因而在整机售后服务方面存在不小的费用和不方
发布时间:2018-12-05 18:12

  薄膜介质的质量、金属化镀层质量、电容器设计及制造过程工艺决定了金属化电容器自愈特性的好坏。Faratronic生产的DC-Link电容用的薄膜介质主要为OPP薄膜。

  电解电容使用的介质为铝经过腐蚀形成的氧化铝,介电常数为8~8.5,工作的介电强度约为0.07V/A(1m=10000A),按照计算对于900Vdc的电解电容需要的厚度为12000A.然而要达到这样的厚度是不可能的,因为为了获得好的储能特性所用铝箔要进行腐蚀形成氧化铝膜,表面会形成许多凹凸不平的曲面,铝层厚度会降低电解电容的容量系数(比容)。另一方面,低电压的电解液电阻率为150cm,高电压(500V)的电解液的电阻率则达到5kcm.

  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/F.

  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电容器串联实现,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。

  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.

  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/F,那么为了满足上述参数, 计算电解电容最小的容值为:

  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10m,更低的1m)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。

  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2.7m,甚至2.4m)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。

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