薄膜電容替代電解電容在DC-Link電容中的運用分析

2.運用分析

DC-Link電容作為濾波器要求大電流和大容量設計。如圖3提到的新能源汽車主電機驅動系統就是一個例子。在該運用中電容起到退耦作用，電路特點工作電流大。薄膜DC-Link電容具有較大優勢，能承受較大的工作電流(Irms)。以50~60kW新能源汽車參數為例，參數如下：工作電壓330Vdc,紋波電壓10Vrms,紋波電流150Arms@10KHz.

那么最小電容量計算為：

這樣對于薄膜電容設計很容易實現。假設采用電解電容，如果考慮20mA/μF,那么為了滿足上述參數， 計算電解電容最小的容值為：

這樣需要多個電解電容并聯獲得該容值。

在過電壓運用場合，如輕軌、電動巴士、地鐵等，考慮這些動力通過受電弓連接到機車集電弓，在運輸行進過程中受電弓與集電弓的接觸是間續的。當兩者不接觸時通過DC-Link電容進行支撐供電，當兩者接觸恢復時過電壓就會產生。最壞的情況是斷開時由DC-Link電容完全放電，此時放電電壓等于受電弓電壓，當恢復接觸時，其產生的過電壓幾乎就是額定工作時的2倍Un.對于薄膜電容DC-Link電容可以處理不需額外考慮。如果采用電解電容，過電壓為1.2Un .以上海地鐵為例，Un=1500Vdc,對于電解電容要考慮電壓為：那么要用6個450V的電容進行串聯連接。若采用薄膜電容設計在600Vdc到2000Vdc,甚至3000Vdc都容易實現。此外，在電容完全放電情況下能量在兩電極間形成短路放電，產生很大沖擊電流通過DC-Link電容，通常電解電容很難滿足要求。

另外，相對于電解電容DC-Link薄膜電容器通過設計可以達到很低的ESR(通常低于10mΩ，更低的1mΩ)和自感LS(通常低于100nH,有的可以低于10或20nH)。這樣在運用時DC-Link薄膜電容器可直接安裝到IGBT模塊，可以把母線整合到DC-Link薄膜電容器中，因此采用薄膜電容器則不再需要專門的IGBT吸收電容，為設計者節約了一筆不小的費用。表2和表3為Faratronic C3A和C3B部分產品的技術參數。

3.結論

作為直流支撐濾波用電容，DC-Link電容早期考慮到成本及尺寸因素大部分選擇電解電容。然而電解電容受到耐壓、電流承受能力(相對薄膜電容ESR高很多)等因素的影響，為了獲得大容量和滿足高壓使用要求，則必須要用多個電解電容進行串、并聯。另外考慮到電解液材料的揮發，所以要定期進行更換，新能源運用一般要求產品壽命要達15年，那么在這段時間內必須更換兩到三次，因而在整機售后服務方面存在不小的費用和不方便性。隨著金屬化鍍膜技術及薄膜電容器技術的發展，采用安全膜蒸鍍技術已經可以用超薄OPP膜(最薄2.7μm,甚至2.4μm)生產出電壓450V到1200V甚至更高電壓的大容量直流濾波電容。另一方面通過DC-Link電容與母排整合，使得逆變器模塊設計更加緊湊，大大降低了電路的雜散電感使電路更加優化。

以此同時，薄膜電容制作成本在不斷下降，相比電解電容更凸顯其經濟性，在要求工作電壓高、承受高紋波電流(Irms)、有過電壓要求、有電壓反向現象、處理高沖擊電流(dV/dt)以及長壽命要求的電路設計中，選擇DC-Link薄膜電容替代電解電容將成為設計者今后設計選擇的一種趨勢。