薄膜电容器模组在感应加热中的应用

1、引言：

感应加热技术,早期应用在家用电磁炉上.后来随着高效,节能及环保的优点越来越显著,加上产品技术成熟及使用稳定,感应加热技术逐渐开始往工业领域发展.从早期的单相2KW,到现在的三相100KW及以上,在短短的几年时间里,感应加热技术的发展及产品的应用有了一个质的飞跃.随之设备内部的功率元器件(如整流桥,IGBT模块,薄膜电容器等)要求越来越高,其可靠性及稳定性决定了设备的使用安全及寿命.

2、典型的感应加热设备机芯内部结构

感应加热设备电路结构分为两种.从市面上的产品来看,30KW以内采用的是半桥.30KW以上采用的是全桥.以半桥30KW机芯来看,薄膜电容器的使用情况如下:

DC-LINK:30-40μF(800VDC),采用多个分立电容器并联的方式 (3-13个)

高压谐振:单臂1.2-1.4μF(1600VDC),采用多个分立电容器并联的方式 (3-14个)

或单臂0.7-0.8μF(3000VDC),采用多个分立电容器并联的方式 (3-12个)

电容器连接图:

a电路主回路采用PCB连接,当机芯功率越大, 输入整流桥前的交流主回路,整流桥输出后的直流母线主回路,LC谐振输出主回路电流就越大.为了PCB铜箔能提供足够的过流能力及降低铜箔温升,必须加大PCB尺寸,增加主回路铜箔宽度,增加PCB铜箔厚度,最终会导致PCB价格昂贵,增加了机芯的总体成本.

b某部份企业的产品,由于机芯尺寸受到限制,所以PCB尺寸无法做的太大.通常采取的做法是PCB露铜并人工镀锡,用焊锡来增加铜箔厚度,增加PCB过流能力.(人工镀锡厚度无法准确控制).或者是用铜片,铜线等围绕各主回路一圈,再人工镀锡.无论何种镀锡工艺,都会增加操作的复杂性,增加人工成本.

c电路主回路跟单片机控制电路集成在一块PCB上,强电/弱电没分离,容易造成驱动部份受到干扰.严重者导致IGBT模块上下管直通,烧毁IGBT模块及整流桥模块.

d假如PCB电路板中某一小部分电路或元件失效,导致机芯无法正常工作,则维修需要更换整块PCB.其它元器件无法再拆下来使用,增加了维修成本及维修难度.

ePCB中采用多个分立电容器并联,由于走线问题,导致每只电容器在实际使用过程中由于在电路中的线路分布电感不一致,最终导致过流不一致.严重者会导致某只电容器发热严重烧毁.(均流,均压问题在高频大功率感应加热设备中必须重视!)

6 机芯中的DC-LINK电容器,高压谐振电容器等,由于自身有一定的发热,故目前业内都采用对机芯风冷的方式,对电容器等元器件进行散热.由于无法做到全密封,会导致油烟,水气,蟑螂,金属粉尘等从散热风机/风口进入机芯内部,沉积在PCB上,让元件间引脚容易高压打火放电,短路等.机芯容易失控,严重者发生烧毁现象.

3、薄膜电容器模组应用在感应加热设备上