Condensateurs électrolytiques aluminium axiaux pour circuits intermédiaires DC fortement sollicités

Lors du développement d'onduleurs de traction compacts pour la micromobilité et la technologie d'entraînement industriel, l'augmentation des tensions système nécessite des condensateurs de circuit intermédiaire plus performants pour la stabilisation. Pour relever ce défi d'infrastructure, TDK Corporation introduit de nouvelles séries de condensateurs électrolytiques en aluminium à montage axial et en étoile de soudage, qui lissent les courants d'ondulation (ripple currents) élevés dans les réseaux de bord CC hautement dynamiques.

Contexte ingénierie
Les systèmes d'entraînement électrique dans les véhicules électriques compacts (xEV), les chariots élévateurs et les robots humanoïdes génèrent des fluctuations de courant à haute fréquence pendant leur fonctionnement. Ces courants d'ondulation soumettent le circuit intermédiaire CC (DC-link) à des contraintes thermiques et mécaniques, ce qui, dans les conceptions traditionnelles, nécessite souvent le montage en série de plusieurs condensateurs de tension nominale inférieure. Cette topologie de circuit augmente considérablement l'encombrement sur le circuit imprimé tout en provoquant des inductances et des résistances parasites indésirables. L'augmentation de la tension nominale des composants individuels est donc cruciale pour les ingénieurs afin de minimiser la complexité des circuits, de réduire la dissipation de puissance et de garantir la fiabilité du système dans des environnements soumis à des variations de charge rapides.

Explication technique
Les séries B43693 et B43793 sont conçues pour des tensions nominales de 125 V à 250 V et prennent en charge des courants d'ondulation allant jusqu'à 21,6 A. Cette rigidité diélectrique rend superflue toute connexion en série dans la conception de systèmes en 96 V. Parallèlement, les séries B41687 et B41787 élargissent le spectre dans la plage basse tension avec de nouvelles variantes en 63 V. Les condensateurs présentent une faible résistance série équivalente (ESR), ce qui réduit la production de chaleur au sein du circuit intermédiaire de l'onduleur en cas de fortes charges de courant.

Grâce à leur conception mécanique avec cosses axiales ou en étoile de soudage, les composants peuvent être intégrés de manière flexible dans l'architecture du circuit – que ce soit à l'horizontale, à la verticale, sur des circuits imprimés classiques ou directement sur des barres omnibus (busbars) massives. La construction permet également un couplage thermique direct du boîtier en aluminium à un dissipateur thermique, ce qui augmente considérablement la capacité admissible en courant d'ondulation. Par exemple, le courant d'ondulation maximal autorisé d'un composant de 18 x 30 mm à une température ambiante de 105 °C passe de 5,2 A à 11,1 A lorsque le boîtier est refroidi activement à 105 °C.

Pertinence du produit
En raison de la tension nominale accrue et de la meilleure dissipation thermique, les développeurs d'électronique de puissance peuvent réduire le nombre de condensateurs nécessaires par banque d'énergie. Cela diminue directement les coûts d'assemblage et augmente la densité de puissance globale du système. Les propriétés physiques comprennent une plage de capacité allant de 56 µF à 650 µF pour les versions 125 V et de 510 µF à 4800 µF pour les séries 63 V. Les composants offrent une durée de vie utile de 2 500 heures à des températures de fonctionnement allant jusqu'à 140 °C (variantes 125 V) ou 150 °C (variantes 63 V). La résistance mécanique standard aux vibrations de 20 g, qui peut être portée à 60 g sur demande, garantit la stabilité structurelle dans les environnements industriels et automobiles difficiles. Toutes les séries sont entièrement conformes à la directive RoHS.

Applications réelles
Les séries de condensateurs sont spécifiquement conçues pour une utilisation dans l'électronique de puissance à forte sollicitation et à encombrement critique. Dans l'électronique automobile et industrielle, ils font office de tampon d'énergie central dans les onduleurs compacts pour la micromobilité, tels que les deux-roues électriques ou les bateaux électriques. En intralogistique, ils stabilisent électriquement les réseaux de bord 48 V et 80 V des chariots élévateurs à traction électrique. De plus, leurs faibles dimensions, qui varient de 16 x 25 mm à 21 x 49 mm, permettent une intégration transparente dans les entraînements d'articulation et les systèmes de distribution d'énergie hautement réglementés des robots humanoïdes.

Contexte supplémentaire
Cette section détaille les spécifications techniques et l'analyse comparative concurrentielle qui ne figuraient pas dans l'annonce originale du produit.

Sur le marché des condensateurs de circuit intermédiaire pour des tensions inférieures à 150 V, les condensateurs électrolytiques en aluminium classiques sont en concurrence directe avec les condensateurs à film et les condensateurs hybrides polymères. Alors que les condensateurs à film présentent une ESR extrêmement faible et tolèrent des pics de tension élevés, les condensateurs électrolytiques en aluminium offrent une densité de capacité par volume nettement supérieure, ce qui est souvent indispensable aux fréquences de la plage des kilohertz inférieurs pour lisser l'ondulation de tension.

La tendance technologique vers des architectures en 48 V et 96 V dans l'industrie automobile exige des composants capables de gérer des courants très élevés à ces basses tensions, car une puissance électrique équivalente nécessite un courant plus important que dans les systèmes haute tension. Les solutions concurrentes de fabricants tels que Panasonic ou Rubycon s'appuient souvent dans le secteur automobile sur des condensateurs hybrides polymères, qui atteignent toutefois leurs limites en matière de scalabilité des coûts lorsque des capacités totales élevées de plus de 1 000 µF sont requises. La combinaison d'une forte capacité, d'un montage axial mécaniquement robuste et de la possibilité d'un refroidissement direct du boîtier positionne les séries TDK comme une alternative pragmatique et efficace pour maîtriser les pertes thermiques élevées dans les applications de traction modernes.

Édité par Maria Brueva, rédactrice chez Induportals – adapté par l'IA.

www.tdk-electronics.tdk.com