Purpose: Polymer capacitors are known to have very high reliability as compared with liquid electrolytic capacitors, but their capacity has been reported to decrease in charge and discharge at low temperature. The purpose of this study to clarify these characteristics. Methods: In order to clarify these characteristics, charging-discharging tests were carried out for 200 hours with three different capacities and at 5 different temperature from $5^{\circ}C$ to $100^{\circ}C$. Results: As a result of the test, it was confirmed that the capacity of the polymer capacitor was decreased with higher capacity and lower temperature. Conclusion: Such a failure phenomenon was caused by the shrinkage and expansion characteristics of the polymer used therein, it is presumed that this failure phenomenon is due to the complex pore structure made by etching.
$ZrO_2$ and Al-Zr composite oxide film was prepared by vacuum assisted sol-gel dip coating method and anodizing. $ZrO_2$ films annealed above $400^{\circ}C$ have tetragonal structure. $ZrO_2$ layers inside etch pits were successfully coated from the $ZrO_2$ sol. The double layer structures of samples were obtained after being anodized at 100 V to 600 V. From the TEM images, it was found that the outer layer was $Al_2O_3$, the inner layer was multi-layer of $ZrO_2$, Al-Zr composite oxide and Al hydrate. The capacitance of $ZrO_2$ coated foil exhibited about 28.3% higher than that of non-coating foil after being anodized at 100 V. The high capacitance of $ZrO_2$ coated foils anodized at 100 V can be attributed to the relatively high percentage of inner layer in total thickness. The electrical properties, such as withstanding voltage and leakage current of coated and non-coated Al foils showed similar values. From the results, $ZrO_2$ and Al-Zr composite oxide is promising to be used as the partial dielectric of high voltage capacitor to increase the capacitance.
본 논문은 플로팅 커패시터를 갖는 이중 인버터의 향상된 데드 타임 보상 기법을 제안한다. 플로팅 커패시터를 갖는 이중 인버터는 2-레벨 단일 인버터보다 전력 반도체가 6개가 추가된다. 전력 반도체의 수가 증가로 이중 인버터의 출력 전압은 추가된 전력 반도체의 도통 전압만큼 감소되며 출력 전류 품질은 전력 반도체에 의한 전압 강하와 데드 타임에 의해 저하된다. 본 논문에서 제안하는 기법은 이중 인버터의 데드 타임 및 전력 반도체의 도통 전압을 보상하여 전류 품질을 개선하고 추가적인 대역통과 필터를 이용한 고조파 보상 기법을 통해 데드 타임과 도통 전압 보상에 대한 오차를 추가 보상한다.
본 논문은 직류단 전원(DC link)에 대용량의 전해 캐패시터(Electrolytic capacitor)를 사용하지 않는 전해 캐패시터리스 (Electrolytic-Capacitorless) 인버터의 입력 전류와 직류단 전원 공진(resonance) 억제에 대한 것이다. 직류단 전원의 순시적인 에너지원으로 사용되는 전해 캐패시터를 사용하지 않는 캐패시터리스 인버터는 기존의 인버터에 비해서 가격, 부피 면에서 장점을 가지지만, 직류단 전원의 캐패시터 용량이 작아서 부하 단 스위칭의 영향이 입력 전류에 직접적으로 나타나게 된다. 이에 따라서 캐패시터리스 인버터는 필연적으로 입력 단에 저역 통과 필터(Low Pass Filter : LPF)가 필요하다. 입력 단의 필터는 간단한 구조와 가격적 측면을 고려하여 LC 필터가 주로 사용되는데, LC필터는 직류단 전류에 의한 공진의 원인이 된다. 본 논문에서는 캐패시터리스 인버터의 입력 필터의 영향을 분석하여 입력 전류와 직류단 전압의 공진을 억제 할 수 있는 방법을 제시하고, 실험 결과를 통하여 제안된 방법의 유효성을 확인한다.
The power capacitors used as vehicle inverters must have a small size, high capacitance, high voltage, fast response and wide operating temperature. Our thin film capacitor was fabricated by alumina layers as a dielectric material and a metal electrode instead of a liquid electrolyte in an aluminum electrolytic capacitor. We analyzed the micro structures and the electrical properties of the thin film capacitors fabricated by nano-channel alumina and metal electrodes. The metal electrode was filled into the alumina nano-channel by electroless nickel plating with polyethylene glycol and a palladium catalyst. The spherical metals were formed inside the alumina nano pores. The breakdown voltage and leakage current increased by the chemical reaction of the alumina layer and $PdCl_2$ solution. The thickness of the electroless plated nickel layer was 300 nm. We observed the nano pores in the interface between the alumina layer and the metal electrode. The alumina capacitors with nickel electrodes had a capacitance density of 100 $nF/cm^2$, dielectric loss of 0.01, breakdown voltage of 0.7MV/cm and leakage current of $10^4{\mu}A$.
