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1.2 电解电容器

电解电容器所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。铝层厚度降低了电解电容器的容量因数（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，而表面会形成许多凹凸不平的表面。另一方面，低电压时电解质的电阻率为150Ωcm，高电压(500V)时电解质的电阻率为5kΩcm。电解质的较高电阻率限制了电解电容器可承受的 RMS 电流，通常为 20mA/μF。

由于这些原因，电解电容器设计的最大电压通常为 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。然而，由于每个电解电容器的绝缘电阻不同，因此必须将电阻器连接到每个电容器以平衡每个串联电容器的电压。另外，电解电容器是有极性的器件，当施加的反向电压超过1.5倍Un时，就会发生电化学反应。当施加的反向电压足够长时，电容器就会溢出。为了避免这种现象，使用时应在每个电容器旁边接一个二极管。另外，电解电容的耐电压浪涌能力一般为1.15倍Un，好的可以达到1.2倍Un。因此设计者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，可以得出如下薄膜电容器与电解电容器的对比表，见图1。

2、应用分析

作为滤波器的直流链路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，电容器起到去耦作用，并且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330Vdc，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，如果考虑20mA/μF，满足上述参数的电解电容的最小电容量计算如下：

这就需要多个电解电容并联才能获得这个电容。

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连接到机车受电弓上的，在运输行驶过程中，受电弓与受电弓之间的接触是间歇性的。当两者不接触时，电源由DC-L墨水电容支持，当恢复接触时，就会产生过电压。最坏的情况是断开时直流母线电容器完全放电，放电电压等于受电弓电压，当恢复接触时，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直流链路电容器。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6个450V电容串联起来。如果在600Vdc至2000Vdc甚至3000Vdc中使用薄膜电容器设计，则很容易实现。另外，电容器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，这对于电解电容器通常是不同的，以满足要求。

此外，与电解电容器相比，DC-Link 薄膜电容器可设计实现非常低的 ESR（通常低于 10mΩ，甚至低于 <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，从而使母线可以集成到DC-Link薄膜电容器中，从而在使用薄膜电容器时无需专门的IGBT吸收电容器，节省了设计师投入了大量资金。图2.图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电容器大多采用电解电容器。

但电解电容受电压、电流承受能力影响（ESR比薄膜电容高很多），因此需要将多个电解电容串并联，才能获得大容量，满足高电压使用的要求。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至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器技术的发展，用超薄OPP薄膜（最薄2.7μm，甚至2.4μm）生产电压从450V到1200V甚至更高的大容量直流滤波电容器已经成为可能。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，并大大降低了电路的杂散电感，从而优化了电路。