行业新闻

薄膜电容替代电解电容在DC-Link系统中运行的分析

2017/04/12

或直流支撑。因逆变器在从DC-Link得到有 效值和峰值很高的脉冲电流的同时,会在DC-Link上产生 很高的脉冲电压使得逆变器难以承受。所以需要选择DC-Link电容器来连接,一方面 以吸收逆变器从DC-Link端的高脉冲电流,防止在DC-Link的阻抗 上产生高脉冲电压,使逆变 器端的电压波动处在可接受范围内;另一方 面也防止逆变器受到DC-Link端的电 压过冲和瞬时过电压的影响。

为新能源(含风力 发电和光伏发电)以及新 能源汽车电机驱动系统中DC-Link电容器的运用示意图图1、2.

液的电阻率则达到5kΩcm.

电解液 较高的电阻率限制了电解电容所能承受的有效值电流,一般为20mA/μF.

基于上 述原因电解电容的设计最高电压典型值为450V(有个别厂家设计600V)。

因此,为了获 得更高的电压必须用器串联实现,然而因 各个电解电容的绝缘电阻存在差异,为了平 衡各串联电容的电压,各电容 必须连接一个电阻。此外,电解电 容为有极性器件,当施加反向电压超过1.5倍Un时,会发生电化学反应。当施加 的反向电压时间足够长,电容将发生爆炸,或冒顶电解液将外溢。为了避免该现象发生,使用的 时候要在每个电容旁并上一个二极管。除此之外,电解电 容的耐电压冲击特性,一般为1.15倍Un,好的可以达到1.2倍Un.这样设 计师在使用时就不但要考虑稳态工作电压大小,而且还 要考虑其冲击电压大小。

综上所述,可以得 出薄膜电容与电解电容如下特性:
表一.png

 

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:

最小值.png

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:
                         最小容量.png

 

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。如下为Faratronic C3A和C3B部分产品的技术参数。

表二.png 

 

 

3.结论

作为直 流支撑滤波用电容,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。

 
转载自“厦门法拉有限公司”

友情链接:    大乐透开奖走势图500期   诚博彩票   888集团彩票   3d之家   信彩票