薄膜电容替代电解电容在DC-Link电容中的运用分析

2.运用分析

DC-Link电容作为滤波器要求大电流和大容量设计。如图3提到的新能源汽车主电机驱动系统就是一个例子。在该运用中电容起到退耦作用，电路特点工作电流大。薄膜DC-Link电容具有较大优势，能承受较大的工作电流(Irms)。以50~60kW新能源汽车参数为例，参数如下：工作电压330Vdc,纹波电压10Vrms,纹波电流150Arms@10KHz.

那么最小电容量计算为：

这样对于薄膜电容设计很容易实现。假设采用电解电容，如果考虑20mA/μF,那么为了满足上述参数， 计算电解电容最小的容值为：

这样需要多个电解电容并联获得该容值。

在过电压运用场合，如轻轨、电动巴士、地铁等，考虑这些动力通过受电弓连接到机车集电弓，在运输行进过程中受电弓与集电弓的接触是间续的。当两者不接触时通过DC-Link电容进行支撑供电，当两者接触恢复时过电压就会产生。最坏的情况是断开时由DC-Link电容完全放电，此时放电电压等于受电弓电压，当恢复接触时，其产生的过电压几乎就是额定工作时的2倍Un.对于薄膜电容DC-Link电容可以处理不需额外考虑。如果采用电解电容，过电压为1.2Un .以上海地铁为例，Un=1500Vdc,对于电解电容要考虑电压为：那么要用6个450V的电容进行串联连接。若采用薄膜电容设计在600Vdc到2000Vdc,甚至3000Vdc都容易实现。此外，在电容完全放电情况下能量在两电极间形成短路放电，产生很大冲击电流通过DC-Link电容，通常电解电容很难满足要求。

另外，相对于电解电容DC-Link薄膜电容器通过设计可以达到很低的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)。这样在运用时DC-Link薄膜电容器可直接安装到IGBT模块，可以把母线整合到DC-Link薄膜电容器中，因此采用薄膜电容器则不再需要专门的IGBT吸收电容，为设计者节约了一笔不小的费用。表2和表3为Faratronic C3A和C3B部分产品的技术参数。

3.结论

作为直流支撑滤波用电容，DC-Link电容早期考虑到成本及尺寸因素大部分选择电解电容。然而电解电容受到耐压、电流承受能力(相对薄膜电容ESR高很多)等因素的影响，为了获得大容量和满足高压使用要求，则必须要用多个电解电容进行串、并联。另外考虑到电解液材料的挥发，所以要定期进行更换，新能源运用一般要求产品寿命要达15年，那么在这段时间内必须更换两到三次，因而在整机售后服务方面存在不小的费用和不方便性。随着金属化镀膜技术及薄膜电容器技术的发展，采用安全膜蒸镀技术已经可以用超薄OPP膜(最薄2.7μm,甚至2.4μm)生产出电压450V到1200V甚至更高电压的大容量直流滤波电容。另一方面通过DC-Link电容与母排整合，使得逆变器模块设计更加紧凑，大大降低了电路的杂散电感使电路更加优化。

以此同时，薄膜电容制作成本在不断下降，相比电解电容更凸显其经济性，在要求工作电压高、承受高纹波电流(Irms)、有过电压要求、有电压反向现象、处理高冲击电流(dV/dt)以及长寿命要求的电路设计中，选择DC-Link薄膜电容替代电解电容将成为设计者今后设计选择的一种趋势。