Comparaison des condensateurs haute tension HVC et TDK : test comparatif

Comparaison des performances des condensateurs céramiques haute tension à bornes à vis : livre blanc

Contexte d'application

Les condensateurs céramiques à bornes à boulon haute tension sont des composants essentiels en imagerie médicale (tomodensitométrie, radiographie), dans les transformateurs de puissance, les équipements de contrôle non destructif industriels, les alimentations laser et les instruments scientifiques. Ces composants doivent fonctionner de manière fiable sous des tensions de plusieurs dizaines de milliers de volts tout en conservant un facteur de dissipation extrêmement faible, une excellente stabilité thermique et une fiabilité à long terme. TDK bénéficie de plus de 40 ans d'expérience dans ce domaine avec ses séries UHV, FHV et FD, mais est limité par l'utilisation de matériaux céramiques de classe 2 (Y5S/Z5T) et par la conception de circuits intégrés monopuces.

Les pré-requis techniques

Toute solution de rechange concurrentielle doit démontrer des performances électriques équivalentes ou supérieures (facteur de dissipation, coefficient de température, tenue en tension), une compatibilité mécanique équivalente (dimensions des bornes, interface de montage) et une fiabilité équivalente (vieillissement, cyclage thermique, décharges partielles). Elle doit également pallier les limitations matérielles et structurelles de TDK afin d'apporter une réelle valeur ajoutée technique, au-delà d'une simple diversification de la chaîne d'approvisionnement.

Paramètres de sélection

Le tableau comparatif des valeurs de référence ci-dessous couvre les cinq dimensions critiques évaluées dans cette analyse de performance.

Paramètre	TDK (UHV/FHV/FD)	HVC (borne à vis haute tension)	Avantage
Matériau céramique	Y5S/Z5T (Classe 2)	N4700 (Classe 1)	Série HVCT8G
Matériel d'électrode	un Prix d'argent	Copper	Série HVCT8G risque
Tension maximale par unité	50kV	150 kV (double puce)	HVC — Plage de tension 3x
Capacité maximale	2100pF	8000pF	HVC — Densité de capacité multipliée par 4
Facteur de dissipation	0.5-1.0%		HVC — Pertes 5 fois moindres
Teneur en plomb	Oui (exempté RoHS)	Aucun (sans plomb)	HVC — Conformité à l'épreuve du temps
Délai d'exécution standard	16 + semaines	4-6 semaines	HVC — Livraison 60 % plus rapide
Niveau de prix	Ligne de base (premium)	20 à 50 % de moins	HVC — Économies importantes

Considérations sur la conception

• Justification de la mise à niveau matérielle: La céramique N4700 de classe 1 offre un coefficient de température de capacité (TCC) quasi linéaire et un facteur de dissipation inférieur à 0.2 %, permettant un réglage plus précis du circuit résonant et une contrainte thermique moindre dans les applications à impulsions haute fréquence.
• Innovation structurelleL'architecture série/parallèle à double puce de HVC dans un seul boîtier permet d'atteindre des tensions nominales qui nécessiteraient un empilement multi-unités avec TDK, réduisant ainsi la complexité d'assemblage et améliorant la fiabilité au niveau du système (moins de points de connexion = moins de modes de défaillance).
• Élimination de la migration de l'argentDans les environnements à forte humidité et à fortes contraintes électriques (fréquents dans les équipements médicaux et industriels), les électrodes en argent de TDK sont sensibles à la migration dendritique des ions argent, ce qui peut entraîner un court-circuit catastrophique. Les électrodes en cuivre de HVC, quant à elles, sont insensibles à ce phénomène.
• Compatibilité RoHS avec l'avenirBien que les formulations Y5S/Z5T de TDK bénéficient actuellement d'exemptions RoHS concernant le plomb dans la céramique, l'évolution de la réglementation laisse présager une réduction, voire une suppression, de ces exemptions. Le N4700 de HVC est naturellement sans plomb.
• Performance thermiqueUn facteur de dissipation plus faible se traduit directement par une réduction de l'auto-échauffement. Dans les applications à fonctionnement continu, cela peut multiplier par 2 ou 3 la durée de vie du condensateur par rapport aux condensateurs de classe 2.
• Parcours de qualificationPour les fabricants d'équipements médicaux, la certification ISO 13485 de HVC et sa documentation complète de traçabilité satisfont aux exigences réglementaires en matière de changement de fournisseur de condensateurs.

