【導讀】電力電子設備*1能高效地轉換和控製電力
，其作為解決環境和能源問題的關鍵技術之一正受到廣泛的關注。ModCap™ 是TDK開發的一係列電力電子電容器，用於鐵路和可再生能源係統，可實現前所未有的創新解決方案。

隨著人們對環境問題的日益關注，從卡車過渡到能夠進行大規模運輸的鐵路和船舶的貨物運輸“形態轉換”已成為外界關注的焦點。特別是鐵路，其每單位運輸的 CO₂ 排放量最低
，可以說是最環保的運輸模式。隨著新興國家的經濟增長
，人們對於運輸的需求不斷增加，對鐵路的期望也越來越高。

下圖比較了日本國內客運和貨運每單位運輸的二氧化碳排放量。（效率指標）

圖1 來源：日本國土交通省觀光廳

在注重環保的時代
，人們期望軌道車輛能比過去節約更多的能源。實現這一目標的關鍵就是發展能夠利用功率半導體*2 來lai控kong製zhi和he轉zhuan換huan電dian力li的de電dian子zi技ji術shu。用yong電dian時shi，部bu分fen能neng量liang會hui不bu可ke避bi免mian地di轉zhuan換huan為wei熱re。這zhe部bu分fen被bei浪lang費fei的de能neng源yuan稱cheng為wei功gong率lv損sun耗hao，因yin此ci盡jin可ke能neng地di降jiang低di功gong率lv損sun耗hao有you助zhu於yu提ti高gao能neng源yuan使shi用yong效xiao率lv。軌gui道dao車che輛liang中zhong的de電dian力li電dian子zi設she備bei具ju體ti是shi指zhi用yong來lai控kong製zhi電dian機ji的de逆ni變bian器qi和he其qi他ta設she備bei。逆ni變bian器qi中zhong的de功gong率lv半ban導dao體ti將jiang直zhi流liu電dian轉zhuan換huan為wei交jiao流liu電dian，從cong而er控kong製zhi電dian機ji的de旋xuan轉zhuan，使shi其qi有you助zhu於yu減jian少shao功gong率lv損sun耗hao。逆ni變bian器qi中zhong的de電dian容rong器qi通tong過guo平ping滑hua直zhi流liu電dian流liu將jiang直zhi流liu電dian轉zhuan換huan為wei交jiao流liu電dian從cong而er對dui電dian源yuan轉zhuan換huan過guo程cheng提ti供gong支zhi持chi。

首先將輸入的交流電（固定頻率）zhuanhuanweizhiliudian。shiyongdianrongqijiangdianyatiaojiedaoyigehengdingdeshuiping
，ranhouyongnibianqijiangqizhuanhuiweijiaoliudian。gonglvbandaotizainibianqidianluneibuwanchengcongzhiliudiandaojiaoliudiandezhuanhuan。

圖2

盡管市麵上有很多種功率半導體，IGBT*3 仍(reng)然(ran)是(shi)目(mu)前(qian)用(yong)於(yu)控(kong)製(zhi)電(dian)力(li)的(de)主(zhu)流(liu)設(she)備(bei)。由(you)於(yu)其(qi)具(ju)有(you)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)功(gong)能(neng)
，不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)降(jiang)低(di)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)，且(qie)耐(nai)高(gao)壓(ya)，非(fei)常(chang)適(shi)合(he)在(zai)大(da)電(dian)流(liu)環(huan)境(jing)下(xia)使(shi)用(yong)。然(ran)而(er)，就(jiu)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)整(zheng)體(ti)發(fa)展(zhan)來(lai)看(kan)，盡(jin)管(guan) IGBT 和其他功率半導體的性能有所提升
，與其配套使用的電容器*4 的性能升級也是一個關鍵問題。

電dian力li電dian子zi設she備bei中zhong使shi用yong的de電dian容rong器qi尤you其qi需xu要yao小xiao巧qiao輕qing便bian
，從cong而er節jie省sheng軌gui道dao車che輛liang上shang的de空kong間jian，同tong時shi還hai要yao足zu夠gou可ke靠kao和he耐nai用yong才cai能neng承cheng受shou振zhen動dong和he惡e劣lie的de溫wen度du環huan境jing。鑒jian於yu大da型xing基ji礎chu設she施shi係xi統tong的de性xing質zhi，一yi般ban來lai說shuo，軌gui道dao車che輛liang的de電dian容rong器qi每mei次ci都dou是shi根gen據ju客ke戶hu的de規gui格ge來lai設she計ji和he製zhi造zao的de。但dan是shi
，定ding製zhi產chan品pin需xu要yao更geng長chang的de開kai發fa時shi間jian
，這zhe也ye導dao致zhi成cheng本ben更geng加jia高gao昂ang。

