逆變電源系統中直流支撐電容器的應用及分析

而薄膜DC-Link電容器內部雜散電感ESL主要來源有以下幾個方面：

(1) 金屬化薄膜卷繞而成的芯子本身引起;

(2) 芯子單元串、并聯引線或銅排引起;

(3) 金屬外殼電感，此種情況為產品某一電極與金屬外殼相連而產生，其他情況無此項因素。

對于以上三點原因的解決措施，我們將在下面的案例分析中做探討。

3、案例分析

下面以我司為某公司提供的DC-Link產品為例做具體分析：

產品型號為MKP-LG6000μF/1200V.DC標稱有效電流300A，外殼采用的是無磁不休鋼外殼。首先給出一組我們的溫升試驗數據，見表1

備注：表1中個數據采集點均在圖4中標明；試驗電流為310A;試驗頻率為13.75kHz。

從數據中我們分析，5號與7號以及6號與8號點，其溫差較大，達到8~10℃，并且在產品上表面(此為環氧面)，其各點溫度也分布不均勻，溫差較大，影響產品可靠性。

圖 4

上述試驗所用的產品為我司早期設計的結構，未曾考慮雜散電感的影響以及產品內部電流分布的優化，并且由于電容器本身在使用過程中，電流具有集中效應，即電流會集中于電容器的上部。在上述方案中，產品內部芯子排列結構可簡單地表示如圖5。

圖5

由上圖可以看出，長方形為接線銅板，由于銅板存在一定的電感，所以對于高頻電流，阻抗較大。根據公式I=U/Z=U/(XL+XR+XC)

XL=2πfL---------------------(4)

Xc=1/(2πfc)-------------------(5)

(設2πf=ω)可知，當頻率固定時，電感越大，感抗就越大。當頻率較低時，例如在工頻50Hz時，電路中的雜散電感所產生的感抗Esl較低，遠小于 Esc，因此Esl可忽略不計，而其中的Esr和Esc占主要影響地位。但當電流頻率高達600kHz時，則容抗較低,約0.005Ω/mm，感抗非常大，約0.3Ω/mm，遠大于Esc，在等效電路中占主要影響地位。若平均每1mm銅板的雜散電感約為1nH，而每個端子之間的距離為60mm，那么電路中總的雜散電感為60nH，而電容雜散為40nH，那么第一個電容的感抗為XL=40ω，第二個電容的感抗為XL=2Xl+Xc=160ω，第三個電容的感抗為：XL=4Xl+Xc=260ω。因為I=U/XL=200A，所以電流經過這三個的比值為I1:I2=4:1,I1:I3=6.5:1，由此得出 1.4I1=200A而其中流經C1的電流最大，約為143A，流經C2電流約為36A，而流經C3電流約為21A。因此C1電流發熱嚴重，而C2發熱正常，C3發熱較少，這樣容易令C1燒壞，所以不能采取此種連接方式。同時，在頻率比較低的情況下，比如工頻50Hz，外殼材料對產品影響不大。但在頻率達到10kHz或以上時，產品在使用過程中，外殼材料如果帶有磁性，那么其本身也會因為感應加熱而發熱，從而對產品整體發熱產生不利影響。我們從四方面著手進行方案改善。

首先，我們根據單根矩形截面導線電感計算：

式中A為