4. Guide de sélection rapide de la série complète

Les tableaux suivants couvrent tous les modèles standard des séries UHV, FHV, TSF et FD de TDK — Modèles 53 avec les modèles de remplacement HVC correspondants. HVC utilise de la céramique N4700 de classe 1 (sans plomb, facteur de dissipation inférieur) pour remplacer les matériaux d'origine Y5S/Z5T/Y5P de classe 2 de TDK.

Séries TSF et FD (norme CA)

Modèle TDK	Spécifications (Tension/Capacité)	Matériaux TDK	Remplacement du CVC	Matériau HVC (mise à niveau)
TSF-40C	20 kV CA, 1080 pF	Z5T	HVCT8G-20KVAC-DL40-1081K	N4700
TSF-30	20 kV CA, 400 pF	Z5T	HVCT8G-20KVAC-DL30-401K	N4700
FD-9A	10 kV CA, 100 pF	Y5P	HVCT8G-10KVAC-DL30-101K	N4700
FD-10A / FD-10AU	10 kV CA, 250 pF	Y5P	HVCT8G-10KVAC-DL30-251K	N4700
FD-11A / FD-11AU	10 kV CA, 500 pF	Y5P	HVCT8G-10KVAC-DL30-501K	N4700
FD-12A / FD-12AU	10 kV CA, 1000 pF	Y5P	HVCT8G-10KVAC-DL40-102K	N4700
FD-16A / FD-16AU	13 kV CA, 250 pF	Y5P	HVCT8G-13KVAC-DL30-251K	N4700
FD-18A / FD-18AU	13 kV CA, 500 pF	Y5P	HVCT8G-13KVAC-DL30-501K	N4700
FD-20A	13 kV CA, 1000 pF	Y5P	HVCT8G-13KVAC-DL50-102K	N4700
FD-22A	20 kV CA, 250 pF	Y5P	HVCT8G-20KVAC-DL30-251K	N4700
FD-24A	20 kV CA, 500 pF	Y5P	HVCT8G-20KVAC-DL40-501K	N4700
FD-33A	25 kV CA, 250 pF	Y5P	HVCT8G-25KVAC-DL30-251K	N4700
FD-36A	25 kV CA, 500 pF	Y5P	HVCT8G-25KVAC-DL50-501K	N4700

Série FHV (moulage DC)

Modèle TDK	Spécifications (Tension/Capacité)	Matériaux TDK	Remplacement du CVC	Matériau HVC (mise à niveau)
FHV-153AN	15 kV CC, 7000 pF	Y5S	HVCT8G-15KV-DL60-702K	N4700
FHV-1AN	20 kV CC, 1700 pF	Y5S	HVCT8G-20KV-DL40-172K	N4700
FHV-2AN	20 kV CC, 3000 pF	Y5S	HVCT8G-20KV-DL50-302K	N4700
FHV-3AN	20 kV CC, 5200 pF	Y5S	HVCT8G-20KV-DL60-522K	N4700
FHV-4AN	30 kV CC, 1200 pF	Y5S	HVCT8G-30KV-DL40-122K	N4700
FHV-5AN	30 kV CC, 2100 pF	Y5S	HVCT8G-30KV-DL50-212K	N4700
FHV-6AN	30 kV CC, 3500 pF	Y5S	HVCT8G-30KV-DL60-352K	N4700
FHV-7AN	40 kV CC, 850 pF	Y5S	HVCT8G-40KV-DL40-851K	N4700
FHV-8AN	40 kV CC, 1500 pF	Y5S	HVCT8G-40KV-DL50-152K	N4700
FHV-9AN	40 kV CC, 2600 pF	Y5S	HVCT8G-40KV-DL60-262K	N4700
FHV-10AN	50 kV CC, 700 pF	Y5S	HVCT8G-50KV-DL40-701K	N4700
FHV-11AN	50 kV CC, 1300 pF	Y5S	HVCT8G-50KV-DL50-132K	N4700
FHV-12AN	50 kV CC, 2100 pF	Y5S	HVCT8G-50KV-DL60-212K	N4700

Série UHV (borne à boulonner ultra-haute tension)

