【应用】国产安规电容设计用于风力发电控制器X电容和Y电容，满足行业认证需求

时间： 2021-12-21 来源：世强

技术问答

在风力发电应用中，风电控制器是整个系统的大脑，指挥着风机的所有部件，在其行业认证中对其电磁兼容性提出了非常高的要求。为了过滤多余的高频骚扰信号，常用的方法是在电路的端口处添加X电容和Y电容，通过电容组合的方式来提高抗脉冲骚扰能力。本文在风电控制器的端口电路中使用松田生产的安规电容 Y2-Y5U-102M和Y2-Y5P-221K来满足X电容和Y电容的设计要求，帮助厂家顺利通过产品认证。

图1 X电容和Y电容在DI电路中的应用

如图1所展示，X电容和Y电容主要布置在电路的端口，用于克服差模干扰。X电容布置在两根信号线（信号和信号地）之间，用于处理信号中的高频骚扰信号，而Y电容分布在信号线和大地之间，用来克服不良的地结构造成的干扰。其作用原理是当外部高频骚扰信号到来时，能够通过X电容和Y电容两种方法提供信号的回流路径，从而避免高频信号对信号造成误动作。

对于DI电路，其典型处理效果就是避免了DI的误动作，常规工业控制信号中的DI动作频率在数千赫兹以下，而高频信号可以达到数百兆赫兹。在连续的高频干扰下，会造成电路的误动作，让控制器理解成出现了信号的变动，但是通过引入X电容和Y电容可以避免这种情况的出现。而对于模拟输入或者通信电路来说，这种修正效果也是同样的道理，其作用效果主要是数据的正确和通信的正常工作。

X电容和Y电容的选型除了满足工作要求外，还需要满足关键控制设备要求的本质安全特性，即在元器件失效的情况下不能对设备造成致命的损伤和破坏。为了规范风电行业的产品，在风电产品认证的过程中需要使用安规电容，这种电容通过原材料和独特的设计保证了产品在正常工作和失效的时候都不会对电路本身造成影响，但又具备抗高频骚扰的能力。因此目前在很多出口产品上面为了满足国外地域对安规特性的要求，已经普遍将安规电容应用在风电控制器上。

图2 多路DI电路中X电容和Y电容的设计方式

风电行业作为一个成本竞争激烈的行业，对成本的管控可以说是非常严格的，因此每个元器件的增删都非常重要。如图2所展示，端口处的X电容和Y电容的排布解决了多路DI电路中的设计方法。多路DI电路中采用一颗Y电容作为多路X电容的公共泄放路径，可以大大节省Y电容的使用，节约了布板空间。同时电路在处理信号线和大地之间的关系时，仍然具有干扰移植能力。这是因为信号线通过X电容后，再经过Y电容，仍然具有构成信号到大地的返回路径，仍然是有效的抗干扰设计。

图3 多路DI电路安规电容的简化设计中干扰信号的回流路径

目前国产安规电容厂家也在国产化浪潮中凸显出来，设计者拥有更多的选型空间，特别是在国家政策和舆论推动下已经成为了必然的趋势。本文使用了松田的安规电容来完成国产替代，在上图中X电容中使用Y2-Y5U-102M来设计，Y电容使用了Y2-Y5P-221K。

Y2-Y5U-102M这款电容容值为nF级别，可以有效处理信号间干扰信号的频段，同时对DI电路特性不会带来本质的改变，非常适合X电容的应用。Y2-Y5P-221K为pF级别电容，同样是出于对原电路结构电特性不造成影响的角度进行选择，在信号线和大地之间不造成交流回流路径，同时也能够应对信号线和大地之间干扰频段信号。当然如果是在认证的过程中出现了不能处理干扰工况，可以调整容值进行应对，但是大的选型原则仍然是从应用效果的角度出发。

这两款电容都采用了小型化设计，能够克服5KV的脉冲电压，这个也超出了常规电磁骚扰实验中使用的4KV电压等级，满足产品认证的要求。X电容和Y电容都是用高介电系数陶瓷介质材料，保证了安全性。此外，陶瓷介质能够让产品具有更长的稳定寿命，降低了最终产品的维修率，让用户的最终产品更加可靠。电容的容值选择不会影响电路的正常工作性能，在电特性不会对影响设备性能。

图4 风电控制器的柜内布置应用

本文中设计的风电控制器远销海外第三世界国家市场，而这些地域市场普遍采用欧洲TUV认证和CE认证标准，通过采用国产的安规电容在X电容和Y电容上的应用可以帮助产品通过该地区的产品认证，从而达到市场的准入条件。

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产品型号	品类	额定电压（VAC）	容值（PF）	脚距（mm）	精度	温度系数	包装方式
Q07B1D101KN0B0F0N0	安规陶瓷电容器	500VAC	100PF	10mm	±10%	Y5P	散件

选型表 - 松田立即选型

SMD-X1Y1 系列塑封贴片抗干扰安规电容器规格承认书

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Q07F8D102MN0B0N0N0 Y1-500VAC-Y5V-102M安规陶瓷电容器-CD 系列(Y1-500VAC)规格承认书

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安规陶瓷电容器-CD系列(Y1)规格承认书

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Q08E1E102MN0B2S0N0 Y1-400VAC-Y5U-102M 安规陶瓷电容器-CD系列(Y1)规格承认书

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G08F1E222MN0B0H0N0 Y2-300VAC-Y5V-222M安规陶瓷电容器-CE 系列(Y2-300VAC)规格承认书

型号- G08F1E222MN0B0H0N0,Y2-300VAC-Y5V-222M,Y2-300VAC

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安规陶瓷电容器-SMD 系列

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Y2 Series Fixed capacitors of electromagnetic interference suppression and connection to the supply mains

型号- Y2-Y5P-471K,Y2-Y5V-152M,G08F1E222MN0B0S0N0,Y2-Y5P-151K,Y2-Y5P-681K,Y2-Y5V-472M,Y2-Y5V-222M,Y2-Y5V-332M,Y2-Y5V-103M,Y2 SERIES,Y2-Y5P-331K,Y2-Y5P-221K,Y2-Y5P-101K,Y2-Y5U-103M,Y2-Y5U-222M,Y2-Y5U-332M,Y2-Y5U-681M,Y2-Y5U-102M,Y2-Y5U-472M,Y2-Y5U-152M,Y2

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