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1.2 电解电容

电解电容器使用的电介质是铝腐蚀形成的氧化铝，介电常数为8～8.5，工作介电强度约为0.07V/A（1μm=10000A）。然而，不可能达到这样的厚度。铝层的厚度降低了电解电容器的容量因子（比电容），因为铝箔必须经过蚀刻形成氧化铝膜才能获得良好的储能特性，并且表面会形成许多凹凸不平的表面。另一方面，电解液的电阻率在低压下为 150Ωcm，在高压（500V）下为 5kΩcm。电解液的较高电阻率限制了电解电容器可以承受的 RMS 电流，通常为 20mA/µF。

由于这些原因，电解电容器的设计最大电压典型值为 450V（一些个别制造商设计为 600V）。因此，为了获得更高的电压，必须通过串联电容器来实现。但是，由于每个电解电容的绝缘电阻不同，必须在每个电容上连接一个电阻，以平衡每个串联电容的电压。另外，电解电容器是有极性的器件，当施加的反向电压超过Un的1.5倍时，就会发生电化学反应。当施加的反向电压足够长时，电容器会溢出。为了避免这种现象，使用时应在每个电容旁边接一个二极管。此外，电解电容的耐电压浪涌一般为1.15倍Un，好的可以达到1.2倍Un。所以设计人员在使用时不仅要考虑稳态工作电压，还要考虑浪涌电压。综上所述，可以得出以下薄膜电容和电解电容的对比表，见图1。

2. 应用分析

作为滤波器的 DC-Link 电容器需要高电流和高容量设计。一个例子是新能源汽车的主电机驱动系统，如图3所示。在此应用中，电容器起去耦作用，电路具有高工作电流。薄膜 DC-Link 电容器的优点是能够承受大的工作电流 (Irms)。以50~60kW新能源汽车参数为例，参数如下：工作电压330 Vdc，纹波电压10Vrms，纹波电流150Arms@10KHz。

则最小电容量计算如下：

这对于薄膜电容器设计来说很容易实现。假设使用电解电容，若考虑20mA/μF，则计算电解电容的最小电容满足上述参数如下：

这需要多个电解电容并联才能获得这种电容。

在过电压应用中，如轻轨、电动公交车、地铁等。考虑到这些电源是通过受电弓与机车受电弓相连的，在运输行程中受电弓与受电弓的接触是断断续续的。两者不接触时由DC-L墨电容支持供电，恢复接触时产生过电压。最坏的情况是DC-Link电容器在断开时完全放电，放电电压等于受电弓电压，当接触恢复时，产生的过电压几乎是额定工作Un的两倍。对于薄膜电容器，无需额外考虑即可处理 DC-Link 电容器。如果使用电解电容，过电压为1.2Un。以上海地铁为例。Un=1500Vdc，对于电解电容要考虑的电压为：

然后将六个 450V 的电容串联起来。如果在 600Vdc 到 2000Vdc 甚至 3000Vdc 中使用薄膜电容器设计，则很容易实现。此外，电容器在完全放电情况下的能量在两个电极之间形成短路放电，通过DC-Link电容器产生很大的浪涌电流，这通常是不同的电解电容器才能满足要求。

此外，与电解电容器相比，DC-Link 薄膜电容器可以设计为实现非常低的 ESR（通常低于 10mΩ，甚至更低 <1mΩ）和自感 LS（通常低于 100nH，在某些情况下低于 10 或 20nH） .这使得 DC-Link 薄膜电容器在应用时可以直接安装到 IGBT 模块中，从而可以将母线集成到 DC-Link 薄膜电容器中，从而在使用薄膜电容器时无需专用的 IGBT 吸收电容器，节省设计师一大笔钱。图 2。和 3 显示了部分 C3A 和 C3B 产品的技术规格。

三、结论

早期，出于成本和尺寸的考虑，DC-Link 电容器主要是电解电容器。

但电解电容受耐压和耐电流能力的影响（ESR比薄膜电容高很多），所以需要将几个电解电容串联和并联，以获得大容量，满足高压使用的要求。另外，考虑到电解质材料的挥发，应定期更换。新能源应用一般要求产品寿命为15年，因此在此期间必须更换2~3次。因此，整机的售后服务存在相当大的成本和不便。随着金属化镀膜技术和薄膜电容技术的发展，使用超薄OPP薄膜（最薄的2.7µm，甚至2.4µm），可以生产电压从450V到1200V甚至更高的大容量直流滤波电容器。安全膜汽化技术。另一方面，DC-Link电容与母线的集成使得逆变模块设计更加紧凑，大大降低了电路的杂散电感，优化了电路。