本周我们将分析在直流母线电容器中使用薄膜电容器代替电解电容器的情况。本文将分为两部分。

随着新能源产业的发展，可变电流技术得到了广泛应用，直流链路电容器作为关键器件之一，其选择尤为重要。直流滤波器中的直流链路电容器通常需要大容量、高电流处理和高电压等特性。本文通过比较薄膜电容器和电解电容器的特性，并分析其相关应用，得出结论：在需要高工作电压、高纹波电流（Irms）、过电压保护、电压反向、高浪涌电流（dV/dt）和长寿命的电路设计中，随着金属化气相沉积技术和薄膜电容器技术的进步，未来薄膜电容器在性能和价格方面将成为设计人员替代电解电容器的趋势。

随着各国新能源相关政策的出台和新能源产业的发展，相关产业的发展迎来了新的机遇。电容器作为重要的上游相关产品，也获得了新的发展契机。在新能源和新能源汽车领域，电容器是能量控制、电源管理、逆变器和直流-交流转换系统中的关键元件，其性能决定着转换器的寿命。然而，在逆变器中，直流电源作为输入电源，通过直流母线（也称为直流链路或直流支撑）与逆变器连接。由于逆变器从直流链路接收高均方根值和峰值脉冲电流，会在直流链路上产生高脉冲电压，使逆变器难以承受。因此，需要直流链路电容器来吸收来自直流链路的高脉冲电流，并将逆变器的高脉冲电压波动控制在可接受的范围内；另一方面，它还可以防止逆变器受到直流链路电压过冲和瞬态过电压的影响。

图 1 和图 2 显示了直流链路电容器在新能源（包括风力发电和光伏发电）和新能源汽车电机驱动系统中的应用示意图。

图1展示了风力发电变换器电路拓扑结构，其中C1为直流母线电容（通常集成在模块中），C2为IGBT吸收电容，C3为LC滤波电容（电网侧），C4为转子侧DV/DT滤波电容。图2展示了光伏发电变换器电路技术，其中C1为直流滤波电容，C2为EMI滤波电容，C4为直流母线电容，C6为LC滤波电容（电网侧），C3为直流滤波电容，C5为IPM/IGBT吸收电容。图3展示了新能源汽车系统中的主电机驱动系统，其中C3为直流母线电容，C4为IGBT吸收电容。

在上述新能源应用中，直流母线电容器作为关键器件，对风力发电系统、光伏发电系统和新能源汽车系统的高可靠性和长寿命要求很高，因此其选择尤为重要。以下将对比薄膜电容器和电解电容器的特性，并分析它们在直流母线电容器应用中的表现。

1.功能对比

1.1 薄膜电容器

首先介绍薄膜金属化技术的原理：在薄膜介质表面蒸发一层足够薄的金属层。当介质存在缺陷时，该金属层能够蒸发，从而隔离缺陷区域以起到保护作用，这种现象称为自修复​​。

图4展示了金属化涂层的原理。薄膜介质在蒸发前需进行预处理（例如电晕处理），使金属分子能够附着在其表面。金属在真空条件下高温溶解蒸发（铝为1400℃至1600℃，锌为400℃至600℃），金属蒸气在遇到冷却的薄膜（薄膜冷却温度为-25℃至-35℃）时会在薄膜表面冷凝，从而形成金属涂层。金属化技术的发展提高了单位厚度薄膜介质的介电强度，采用干法工艺设计的脉冲或放电用电容器的介电强度可达500V/µm，直流滤波用电容器的介电强度可达250V/µm。直流链路电容器属于后者，根据IEC61071电力电子应用标准，直流链路电容器能够承受更严重的电压冲击，其耐压可达额定电压的2倍。

因此，用户只需考虑其设计所需的额定工作电压即可。金属化薄膜电容器具有低等效串联电阻 (ESR)，使其能够承受更大的纹波电流；较低的等效串联电感 (ESL) 满足逆变器的低电感设计要求，并降低开关频率下的振荡效应。

金属化电容器的自愈特性取决于薄膜介质的质量、金属化涂层的质量、电容器的设计和制造工艺。直流链路电容器所用的薄膜介质主要为OPP薄膜。

第 1.2 章的内容将在下周的文章中发表。