【技术大神】直流母线电容的选择与设计

时间： 2016-12-21 来源：世强

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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；U_DC为直流侧电压；△U_2w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；U_DC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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全部评论（176）

只因你太难学 Lv6 2022-10-31

在2000W服务器电源项目的PFC部分需要一个双通道栅极驱动，要求驱动拉电流和灌电流可达到5A，输入电源电压范围5V~15V，工作温度能在-40~125℃，请推荐一个合适的国产厂牌的型号。
- 只因你太难学回复：您好，推荐圣邦微的双通道栅极驱动，型号为SGM48524AXPMS8G/TR，工作电压范围为4.5~18V，驱动拉电流和灌电流5A，传播延迟18ns，工作温度范围-40~140℃，封装为MOSP-8。具体可参考数据手册：https://www.sekorm.com/doc/3151929.html
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aran Lv7 资深专家 2019-01-03

直流母线电容的选择与设计推荐一下。
- 饶三抗_世强回复：您好，您可以提供您目前使用的IGBT型号，和母线电容参数的详细需求（如容值、电压、工作电流，纹波电流、峰值电压、工作温度、ESR等），我们再根据您的需求推荐合适的产品，谢谢！
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用户78033172 Lv5 2018-12-06

手机号找回密码时显示网络异常
- 用户89459665回复：这个现象我也遇到过，需要等一段时间就可以登录上了
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有朋自远方来 Lv6. 高级专家 2019-11-05

可以啊
尼古拉斯福旺 Lv7. 资深专家 2019-01-24

公式的中各变量的单位分别是什么啊？

J18q20l Lv4. 资深工程师 2019-01-22

学习了
文定 Lv5. 技术专家 2019-01-22

学习
Division Lv6. 高级专家 2019-01-21

学习
幸运星 Lv7. 资深专家 2019-01-21

直流母线电容的选择与设计
Timm Lv9. 科学家 2019-01-20

直流母线电容差异

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型号- LXU,LXU 系列

2024/10/29 - NIPPON CHEMI-CON - 商品及供应商介绍代理服务技术支持批量订货

WIMA（威马）电子设备用薄膜电容器选型指南

目录- General Information SMD Plastic Film Capacitors Size Codes 1812 to 6054 Subminiature Capacitors PCM 2.5 mm Film/Foil Capacitors PCM 5 mm Film/Foil Capacitors PCM 7.5 to 15 mm Metallized Capacitors PCM 5 mm Metallized Capacitors PCM 7.5 to 52.5 mm Pulse Duty Capacitors PCM 7.5 to 52.5 mm RFI-Capacitors PCM 7.5 to 37.5 mm Filter Capacitors Snubber Capacitors GTO Capacitors DC-LINK Capacitors PowerBlock WIMA part number system Types of packaging and packing units for WIMA capacitors

型号- MKP1O142207I_ _ _ _ _ _,DCHPN07180EU00_ _ _ _,FKP3C024703F00_ _ _ _,DCP4I052006J_ _ _ _ _ _,FKP4O121505B00 _ _ _ _,FKP1T016805F_ _ _ _ _ _,DCP4R251507I_ _ _ _ _ _,MKP1G021002C_ _ _ _ _ _,FKP1X024707H_ _ _ _ _ _,MKS4J033305D_ _ _ _ _ _,MKP1O112702C_ _ _ _ _ _,MKS4G044706G_ _ _ _ _ _,MKP4R042707J00_ _ _ _,MKS4D026802A_ _ _ _ _ _,DCP6P06470EN00_ _ _ _,SMDTC02680TA00_ _ _ _,MKS4S032206D_ _ _ _ _ _,MKP1U011803F_ _ _ _ _ _,MKS4F031002C_ _ _ _ _ _,SMDIO12150XA00_ _ _ _,MKS4F051507E_ _ _ _ _ _,MKP1M022205B_ _ _ _ _ _,FKP2D021501J00_ _ _ _,MKS4G051007F_ _ _ _ _ _,MKP2D021001B00_ _ _ _,SMDIF02680TB00_ _ _ _,SMDNC02220TA00_ _ _ _,MKS4U041007K_ _ _ _ _ _,MKX2AW35606A00_ _ _ _,MKPFAW36806A_ _ _ _ _ _,FKP1J026807A_ _ _ _ _ _,SMDNC02150TA00_ _ _ _,DCP4I052207G_ _ _ _ _ _,MKS4G041005G_ _ _ _ _ _,MKS0C036800F00_ _ _ _,MKP1G036806B_ _ _ _ _ _,FKS3D013302B00_ _ _ _,FKP1O126807B_ _ _ _ _ _,SMDTF02150QA00_ _ _ _,DCP4S048007I_ _ _ _ _ _,MKS4D022203C_ _ _ _ _ _,MKP1F051007H_ _ _ _ _ _,SMDTC02100QA00_ _ _ 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_,MKPF3Y43306