ModCap 是由TDK開發的、用來補充 IGBT 的一係列電力電子電容器。它打破了行業規範，率先成功實現了標準化和模塊化。有三個主要特點使該產品脫穎而出。

首先是通過使用最新、最先進的電容器設計規則，以及優化 ModCap 和半導體之間的機械耦合，實現了尺寸和重量的雙減。ModCap 使用矩形塑料外殼替代了傳統的 MKK 定製解決方案，最大程度地縮小體積，減輕重量並提高了能量密度。這有助於縮小鐵路電力係統的整體尺寸。

其次是擁有卓越的可靠性和耐用性。能夠耐受高達 90°C 的熱點溫度（內部操作溫度最高的點），而過去的極限溫度是 85°C。它還達到了鐵路防火和防煙的最高標準。

第(di)三(san)，它(ta)在(zai)業(ye)內(nei)率(lv)先(xian)成(cheng)功(gong)實(shi)現(xian)了(le)標(biao)準(zhun)化(hua)和(he)模(mo)塊(kuai)化(hua)。過(guo)去(qu)需(xu)要(yao)定(ding)製(zhi)設(she)計(ji)的(de)個(ge)人(ren)需(xu)求(qiu)現(xian)在(zai)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)具(ju)有(you)廣(guang)泛(fan)規(gui)格(ge)的(de)標(biao)準(zhun)化(hua)產(chan)品(pin)線(xian)來(lai)滿(man)足(zu)。上(shang)市(shi)時(shi)間(jian)大(da)幅(fu)縮(suo)短(duan)
，同(tong)時(shi)成(cheng)本(ben)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)。

圖3

Victor Alcaide Lozano 是TDK集團旗下子公司 TDK Electronics Components 的工程師兼 PEC 大功率電容器的產品營銷總監，他描述了 ModCap 的未來前景。“由於 ModCap 不僅適用於鐵路，還是可再生能源係統及中低壓工業設備中逆變器的理想元件，因此我們預計市場對 ModCap 的需求會在未來進一步增長。當前，功率半導體的主要材料是矽，但我們已經在準備一個能夠與碳化矽 (SiC)*5 一起使用的 ModCap 版本，而碳化矽被廣泛認為是新一代材料。”

與基於矽的功率半導體相比，基於 SiC 的功率半導體有望實現更低的功率損耗。在開發創新型電力電容器的過程中，TDK通過實現鐵路和可再生能源的高效功率控製和轉換功能，促進能源的有效利用，為實現脫碳社會做出貢獻。

ModCap 是與大型 IGBT 逆變器搭配使用的一係列電容器

，適用於太陽能和風能
、鐵路和工業係統。

ModCap 的電容範圍為 365 - 3900 µF，電壓範圍為 900 - 2300 伏，低 ESL
，壽命長達 20 萬小時。

1. 電力電子技術：使(shi)用(yong)半(ban)導(dao)體(ti)設(she)備(bei)轉(zhuan)換(huan)並(bing)控(kong)製(zhi)電(dian)力(li)的(de)相(xiang)關(guan)技(ji)術(shu)。從(cong)家(jia)庭(ting)和(he)辦(ban)公(gong)室(shi)到(dao)大(da)型(xing)係(xi)統(tong)和(he)工(gong)廠(chang)，電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)在(zai)高(gao)效(xiao)利(li)用(yong)電(dian)力(li)能(neng)源(yuan)方(fang)麵(mian)發(fa)揮(hui)著(zhe)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。

2. 功率半導體：用於控製和轉換電力的半導體的通稱。常見的例子有功率晶體管
、晶閘管和二極管。

3. IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor（絕緣柵雙極型晶體管）的縮寫，一種功率半導體設備。

4. 電容器：三(san)大(da)無(wu)源(yuan)電(dian)子(zi)元(yuan)件(jian)之(zhi)一(yi)，其(qi)餘(yu)兩(liang)者(zhe)為(wei)電(dian)阻(zu)和(he)電(dian)感(gan)器(qi)。當(dang)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)施(shi)加(jia)到(dao)電(dian)容(rong)器(qi)上(shang)時(shi)，它(ta)不(bu)傳(chuan)導(dao)電(dian)流(liu)而(er)是(shi)儲(chu)存(cun)電(dian)荷(he)，而(er)交(jiao)流(liu)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)則(ze)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)。電(dian)容(rong)器(qi)的(de)電(dian)荷(he)儲(chu)存(cun)特(te)性(xing)使(shi)其(qi)可(ke)用(yong)於(yu)電(dian)源(yuan)中(zhong)的(de)電(dian)路(lu)整(zheng)流(liu)和(he)平(ping)滑(hua)，而(er)通(tong)交(jiao)流(liu)特(te)性(xing)則(ze)使(shi)其(qi)可(ke)用(yong)於(yu)濾(lv)波(bo)器(qi)和(he)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)。

5. 碳化矽 (SiC)：一種由矽 (Si) 和碳 (C) 組成的複合半導體材料。

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