Condensatori elettrolitici in alluminio assiali per circuiti intermedi DC ad alto carico

Nello sviluppo di inverter di trazione compatti per la micromobilità e la tecnologia di azionamento industriale, le tensioni di sistema crescenti richiedono condensatori per il circuito intermedio (DC link) più potenti per la stabilizzazione. Per affrontare questa sfida infrastrutturale, TDK Corporation introduce nuove serie di condensatori elettrolitici in alluminio in versione assiale e a stella di saldatura, in grado di attenuare correnti di ripple elevate in reti di bordo DC altamente dinamiche.

Contesto ingegneristico
I sistemi di azionamento elettrico in veicoli elettrici compatti (xEV), muletti e robot umanoidi generano fluttuazioni di corrente ad alta frequenza durante il funzionamento. Queste correnti di ripple sottopongono il circuito intermedio DC a stress termico e meccanico, il che nei design tradizionali richiede spesso il collegamento in serie di più condensatori con una tensione nominale inferiore. Questa topologia circuitale aumenta notevolmente lo spazio richiesto sulla scheda a circuito stampato, portando contemporaneamente a induttanze e resistenze parassite indesiderate. L'aumento della tensione nominale dei singoli componenti è quindi fondamentale per gli ingegneri per minimizzare la complessità circuitale, ridurre la dissipazione di potenza e garantire l'affidabilità del sistema in ambienti con rapidi cambiamenti di carico.

Spiegazione tecnica
Le serie B43693 e B43793 sono progettate per tensioni nominali da 125 V a 250 V e supportano correnti di ripple fino a 21,6 A. Questa rigidità dielettrica rende superflua la connessione in serie nei progetti di sistemi a 96 V. Parallelamente, le serie B41687 e B41787 completano lo spettro nella gamma a bassa tensione con nuove varianti da 63 V. I condensatori presentano una bassa resistenza serie equivalente (ESR), riducendo così la generazione di calore all'interno del circuito intermedio dell'inverter in presenza di carichi di corrente elevati.

Grazie al design meccanico con terminali assiali o a stella di saldatura, i componenti possono essere integrati in modo flessibile nell'architettura circuitale, sia in orizzontale che in verticale, su classiche schede a circuito stampato o direttamente su sbarre collettrici (busbar) solide. La struttura consente inoltre un accoppiamento termico diretto dell'involucro in alluminio a un dissipatore di calore, aumentando significativamente la capacità di gestione della corrente di ripple. Ad esempio, la corrente di ripple massima ammissibile di un componente di 18 x 30 mm a una temperatura ambiente di 105 °C passa da 5,2 A a 11,1 A se l'involucro viene attivamente raffreddato a 105 °C.

Rilevanza del prodotto
Grazie alla maggiore tensione nominale e alla migliore dissipazione del calore, i progettisti di elettronica di potenza possono ridurre il numero di condensatori necessari per banco energetico. Ciò riduce direttamente i costi di assemblaggio e aumenta la densità di potenza dell'intero sistema. Le proprietà fisiche includono una gamma di capacità da 56 µF a 650 µF per le versioni da 125 V e da 510 µF a 4800 µF per le serie da 63 V. I componenti offrono una durata utile di 2500 ore a temperature di esercizio fino a 140 °C (varianti da 125 V) o 150 °C (varianti da 63 V). La resistenza meccanica standard alle vibrazioni di 20 g, che può essere aumentata a 60 g su richiesta, garantisce la stabilità strutturale in ambienti industriali e automobilistici gravosi. Tutte le serie sono pienamente conformi alla direttiva RoHS.

Applicazioni reali
Le serie di condensatori sono progettate specificamente per l'uso in un'elettronica di potenza fortemente sollecitata e con vincoli di spazio. Nell'elettronica per automotive e industriale, fungono da buffer energetico centrale in inverter compatti per la micromobilità, come nei veicoli a due ruote elettrici o nelle imbarcazioni elettriche. Nell'intralogistica, stabilizzano elettricamente le reti di bordo a 48 V e 80 V di carrelli elevatori a trazione elettrica. Inoltre, le dimensioni ridotte, che variano da 16 x 25 mm a 21 x 49 mm, consentono un'integrazione perfetta nei sistemi di azionamento articolato e di distribuzione dell'energia fortemente regolamentati dei robot umanoidi.

Contesto aggiuntivo
Questa sezione descrive nel dettaglio le specifiche tecniche e il benchmarking competitivo non inclusi nell'annuncio originale del prodotto.

Nel segmento di mercato dei condensatori per DC link con tensioni inferiori a 150 V, i classici condensatori elettrolitici in alluminio competono direttamente con i condensatori a film e i condensatori ibridi polimerici. Mentre i condensatori a film presentano un ESR estremamente basso e tollerano picchi di tensione elevati, i condensatori elettrolitici in alluminio offrono una densità di capacità per volume nettamente superiore, fattore spesso indispensabile a frequenze nell'intervallo dei kilohertz inferiori per attenuare il ripple di tensione.

Il trend tecnologico verso architetture a 48 V e 96 V nell'industria automobilistica richiede componenti in grado di gestire correnti molto elevate a queste basse tensioni, poiché a parità di potenza elettrica deve fluire una corrente maggiore rispetto ai sistemi ad alta tensione. Soluzioni concorrenti di produttori come Panasonic o Rubycon si affidano spesso nel settore automotive a condensatori ibridi polimerici, i quali tuttavia raggiungono i propri limiti nella scalabilità dei costi quando si richiedono elevate capacità totali superiori a 1000 µF. La combinazione di elevata capacità, montaggio assiale meccanicamente robusto e possibilità di raffreddamento diretto dell'involucro posiziona le serie TDK come un'alternativa pragmatica ed efficiente per la gestione delle elevate perdite termiche nelle moderne applicazioni di trazione.

A cura di Maria Brueva, redattrice di Induportals – adattato dall'intelligenza artificiale.

www.tdk-electronics.tdk.com