Modèle TDK	Spécifications (Tension/Capacité)	Matériaux TDK	Remplacement du CVC	Matériau HVC (mise à niveau)
Tension nominale de 20 kV
UHV-221A	20 kV CC, 200 pF	Z5T	HVCT8G-20KV-DL30-201K	N4700
UHV-222A	20 kV CC, 400 pF	Z5T	HVCT8G-20KV-DL30-401K	N4700
UHV-223A	20 kV CC, 700 pF	Z5T	HVCT8G-20KV-DL30-701K	N4700
UHV-224A	20 kV CC, 1000 pF	Z5T	HVCT8G-20KV-DL30-102K	N4700
UHV-1A	20 kV CC, 1400 pF	Z5T	HVCT8G-20KV-DL40-142K	N4700
UHV-2A	20 kV CC, 2500 pF	Z5T	HVCT8G-20KV-DL50-252K	N4700
UHV-3A	20 kV CC, 4000 pF	Z5T	HVCT8G-20KV-DL60-402K	N4700
Tension nominale de 30 kV
UHV-231A	30 kV CC, 200 pF	Z5T	HVCT8G-30KV-DL30-201K	N4700
UHV-232A	30 kV CC, 400 pF	Z5T	HVCT8G-30KV-DL30-401K	N4700
UHV-233A	30 kV CC, 700 pF	Z5T	HVCT8G-30KV-DL30-701K	N4700
UHV-4A	30 kV CC, 940 pF	Z5T	HVCT8G-30KV-DL40-941K	N4700
UHV-5A	30 kV CC, 1700 pF	Z5T	HVCT8G-30KV-DL50-172K	N4700
UHV-6A	30 kV CC, 2700 pF	Z5T	HVCT8G-30KV-DL60-272K	N4700
Tension nominale de 40 kV
UHV-241A	40 kV CC, 100 pF	Z5T	HVCT8G-40KV-DL30-101K	N4700
UHV-242A	40 kV CC, 200 pF	Z5T	HVCT8G-40KV-DL30-201K	N4700
UHV-243A	40 kV CC, 400 pF	Z5T	HVCT8G-40KV-DL30-401K	N4700
UHV-7A	40 kV CC, 700 pF	Z5T	HVCT8G-40KV-DL40-701K	N4700
UHV-8A	40 kV CC, 1300 pF	Z5T	HVCT8G-40KV-DL50-132K	N4700
UHV-9A	40 kV CC, 2000 pF	Z5T	HVCT8G-40KV-DL60-202K	N4700
Tension nominale de 50 kV
UHV-251A	50 kV CC, 100 pF	Z5T	HVCT8G-50KV-DL30-101K	N4700
UHV-252A	50 kV CC, 200 pF	Z5T	HVCT8G-50KV-DL30-201K	N4700
UHV-253A	50 kV CC, 400 pF	Z5T	HVCT8G-50KV-DL40-401K	N4700
UHV-10A	50 kV CC, 560 pF	Z5T	HVCT8G-50KV-DL40-561K	N4700
UHV-11A	50 kV CC, 1000 pF	Z5T	HVCT8G-50KV-DL50-102K	N4700
UHV-12A	50 kV CC, 1700 pF	Z5T	HVCT8G-50KV-DL60-172K	N4700

5. Décodeur de numéro de pièce

HVCT8G-[Tension]-[Taille]-[Capacité]][Tolérance]

• TensionTension nominale CC ou CA (par exemple, 20 kV, 30 kV CA)
• TailleDL30 = 30 mm, DL40 = 40 mm, DL50 = 50 mm, DL60 = 60 mm de diamètre du corps
• CapacitanceCode standard à 3 chiffres (par exemple, 201K = 200 pF +/-10 %)

Liste de contrôle de validation

• Comparez les mesures du facteur de dissipation à 1 kHz et 10 kHz entre les unités HVC et TDK à 25 °C et à la température de fonctionnement maximale.
• Effectuer un test de tension d'amorçage de décharge partielle (PDIV) et confirmer que le HVC respecte ou dépasse la spécification TDK (généralement <5pC à la tension nominale).
• Effectuez un test de vieillissement accéléré (tension nominale, 85 °C, 1000 heures) et comparez la dérive de capacité entre les données de référence HVC et TDK.
• Vérifier la compatibilité mécanique : filetage des bornes des boulons, dimensions de la bride et hauteur totale à ±0.5 mm du dessin TDK.
• Effectuer un cycle thermique (-55°C à +125°C, 200 cycles) et vérifier l'absence de fissures, de délamination ou de décalage de capacité supérieur à ±2%.