يستمر استخدام الألواح الشمسية والمركبات الكهربائية في الزيادة. يعتمد نظام الطاقة الخاص بهم على محولات DC/DC ومحولات DC/AC، مما يتطلب مكثفات لتقليل تموج التردد المنخفض، وتصفية المكونات عالية التردد التي تسبب التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، وامتصاص تيارات الحمل العابرة لمنع هذه العوامل من التأثير على الجانب الأساسي من مصدر الطاقة. يجب أن تكون المكثفات المستخدمة في تطبيقات الطاقة هذه موثوقة، وصغيرة الحجم، وخفيفة الوزن، ولها عمر طويل، ولها أداء جيد عالي التردد.
على الرغم من أن المكثفات ذات الأغشية الرقيقة مناسبة جدًا لتطبيقات الطاقة هذه، إلا أنه يجب على المصممين فهم هيكلها وخصائصها لاتخاذ الخيارات الصحيحة.
ستقدم هذه المقالة باختصار المكثفات ذات الأغشية الرقيقة. بعد ذلك، خذ منتجات قسم الإلكترونيات في شركة Eaton كمثال، وناقش كيفية اختيار واستخدام المكثفات ذات الأغشية الرقيقة لتطبيقات الطاقة.
مكثف الفيلم
مثل جميع المكثفات، تتكون المكثفات الفيلمية من لوحين موصلين يفصل بينهما وسط عازل يتكون من طبقة من الفيلم البلاستيكي. عادة ما يكون الفيلم البلاستيكي مصنوعًا من مادة البولي بروبيلين وهو عبارة عن وسيلة منخفضة الخسارة وعالية القوة (الشكل 1). اللوحة الموصلة عبارة عن رقاقة معدنية رقيقة أو طبقة معدنية رقيقة موضوعة على عازل. قم بلف رقائق معدنية ولفائف حول العمود الأساسي، وقم بتوصيل الأسلاك، ثم قم بتغليف المكثف في غلاف بلاستيكي وأغلقه براتنج الإيبوكسي لحمايته من التأثيرات البيئية.
الصورة المعروضة عبارة عن مكثف رقيق يتكون من عمود ملفوف يحتوي على طبقات معدنية متناوبة وطبقات عازلة
الشكل 1: مكثف ذو طبقة رقيقة يتكون من عمود ملفوف يحتوي على طبقات معدنية وعازلة متناوبة، مختومة في غلاف بلاستيكي واقي. (مصدر الصورة: قسم إيتون للإلكترونيات، تم تعديله بواسطة Art Pini)
على الرغم من أن كثافة الطاقة للمكثفات ذات الأغشية الرقيقة منخفضة نسبيًا، إلا أنها تتمتع بكثافة سعة عالية وخصائص أخرى. أولاً، المكثفات ذات الأغشية الرقيقة ليس لها قطبية وهي مناسبة لكل من دوائر التيار المتردد والتيار المستمر. بالمقارنة مع المكثفات التي تستخدم إلكتروليتات سائلة أو شبه سائلة، فإن العزل الكهربائي الصلب الجاف للمكثفات ذات الأغشية الرقيقة يتمتع بموثوقية أعلى وقيمة سعة مستقرة واستقرار ممتاز في درجة الحرارة. تضمن محاثة السلسلة المكافئة المنخفضة (ESL) والمقاومة المتسلسلة المكافئة (ESR) التعامل الفعال مع التيارات المموجة العالية، مما يجعل مكثفات الأغشية الرقيقة مناسبة للغاية للتطبيقات عالية التردد. قد تكون أكبر ميزة للمكثفات ذات الأغشية الرقيقة هي قدرتها على الشفاء الذاتي. في حالة حدوث انهيار للعازل الكهربائي، سيتم إنشاء نقطة ساخنة محلية، مما يتسبب في تبخر المعادن المجاورة وتشكيل ثقب غير موصل، ولكن لا يزال بإمكان المكثف العمل بشكل طبيعي، وبالتالي إطالة عمر الخدمة.
مكثف الفيلم
تم تصميم المكثفات ذات الأغشية الرقيقة لتطبيقات محددة، مع الأنواع الشائعة بما في ذلك الأمان ووصلة التيار المستمر ومرشح التيار المتردد والنبض. تُستخدم مكثفات الأفلام الآمنة لتقليل الإشعاع الموصل في تطبيقات ترشيح خط التيار المتردد. تحدد العديد من معايير السلامة الدولية متطلبات إجراء EMI. فكر في تجهيز السيارات الكهربائية بشاحن تيار مستمر يتم تشغيله عبر دائرة كهربائية. في محطات الشحن السريع بالتيار المستمر، يمكن أن يوفر الوضع المشترك والوضع التفاضلي لتصفية EMI من خلال المكثفات مسارًا منخفض المقاومة لتحويل إشارات الضوضاء مع تحقيق أقل تبديد للطاقة.
يتم تحقيق قمع EMI من خلال مرشح خطي، والذي يتضمن مكثفًا رقيقًا بين خط الطاقة ومصدر طاقة التبديل (الشكل 2).