电力电子电容器 电力电子电路与电容器

电力电子电路与电容器陈永真 电力电子电路中电容器的作用整流滤波（平滑） 直流支撑与直流链 电源旁路 缓冲与箝位 LC谐振 高频整流滤波 电源电磁干扰的抑制 脉冲放电 储能 耦合电容器电路电子电路对电容器的要求足够的直流或交流额定电压 足够的连续电流或脉冲电流承受能力 足够的电容量 足够的介电强度 足够的浪涌电压的耐受程度 满足需要的频率特性 尽可能低的ESR 满足要求的寿命作用与性能要求整流滤波电容器作用： 将整流后的脉动交流电平滑为平滑的直流 电。 性能要求： 滤波电容器将流过比较大的纹波电流，对 于电容输入式滤波尤为明显。输入整流滤波电容器1. 平滑整流输出电压（整流滤波）； 2. 吸收工频纹波电流和逆变器的开关成份 电流； 3. 工频整流滤波需要滤波电容器具有很大 的电容量，因此，多数情况下只能选用电 解电容器。单相整流滤波对电容器电容量的 要求对于一般的开关功率变换器对整流输出电 压纹波电压要求电容量： 220V交流输入条件下，需要滤波电容器为 1μF/ W ； 85~264V交流输入条件下，需要滤波电容器 为3μF/ W 。单相整流滤波对电容器耐压的要求耐压要求： 一般情况下，选额定电压400VDC 带有PFC功能的情况下，选额定电压 450VDC为什么PFC要用450V耐压要求？一般PFC输出电压为380~420V 低于耐压400V铝电解电容器的440~450V 浪涌电压 原因： 漏电流随电压升高，特别是在高温下漏电 流急剧增加 寿命急剧缩短单相整流滤波对电容器的要求单相整流滤波对电容器的要求单相整流滤波对电容器的要求滤波电容器吸收的纹波电流对于电容输入式滤波，滤波电容器吸收的 纹波电流有效值大约为整流输出电流平均 值的2~3倍！大约为15~20mA/W。

不同的电路拓扑所产生的开关频率的纹波 电流是不一样的。 反激式开关电源约为12mA/W；单管正激式 开关电源约为10mA/W；桥式、推挽式开关 电源约为7mA/W。电解电容器能够承受的纹波电流一个400V/100μF爪式引脚电解电容器允许 流过的纹波电流在0.7A左右，其额定纹波 电流承受值仅能满足60W以下的开关电源 的滤波要求； 一个400V/470μF爪式引脚电解电容器允许 流过的纹波电流在1.7A左右，仅能满足 150W以下的开关电源的滤波要求； 按1 μF/ W的选择将不能满足电容器所能承 受的纹波电流要求，至少要达到3μF/ W 。影响电解电容器寿命的因素环境温度，温度每上升8~10摄氏度寿命减半； 纹波电流在ESR上产生损耗转化为热，使电 解电容器内部温度升高； 电容器被施加过高的电压导致漏电流过大而 导致的损耗产生的发热。电解电容器温度、纹波电流与寿命的关系电解电容器温度、纹波电流与寿命 的关系解析不可逾越的极限区域 纹波电流过大将导致寿命的缩短 降低环境温度可以延长寿命 温度升高将导致漏电流的上升400V/100μF典型电解电容器的参数额定纹波电流：约0.7A； ESR：约1.5~2欧姆； 在额定纹波电流时，所产生的损耗接近1W； 热阻：在自然对流状态下大约为每瓦上升 25~30摄氏度，其中外可到环境的热阻占整 个热阻的3/4~4/5。

很显然，电解电容器的散热能力非常差！电解电容器损耗的减小电解电容器的电容量增长速度高于ESR下 降速度，因此多只电解电容器并联有利于 ESR的减小； 采用电感输入式滤波方式可以大大降低整 流滤波的纹波电流； 选用开关纹波电流低的开关电源电路拓扑 可以有效地降低开关电源所产生的纹波电 流。电解电容器串联时需要采取均压 措施半桥变换器可以使串联的电容器自动均压； 单端变换器、全桥变换器、推挽变换器中 的串联电容器必须采用均压措施温度对电解电容器的影响电解电容器的纹波电流随温度上升而降低 电解电容器的ESR随温度的上升而降低， 零下20摄氏度时的ESR是常温的10倍或更 高 电解电容器的漏电流随温度的上升而增加 电解电容器的寿命虽温度的上升而减少， 即使在没有加电或存储状态纹波电流对电解电容器的影响额定电流以下的纹波电流对电解电容器的 影响比较小 过大的纹波电流将导致电解电容器寿命急 剧缩短电解电容器的赋能电解电容器出厂前或存储时间过长需要赋 能，以修复电解电容器的氧化铝介质膜 简单的方法是：电解电容器串联一个适当 的电阻，逐渐增加施加的电压，在施加电 压达到额定电压一半时，维持数小时。