【技术大神】直流母线电容的选择与设计
笔者曾经设计过几款两级变换器，前级为DC/DC变换器，后级为DC/AC逆变器。在这类电路中均需要直流母线支撑电容。电容的选择主要考虑容值、耐压、寄生参数、体积、价格等因素。下面介绍两类笔者曾用过的直流母线支撑电容，并对比两者在设计中的差异。
电解电容
容值较大的电解电容常用作直流母线支撑电容，但是电解电容的耐压通常达不到需求，因此需要进行串并联来得到所需的直流母线电容值。串并联电路又会带来电解电容均流均压的问题。
笔者曾使用过的直流母线电解电容为两个电解电容串联，并设计了直流母线起始充电电路及母线均压电路。起始充电电路主要原理是在稳定建压之前，先在充电回路中串联限流电阻，建压稳定后，将限流电阻切除。母线均压电路是在串联的电解电容中并联阻值很大的均压电阻，通过电阻分压实现串联电容的分压。电解电容的容值选取公式如下：
其中，Es，In分别为交流侧电压电流的有效值；w为角频率；UDC为直流侧电压；△U2w为二倍频的谐波电压分量的幅值，此处可以简化为直流波纹电压幅值。为了提高系统电压闭环控制的稳定性，在实际系统中容值要适当大于该计算值。
均压电路如下图1所示。均压电阻既要起到均压作用，又不应消耗过多的功率。均压电阻虽可以选择MΩ级电阻串并联，但MΩ级电阻精度较低，影响均压效果，应根据需求折中选择。
图1：电解电容均压电路图
薄膜电容
1）薄膜电容容值的选取
笔者曾选用WIMA的DC-LINK MKP 6 系列DCHPR26480ER00薄膜电容作为新能源发电并网产品的中间直流母线支撑电容。薄膜电容的容值根据经验公式并结合仿真验证进行了选取。经验公式如下：
其中，Io为输出电流有效值；w为输出电压角频率；UDC为直流侧母线电压；K为电压波动系数，一般在0.01~0.1中选取。
2）DCHPR26480ER00的优势
DCHPR26480ER00是WIMA DC-LINK 系列薄膜电容，该系列电容是专为大功率变换器特别设计的，用于取代传统的直流母线电解电容。
由于该电容具有低损耗的聚丙烯电介质，它的载流能力要比电解电容高很多，而且在高频下的损耗和自愈特性也要比电解电容好。DCHPR26480ER00薄膜电容容值为480uF，其具有很高的体积容量比、耐压高达1300V、自愈特性好、不含电解液或油性物质、可靠性高、寿命长、温度特性好、电压等级高，不需要串联分压，也不分正负极。而且作为新能源发电系统的重要组成部分，它可以较好地适应恶劣环境。因而，DCHPR26480ER00非常适合应用于光伏、风能发电等新能源发电逆变器中。
DCHPR26480ER00取代电解电容的最大优势是采用的电解质不同，极大地降低了产品在调试、使用和维护过程中的风险，而且DCHPR26480ER00的耐压值也满足并网需求，不必像电解电容那样设计均压均流电路，简化了产品设计。
两种支撑电容的比较
1）同样的直流母线和功率等级下，所需的电解电容容值较高，薄膜电容容值仅是电解电容的0.5~0.7倍。
2）单个电解电容的成本低于薄膜电容，但是电解电容在高压场合需要串并联，当直流母线电压较高时，二者的总成本相差较小。
3）电解电容ESR等寄生参数比薄膜电容大，使得直流母线纹波较高。
4）薄膜电容电压特性较好。因为薄膜电容无极性，可承受反向电压，同时也可承受瞬时尖峰浪涌电压。笔者曾经在实验过程中出现过薄膜电容瞬时过压现象，后经验证，薄膜电容并未损坏。笔者在实验中也曾出现过电解电容过压现象，电解电容会延封装沟槽裂开，并喷出电解液。从这个角度看，薄膜电容在产品的研发、使用和维护保养方面更安全方便。
5）薄膜电容的体积比电解电容大，笔者之前用的电解电容是板载的，薄膜电容是需要放在产品箱体中，通过结构设计来固定。
上述内容是笔者设计试验过程中对直流母线支撑电容的总结，通过实验比较，更推荐大家使用薄膜电容作为直流母线支撑电容，虽然薄膜电容的体积较大，而且价格比电解电容略高，但是随着技术的不断成熟，薄膜电容不足将逐渐改善，而它的优势将越来越明显。在新能源发电系统中使用薄膜电容来代替电解电容作为直流母线支撑电容已经成为产品设计的发展趋势。
作者：苗雨
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MKP-FC Series薄膜电容规格承认书
本文档为深圳市创容新能源有限公司生产的MKP-FC系列薄膜电容的规格承认书。该产品采用金属化聚丙烯薄膜作为主要材料，具有高可靠性和稳定性，适用于电动汽车电机驱动、车载OBC、逆变器等电力电子设备的直流支撑和储能滤波。
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在传统的变频器和逆变器中母线电容都选用的电解电容，目前新型的逆变器中都选择薄膜电容，请问薄膜电容相比电解电容都有哪些优势？
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