Nouvelles tendances en matière de miniaturisation des condensateurs de liaison CC haute tension

Les condensateurs de liaison CC sont des composants électroniques essentiels pour les convertisseurs de puissance.  Aujourd’hui, les semi-conducteurs de puissance sont en train de changer, tant au niveaux des matériaux utilisés que de leur structure. Les ingénieurs doivent choisir avec soin le bon condensateur de liaison CC, en fonction des diverses caractéristiques et applications, en particulier pour un usage à haute tension ou dans le secteur automobile. RUBYCON propose des solutions fiables, tant au niveau des condensateurs électrolytiques en aluminium traditionnels qu’à travers sa nouvelle technologie PMLCAP.
  Actuellement, de grands condensateurs à film ou de grands condensateurs électrolytiques sont utilisés comme condensateurs de liaison CC. Les plus couramment utilisés sont les condensateurs électrolytiques, compte tenu du fait qu’ils ont une densité énergétique élevée et qu'ils sont rentables. Cependant, les condensateurs électrolytiques ont une durée de vie limitée et sont généralement utilisés pour des tensions inférieures à 1000V.
 
Les condensateurs à film restent une option pour les applications n’exigeant pas autant de capacité que les condensateurs électrolytiques en aluminium.  Ils ont une faible résistance série équivalente (ESR) et peuvent gérer des courants élevés à de hautes fréquences.  Qui plus est, ils supportent des tensions de plus de 1000V, contrairement aux condensateurs électrolytiques.

Les condensateurs électrolytiques en aluminium et les condensateurs à film sont utilisés pour diverses applications telles que les commandes de moteur, les onduleurs solaires, les alimentations sans interruption (ASI) et les applications industrielles et grand public, mais aussi et de plus en plus, les installations automobiles telles que les chargeurs embarqués (OBC). 

RUBYCON se donne pour objectif de fournir de nouvelles solutions pour ces deux types de technologies de condensateurs. 

PMLCAP haute tension

La nouvelle technologie PMLCAP (Polymer Multi-Layer CAPacitor) de RUBYCON pourra bientôt remplacer les condensateurs à film haute tension.

Les caractéristiques du PMLCAP sont les suivantes :
 

• Pas d'effet piézoélectrique provoquant des bruits ou des sons 
• Pas de tension de polarisation en courant continu
• Une capacité stable pour une large fourchette de températures
• Pas de risque de court-circuit, de fumée ou d'incendie
• Aujourd'hui, le PMLCAP est principalement utilisé dans l'audio haut de gamme pour remplacer les condensateurs céramiques multicouches (MLCC). 
• Il est également utilisé pour les condensateurs d’amortissement afin de remplacer les condensateurs à film dans des tailles plus petites.
• Plus de 300 millions d’unités ont déjà été livrées sur le marché.
• Largement utilisé, y compris dans l'industrie automobile ou encore dans la sonde InSight lancée sur Mars par la NASA.

Pour les liaisons CC, RUBYCON propose deux séries de PMLCAP : la série HPB de type boîtier et la série HPM de type module. 

Les condensateurs de la série HPB se déclinent en tension allant de 500V à 900V, avec une plage de capacité de 5 à 25μF, ce qui les rend particulièrement adaptés pour un usage comme condensateurs de liaison CC dans des applications telles que les compresseurs d'entraînement de moteur, les OBC et les convertisseurs CC/CC.  Si l'on examine le produit 900V/20μF, la série HPB permet de réduire la taille des condensateurs de 30% par rapport aux principaux condensateurs à film actuels de 125°C, même avec le gradient de tension actuel de 250V/μm (volume 56,7cc > 40,1cc).  Le prochain objectif envisagé est d'atteindre 300V/μm, ce qui signifie que la taille pourra encore être réduite de 55% dans le cas du produit 900V/20μF (volume 56,7cc > 31,5cc).  Même avec un tel niveau de miniaturisation, les produits de la série HPB peuvent facilement résister à 125°C.
  La série HPM, quant à elle, est destinée à remplacer les condensateurs à film de grande taille utilisés dans les onduleurs EV.  Pour le moment, nous envisageons de proposer un produit offrant une capacité de 900V pour 30μF comme un seul bloc de condensateurs, les blocs de condensateurs pouvant ensuite être combinés pour former un module. Fait peut-être moins connu en Europe, RUBYCON fabrique également des condensateurs à film haute tension.  La société, qui compte une vaste expérience dans la conception de barres omnibus pour onduleurs EV, met à présent cette expérience à contribution pour la série HPM.
 

Les deux séries présentent les avantages suivants par rapport aux condensateurs à film :
 

• Une meilleure résistance à la chaleur, avec une capacité à supporter une température d’au moins 125°C.
• Un niveau de miniaturisation atteignant presque la moitié de la taille des condensateurs à film actuellement sur le marché.

RUBYCON prévoit d'augmenter les volumes de production à l'automne 2023 pour les deux séries. La technologie a été lancée récemment et nous sommes heureux de soutenir vos idées et vos projets au niveau des produits.
 

Nouveaux développements pour les condensateurs électrolytiques 

La technologie des condensateurs électrolytiques est généralement considérée comme mature, avec seulement quelques avancées significatives.  Ce n'est toutefois pas le cas chez RUBYCON. Au cours des dernières années, la société a continuellement mis au point et lancé de nouvelles séries révolutionnaires, comme la série HXK capable de gérer des valeurs de courant élevées de près de 5A (105°C, 120Hz) ou encore la série MXT qui se targue d’une capacité maximale de 1500μF dans un format compact de 35x60mm.
 

Actuellement, on trouve trois axes principaux de développement :
 
Dans le cas des condensateurs, il existe une corrélation entre la capacité et le courant d'ondulation. Si l’on règle le condensateur uniquement en fonction du courant d'ondulation, la valeur de la capacité du condensateur de liaison CC peut être inutilement élevée. Or, qui dit capacité plus haute dit aussi prix plus élevé au niveau des composants, ces deux éléments étant directement proportionnels l'un à l'autre.  La nouvelle technologie de RUBYCON permet un meilleur rapport courant d’ondulation/capacité.  RUBYCON possède le savoir-faire nécessaire pour ajuster le condensateur électrolytique afin de répondre précisément à vos exigences en personnalisant la structure du condensateur, l'électrolyte, le papier séparateur et d'autres facteurs.
 

2. Une structure innovante du boîtier du condensateur pour le refroidissement par eau 

Jusqu’à présent, il a toujours été difficile de refroidir les condensateurs électrolytiques. En raison de l'évent de sécurité, le condensateur a besoin, en effet, d'un certain espace sur sa partie supérieure, empêchant ainsi tout contact direct avec une plaque de refroidissement à l'eau. 

RUBYCON a mis au point un nouveau boîtier, qui permet au condensateur de toucher la plaque de refroidissement à l'eau sans perdre l'espace nécessaire pour l'évent de sécurité.  Il devient dès lors possible de baisser la température du condensateur, grâce au refroidissement par eau, tout en utilisant un courant d'ondulation plus élevé par rapport aux conditions normales.
 

3. Une nouvelle technologie pour une miniaturisation plus poussée

RUBYCON travaille actuellement sur une nouvelle technologie qui ouvrira bientôt la voie à une miniaturisation encore plus poussée.  Même si les séries existantes sont déjà beaucoup plus petites que celles de la concurrence, cette nouvelle technologie permettra de réduire encore la taille des composants d'environ 15 %. Au fur et à mesure des progrès de la technologie, d'autres réductions de taille seront encore possibles.

Pour plus d'informations, veuillez contacter Florence Ortolan.