04.23 - WIMA - 选型指南 - Edition 2023/2024 代理服务技术支持批量订货

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？

目前集中型和组串式逆变器越来越多的选用薄膜电容，其原因是：（1）薄膜电容较电解电容耐压可以做到更高，电解电容最高只能做到450V，而薄膜电容最高可做到1500V甚至更高，在高压系统中无需串联；（2）薄膜电容较电解电容耐高温性能更高；（3）薄膜电容比电解电容寿命更长。

2016-10-24 - 技术问答代理服务技术支持批量订货

KENDEIL （肯德尔）薄膜电容器选型指南

描述- Power electronic capacitors for all high-power inverter applications, such as wind and solar power, industrial motor drives, UPS, battery chargers, railways and electric vehicle applications.These products are made with advanced equipments, integrated technologies and advanced production processes, which are regularly updated to meet the highest international standards in performances and quality.

型号- KE2 SERIES,K1F,KE4 SERIES,KE6 SERIES,K37,K36,K4F SERIES,K5F SERIES,K9E,KE8 SERIES,KE2,KE5,K6F,KE4,K7F,K4F,FSC SERIES,KE6,K5F,KE9,K2F,K3F,KE8,K3F SERIES

2024/6/10 - KENDEIL - 选型指南代理服务技术支持批量订货

MKP-FC Series薄膜电容规格承认书

描述- 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。

型号- HFC5020,CRCHFC3A105KB5020,MKP-FC,MKP-FC SERIES

2023-10-25 - 创容 - 数据手册 - 版本号 1.00 代理服务技术支持批量订货查看更多版本

FC5064薄膜电容规格承认书

描述- 该资料为深圳市创容新能源有限公司提供的MKP-FC Series薄膜电容规格承认书，详细介绍了产品的材料、技术参数、测试标准和注意事项。产品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。

型号- MKP-FC,MKP-FC SERIES,MKP-FC 705K800V,FC5064

2023-2-13 - 创容 - 数据手册 - 版本号 1.00 代理服务技术支持批量订货

Kendeil 集团是生产大功率逆变器应用电子元器件的领先生产商，有超过37年的设计生产经验。Kendeil集团拥有先进的设备、集成技术和先进的生产工艺，定期不断推出新的工业化产品，以使产品符合国际最高标准的性能和质量。Kendeil的电容产品均达到CECC，DIN，IEC等国际标准，并且通过了ISO9001体系认证。

电容薄膜电容铝电解电容

代理服务线上商城技术资料

在光伏逆变器中，传统的方案母线电容使用电解电容作为滤波，目前准备更换为薄膜电容，请问容量和耐压怎么选择？

薄膜电容在电力电子系统中应用，耐压更高且高温性能更好，且承受母线纹波电压的能力比电解电容高。所以在选择薄膜电容的容量时可以减小容值，一般选取同功率电解电容容量的1/6左右，耐压选择比母线电压最高值稍高一些即可。

2016-10-25 - 技术问答代理服务技术支持批量订货

介绍VT贴片电解电容器和AT贴片电解电容器的区别

如今，电子元器件的种类越来越多，其中电解电容器是一种非常重要的电子元件。电解电容器在电路中主要起到滤波、耦合、旁路等作用，其中又以VT贴片电解电容器和AT贴片电解电容器为主。本文将详细介绍这两种电解电容器的区别。值得注意的是今天我们讨论的VT贴片电解电容器和AT贴片电解电容器都是广东科尼盛电子有限公司生产的，从采访他们技术总监，我们来阐述VT贴片电解电容器和AT贴片电解电容器的区别介绍。

2023-11-21 - 设计经验代理服务技术支持批量订货

【选型】薄膜电容耐高压、寿命长，完爆电解电容

相比于易产生爆炸危险的电解电容，薄膜电容耐压高、寿命长、并且无极性，不惧怕反向过压。WIMA推出的DC-LINK MKP 4系列电容，容量从1uF到400uF，额定电压从400VDC到1300VDC，具有极低的耗散因数和极强的自恢复功能，在70℃的环境下具有超过10万小时的使用寿命。无论安全性还是使用寿命，都比电解电容更胜一筹。

2017-03-26 - 原厂动态代理服务技术支持批量订货