Высоковольтные керамические конденсаторы компании Murata

Трудно найти приложения, в которых не используются керамические конденсаторы. Иногда в низковольтных схемах конкуренцию им могут составить танталовые конденсаторы – бывает, что они даже выигрывают «сражение» за счет отсутствия зависимости емкости от температуры и напряжения заряда. Однако когда речь идет о высоковольтных схемах с рабочим напряжением 1000 В и выше, керамические конденсаторы благодаря своим отличным частотным характеристикам и способности пропускать значительные пульсирующие токи остаются вне конкуренции.

Рис. 1. Высоковольтный керамический конденсатор С1 в схеме инвертора

В качестве примера использования высоковольтных керамических конденсаторов можно привести схему инвертора, показанную на рисунке 1. В этом примере керамический конденсатор С1, включенный параллельно сглаживающему электролитическому конденсатору, предназначен для фильтрации импульсов напряжения длительностью несколько десятков наносекунд (иголок), возникающих при коммутации силовых ключей. Электролитический конденсатор из-за не вполне пригодных характеристик на высоких частотах нельзя использовать для этих целей.

Кроме того, высоковольтные керамические конденсаторы находят широкое применение в снабберных цепях и активных ограничителях напряжения (active clamp) высоковольтных преобразователей. Заметим, что способ ограничения коротких импульсов напряжения керамическими конденсаторами принципиально отличается от такового в варисторах и газовых разрядниках. Последние при превышении напряжением заданного порогового уровня замыкают защищаемую цепь накоротко, что приводит к протеканию через них значительного тока. Такой способ хорош при коротких неповторяющихся импульсах, но в случае силовых преобразователей с рабочей частотой от нескольких килогерц до десятков килогерц он неприемлем, т.к. приведет к перегреву ограничителей и сбоям в работе преобразователя.

Выбор высоковольтных керамических конденсатов в продуктовой линейке компании Murata весьма широк. В нее входят дисковые конденсаторы для монтажа в отверстия с номинальным напряжением до 15 кВ и чип-конденсаторы для поверхностного монтажа с номинальным напряжением до 3,15 кВ.

Рис. 2. Напряжение Vp-p(пик–пик)

Перед тем как перейти к рассмотрению конкретных типов конденсаторов, отметим некоторые особенности их параметров. При выборе ​номинального напряжения конденсатора следует учитывать, что производитель указывает напряжение Vp-p (от пика до пика), как это показано на рисунке 2. Следовательно, необходимо учитывать амплитуду возможных всплесков напряжения, возникающих при переходных процессах.

Максимально допустимое напряжение зависит и от частоты. На рисунке 3 в качестве примера показана эта зависимость для конденсаторов семейства DEA с номинальным напряжением 2 кВ. Поскольку частотная зависимость приведена для синусоидального напряжения, при прямоугольной форме напряжения, которая часто наблюдается в силовых преобразователях, возможно, придется учитывать третью гармонику.

Гармоники высокой частоты могут вызвать дополнительные потери в диэлектрике, и потому желательно, чтобы рабочее напряжение конденсатора было таким, при котором температура его корпуса при температуре окружающей среды 25°С не превышала 45°С. Если конденсатор эксплуатируется при максимально допустимом напряжении, то температура корпуса не должна превышать температуру окружающей среды более чем на 5°С.

Рис. 3. Зависимость максимально допустимого напряжения от частоты

Рассмотрим сначала дисковые конденсаторы, которые представлены пятью следующими семействами: DEA; DEB; DEC; DEH; DHR.

В конденсаторах DEA используется диэлектрик 1-го класса с невысокой диэлектрической проницаемостью. У конденсаторов с этим диэлектриком – относительно малая емкость, но более высокая стабильность: величина емкости мало зависит от температуры и приложенного напряжения. Конденсаторы остальных семейств изготавливаются с использованием диэлектрика 2-го класса. В таблице 1 приведены основные параметры высоковольтных дисковых конденсаторов.

Ассортимент высоковольтных чип-конденсаторов состоит из трех семейств: GRM; GRJ; GR4; KRM.

В таблице 2 приведены основные параметры конденсаторов этих семейств. Заметим, что конденсаторы семейства GRM выпускаются для схем генерации высоковольтных колебаний, в т.ч. для блоков подсветки экранов. Примеры их использования для управления люминесцентными лампами с холодным катодом CCFL приведены на рисунках 4–5.

Рис. 4. Мультивибратор Роера		Рис. 5. Резонансная схема