DCリンクコンデンサの機能と選定ガイド

I. DC リンク コンデンサのコア機能

DCリンクコンデンサ は通常、整流器 (または他の DC 電源) とインバータの間に配置され、周波数コンバータ、インバータ電源、UPS などの機器の重要なコンポーネントです。その主な機能は次の 4 点に要約できます。

1. DC バス電圧の安定化 (電圧調整)
機能: インバータ (IGBT など) は高周波でスイッチングし、DC バスから高脈動電流を引き出します。これにより、DC バス電圧に大きなリップルが発生します。
コンデンサの動作: スイッチング トランジスタがオンになり、電流が増加すると、コンデンサが放電して瞬間エネルギーを負荷に供給し、バス電圧の突然の低下を防ぎます。スイッチング トランジスタがオフになると、コンデンサが充電され、電源からのエネルギーが吸収され、バス電圧のサージが防止されます。流れ（電流）の変動を平滑化し、安定した水位（電圧）を保つ「溜め」の役割を果たします。

2. 瞬時ピーク電流の提供（無効電力の提供）
アプリケーション: 最新のモータードライブは、迅速な動的応答を必要とします。負荷が急激に増加した場合、インバータは瞬時に大電流を供給する必要があります。 DC 電源とフロントエンド ラインの寄生インダクタンスにより、このような大きな電流を瞬時に供給することはできません。
コンデンサの動作: コンデンサは内部抵抗 (ESL/ESR) が低いため、蓄えられたエネルギーを非常に迅速に放出し、インバータに必要な瞬間ピーク電流を供給し、ドライブの高速応答機能を確保します。

3. 高周波ノイズ、リップルを吸収（フィルタリング）
機能: スイッチング デバイスのオンとオフを急速に切り替えると、高周波スイッチング ノイズが発生し、線路を通じて放射または伝導されます。
コンデンサの動作: DC リンク コンデンサは、これらの高周波ノイズ成分に低インピーダンス ループを提供し、局所的に吸収できるようにして、上流の整流回路や電力網へのノイズ干渉を防ぎ、下流の制御回路への影響も防ぎます。

4. インダクタのエネルギーフィードバックを抑制する
機能: モーター駆動では、モーターが発電機状態（ブレーキをかけたり、重量物を降ろしたりするとき）にあるとき、エネルギーがモーター側から DC バスにフィードバックされます。
コンデンサの動作: コンデンサはこのフィードバック エネルギーを吸収し、DC バス電圧が過度に上昇するのを防ぎ、それによってスイッチング デバイスを過電圧破壊から保護します。 (エネルギーフィードバックが激しい場合は、通常、制動抵抗器と制動ユニットが必要です。)

II. DCリンクコンデンサ選定のポイント
DC リンク コンデンサを選択するときは、次の重要なパラメータを考慮する必要があります。

1. 定格電圧
計算: 電圧は DC バスの可能な電圧よりも高くなければなりません。たとえば、380VAC の三相入力の場合、整流後の平均 DC 電圧は約 540VDC になります。系統変動や昇圧電圧などを考慮し、定格電圧が2.5V以下のコンデンサを使用してください。 DC630V または 通常は 700VDC が選択されます .
マージン: 一般に、長期的な信頼性を確保し、電圧スパイクに対処するには、15% ～ 20% の電圧マージンが必要です。

2. 静電容量
機能: 静電容量値は、エネルギーを蓄積し、電圧を安定させるコンデンサの能力を決定します。静電容量値が大きいほど、電圧調整効果が向上し、電圧リップルが小さくなります。
推定方法： 計算には複雑な式がありますが、一般的な経験則は次のとおりです。 インバータ出力電力 1kW ごとに約 100μF ～ 200μF のコンデンサが必要です 。たとえば、15kW インバータは通常、1500μF ～ 3000μF の DC リンク コンデンサを使用します。
影響を与える要因には、システム電力、スイッチング周波数、許容電圧リップル係数、負荷慣性などが含まれます。スイッチング周波数が高いほど、必要なコンデンサを比較的小さくすることができます。

3. 定格リプル電流
定義: コンデンサが耐えられる連続交流の実効値。これはコンデンサの発熱を測定するための重要な指標です。
重要度 : 実際のリップル電流がコンデンサの定格値を超えると、コンデンサ内部の深刻な過熱、電解液の乾燥、寿命の急激な低下、さらには熱破壊が発生します。
選択原則: コンデンサを流れる総リップル電流の実効値を計算またはシミュレーションする必要があり、次のことが保証される必要があります。 選択したコンデンサの定格リップル電流が実際のリップル電流より大きい 、ある程度の余裕を持って。高周波アプリケーションでは、これは静電容量と同じかそれ以上に重要なパラメータです。

4. 等価直列抵抗（ESR）と等価直列インダクタンス（ESL）
ESR : コンデンサの損失や発熱の主な要因。 ESRが小さいほど損失が低くなり、高周波でのフィルタリング性能が向上します。
ESL (実効低電圧): コンデンサの高周波特性を制限します。周波数が自己共振周波数を超えると、コンデンサは誘導性になり、容量性の機能を失います。 ESL を低減するには、通常、マルチピン、多層、またはフラットロウピンの設計が使用されます。

5. 寿命
重要な要素: 電解コンデンサの場合、寿命はその中心的な性能指標です。寿命は主に次のような影響を受けます。 内部ホットスポットの温度 .
計算: 「10 度ルール」に従ってください。これは、動作温度が 10 ℃下がるごとに、寿命が 2 倍になることを意味します。メーカーは動作温度 (例: 105°C/2000 時間) での定格寿命を提供します。
選択に関する考慮事項: 機器の予想寿命と周囲温度に基づいて、十分な寿命を持つコンデンサのモデルを選択してください。