2).
Capacitores de filme de segurança CX e CY em filtros de linha (clique para ampliar)
Figura 2: Os capacitores de película de segurança CX e CY são integrados ao filtro de linha para evitar que a EMI se propague para a linha de energia. (Fonte da imagem: Divisão de Eletrônicos da Eaton)
Colocar capacitores rotulados com CX fio a fio pode reduzir o EMI do modo diferencial. Os capacitores CY são conectados ao terra de cada linha para reduzir EMI de modo comum.
Os capacitores do link CC são filtros de suavização em circuitos CC entre os estágios CA. Por exemplo, instale um filtro indutor-capacitor (LC) no barramento CC entre os estágios retificador e inversor do circuito de acionamento do motor (Figura 3).