DC 링크 커패시터 기능 및 선택 가이드

I. DC 링크 커패시터의 핵심 기능

DC 링크 커패시터 일반적으로 정류기(또는 기타 DC 소스)와 인버터 사이에 위치하며 주파수 변환기, 인버터 전원 공급 장치 및 UPS와 같은 장비의 핵심 구성 요소입니다. 이들의 주요 기능은 다음 네 가지로 요약될 수 있습니다.

1. DC 버스 전압 안정화(전압 조정)
기능: 인버터(예: IGBT)는 고주파수로 전환하여 DC 버스에서 높은 맥동 전류를 끌어옵니다. 이로 인해 DC 버스 전압에 상당한 리플이 발생합니다.
커패시터의 동작: 스위칭 트랜지스터가 켜지고 전류가 증가하면 커패시터가 방전되어 부하에 순간적인 에너지를 제공하고 버스 전압의 급격한 저하를 방지합니다. 스위칭 트랜지스터가 꺼지면 커패시터가 충전되어 전원으로부터 에너지를 흡수하고 버스 전압의 서지를 방지합니다. 이는 흐름(전류)의 변동을 완화하고 안정적인 수위(전압)를 유지하는 "저수지" 역할을 합니다.

2. 순간 피크 전류 제공 (무효 전력 제공)
신청: 최신 모터 드라이브에는 빠른 동적 응답이 필요합니다. 부하가 갑자기 증가하면 인버터는 순간적으로 큰 전류를 공급해야 합니다. DC 전원 공급 장치와 프런트 엔드 라인의 기생 인덕턴스로 인해 순간적으로 큰 전류를 제공할 수 없습니다.
커패시터 동작: 내부 저항(ESL/ESR)이 낮기 때문에 커패시터는 저장된 에너지를 매우 빠르게 방출하여 인버터에 필요한 순간 피크 전류를 제공하고 드라이브의 빠른 응답 기능을 보장합니다.

3. 고주파 노이즈 및 리플 흡수(필터링)
기능: 스위칭 장치의 신속한 스위칭 온/오프는 고주파 스위칭 노이즈를 생성하며, 이는 라인을 통해 방사되거나 전도됩니다.
커패시터 동작: DC 링크 커패시터는 이러한 고주파 잡음 구성 요소에 대해 낮은 임피던스 루프를 제공하여 해당 구성 요소를 국부적으로 흡수할 수 있도록 하여 업스트림 정류기 회로 또는 전력망에 대한 잡음 간섭을 방지하고 다운스트림 제어 회로에 영향을 주지 않도록 방지합니다.

4. 인덕터 에너지 피드백 억제
기능: 모터 구동에서 모터가 발전기 상태(예: 제동 또는 무거운 물체 낮추기)에 있을 때 에너지는 모터 측에서 DC 버스로 피드백됩니다.
커패시터의 동작: 커패시터는 이 피드백 에너지를 흡수하여 DC 버스 전압이 너무 높게 펌핑되는 것을 방지하여 스위칭 장치를 과전압 고장으로부터 보호할 수 있습니다. (에너지 피드백이 심한 경우 일반적으로 제동 저항기와 제동 장치가 필요합니다.)

II. DC 링크 커패시터 선택의 핵심 포인트
DC 링크 커패시터를 선택할 때 다음 주요 매개변수를 고려해야 합니다.

1. 정격전압
계산: 전압은 DC 버스의 가능한 전압보다 높아야 합니다. 예를 들어 380VAC 3상 입력의 경우 정류 후 평균 DC 전압은 약 540VDC입니다. 그리드 변동, 펌프업 전압 등의 요인을 고려하여 정격 전압이 630VDC 또는 일반적으로 700VDC가 선택됩니다. .
마진 : 일반적으로 장기적인 신뢰성을 보장하고 전압 스파이크에 대처하려면 15%~20%의 전압 마진이 필요합니다.

2. 용량
기능: 커패시턴스 값은 에너지를 저장하고 전압을 안정화하는 커패시터의 능력을 결정합니다. 커패시턴스 값이 클수록 전압 조정 효과가 좋아지고 전압 리플이 작아집니다.
추정방법 : 계산에는 복잡한 공식이 있지만 일반적인 경험 법칙은 다음과 같습니다. 인버터 출력 전력 1kW마다 약 100μF - 200μF의 커패시터가 필요합니다. . 예를 들어, 15kW 인버터는 일반적으로 1500μF - 3000μF의 DC 링크 커패시터를 사용합니다.
영향을 미치는 요인에는 시스템 전력, 스위칭 주파수, 허용 가능한 전압 리플 요인 및 부하 관성이 포함됩니다. 스위칭 주파수가 높을수록 필요한 커패시터가 상대적으로 작아집니다.

3. 정격 리플 전류
정의 : 커패시터가 견딜 수 있는 연속 교류 전류의 유효 값입니다. 이는 커패시터 발열을 측정하는 주요 지표입니다.
중요성: 실제 리플 전류가 커패시터의 정격 값을 초과하면 커패시터 내부의 심각한 과열, 전해액의 건조, 수명의 급격한 감소, 심지어 열 파괴가 발생할 수 있습니다.
선택 원리: 커패시터를 통해 흐르는 총 리플 전류의 유효 값을 계산하거나 시뮬레이션해야 하며 다음이 보장되어야 합니다. 선택한 커패시터의 정격 리플 전류가 실제 리플 전류보다 큽니다. , 특정 마진이 있습니다. 고주파 애플리케이션에서 이는 커패시턴스만큼 중요하거나 훨씬 더 중요한 매개변수입니다.

4. 등가직렬저항(ESR)과 등가직렬인덕턴스(ESL)
ESR : 콘덴서의 손실과 발열을 일으키는 주요 요인입니다. ESR이 작을수록 손실이 낮아지고 고주파수 필터링 성능이 향상됩니다.
ESL(유효 저전압): 커패시터의 고주파 특성을 제한합니다. 주파수가 자체 공진 주파수를 초과하면 커패시터는 유도성이 되고 용량성 기능을 잃습니다. ESL을 줄이기 위해 일반적으로 다중 핀, 다중 레이어 또는 플랫 행 핀 설계가 사용됩니다.

5. 수명
핵심 요소: 전해 콘덴서의 경우 수명이 핵심 성능 지표입니다. 수명은 주로 다음에 의해 영향을 받습니다. 내부 핫스팟의 온도 .
계산: 작동 온도가 10°C 낮아질 때마다 수명이 두 배로 늘어난다는 '10도 법칙'을 따르세요. 제조업체는 작동 온도(예: 105°C/2000시간)에서 정격 수명을 제공합니다.
선택 고려사항: 기기의 예상 수명과 주변 온도를 고려하여 충분한 수명을 가진 커패시터 모델을 선택하세요.