The oxide films formed on etched aluminum foils play an important role as dielectric layers in aluminum electrolytic capacitors. $Y_2O_3$-doped $ZrO_2$ (YZ) films were coated on the etched aluminum foils by sol-gel dip coating, and the electrical properties of YZ-coated Al foils were characterized. YZ films annealed at $450^{\circ}C$ were crystallized into a cubic phase, and as the $Y_2O_3$ doping content increased, the unit cell of $ZrO_2$ expanded and the grain size decreased. The etch pits of Al foils were filled by YZ sol when it dried at atmospheric pressure after repeating for several times, but this step could essentially be avoided when being dried in a vacuum. YZ-coated foils indicated that the specific capacitance and dissipation factor were $2-2.5{\mu}F/cm^2$ and 2-4 at 1 kHz, respectively, and the leakage current and withstanding voltage of films approximately 200 nm thick were $5{\times}10^{-4}A$ at 21 V and 22 V, respectively. After being anodized at 500 V, the foils exhibited a specific capacitance and dissipation factor of $0.6-0.7{\mu}F/cm^2$ and 0.1-0.2, respectively, at 1 kHz, while the leakage current and withstanding voltage were $2{\times}10^{-4}-3{\times}10^{-5}A$ at 400 V and 420-450 V, respectively. This suggests that YZ film is a promising dielectric that can be used in high voltage Al electrolytic capacitors.
An electric double-layer capacitor(EDLC) is an electrochemical capacitor with relatively high energy density, typically hundreds of times greater than conventional electrolytic capacitors. EDLCs are widely used for energy storage rather than as general-purpose circuit components. They have a variety of commercial applications, notably in energy smoothing and momentary-load devices, and energy-storage and kinetic energy recovery system devices used in vehicles, etc. This paper presents an accelerated degradation test of an EDLC with rated voltage 2.7V, capacitance 100F, and usage temperature $-40^{\circ}C{\sim}65^{\circ}C$. The EDLCs are tested at $50^{\circ}C$, $60^{\circ}C$, and $70^{\circ}C$, respectively for 1,750hours, and their capacitances are measured at predetermined times by constant current discharge method. The failure times are predicted from their capacitance deterioration patterns, where the failure is defined as 30% capacitance decrease from the initial one. It is assumed that the lifetime distribution of EDLC follows Weibull and Arrhenius life-stress relationship holds. The life-stress relationship, acceleration factor, and $B_{10}$ life at design condition are estimated by analyzing the accelerated life test data.
This paper proposes a grid-tied photovoltaic (PV) system, consisting of Voltage-fed dual-active-bridge (DAB) dc-dc converter with single phase inverter. The proposed converter allows a small dc-link capacitor, so that system reliability can be improved by replacing electrolytic capacitors with film capacitors. The double line frequency free maximum power point tracking (MPPT) is also realized in the proposed converter by using Ripple Correlation method. First of all, to eliminate the double line frequency ripple which influence the reduction of DC source capacitance, control is developed. Then, a designing of Current control in DQ frame is analyzed and to fulfill the international harmonics standards such as IEEE 519 and P1547, $3^{rd}$ harmonic in the grid is directly compensated by the feedforward terms generated by the PR controller with the grid current in stationary frame to achieve desire Total Harmonic Distortion (THD). 5-kW PV converter and inverter module with a small dc-link film capacitor was built in the laboratory with the proposed control and MPPT algorithm. Experimental results are given to validate the converter performance.
태양광 시스템이나 연료전지 시스템 그리고 전기자동차에 많이 사용되는 DC-DC 컨버터는 부스트 컨버터이다. 이러한 부스트 컨버터를 병렬로 연결하고 위상차를 두고 동작하여 입출력 전류리플을 줄이는 인터리브드 부스트 컨버터가 최근에 많이 사용되고 있다. 이 회로는 입출력 전류 리플이 작기 때문에 입출력 커패시터의 크기를 줄일 수 있다. 따라서 기존의 전해 커패시터를 신뢰성이 우수한 필름 커패시터로 교체할 수 있고 이는 전체 시스템의 수명 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 다단 인터리브드 부스트 컨버터에 사용되는 출력 커패시터의 전류리플 수식을 유도하고 듀티에 따른 특성을 알아본다. 이를 확인하기 위해서 PSIM 툴을 이용하여 계산된 값과 비교를 할 것이다.
$ZrO_2$ films were coated on aluminum etching foil by the sol-gel method to apply $ZrO_2$ as a dielectric material in an aluminum(Al) electrolytic capacitor. $ZrO_2$ films annealed above $450^{\circ}C$ appeared to have a tetragonal structure. The withdrawal speed during dip-coating, and the annealing temperature, influenced crack-growth in the films. The $ZrO_2$ films annealed at $500^{\circ}C$ exhibited a dielectric constant of 33 at 1 kHz. Also, uniform $ZrO_2$ tunnels formed in Al etch-pits $1{\mu}m$ in diameter. However, $ZrO_2$ film of 100-200 nm thickness showed the withstanding voltage of 15 V, which was unsuitable for a high-voltage capacitor. In order to improve the withstanding voltage, $ZrO_2$-coated Al etching foils were anodized at 300 V. After being anodized, the $Al_2O_3$ film grew in the directions of both the Al-metal matrix and the $ZrO_2$ film, and the $ZrO_2$-coated Al foil showed a withstanding voltage of 300 V. However, the capacitance of the $ZrO_2$-coated Al foil exhibited only a small increase because the thickness of the $Al_2O_3$ film was 4-5 times thicker than that of $ZrO_2$ film.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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