讓直流支撐電容器（Dc_Link）應用更“安全”，我們有方案
87 閱讀
0 評論
7 分鐘
近十年來越來越多的行業，用戶選擇金屬化薄膜電容器解決方案代替鋁電解電容器解決方案，有鑒于用戶端越來越注重于電容器的應用“安全”。
- 新能源汽車電子行業，純電動汽車電機控制器上電容器的應用；
- 新能源行業，風電變流器、光伏逆變器的電容器的應用；
- 節能行業，高壓變頻器等電容器的應用；
- 電源行業，中頻感應加熱設備、開關電源等電容器的應用；
- 電能質量行業，電力（SVG）電子、有源電力濾波器（APF）等產業鏈上電容器的應用；
- 機車行業，輕軌、高鐵、地鐵、有軌電車等電容器的應用；
而在這些個行業有序替代的應用場景內，直流支撐使用需求替代又似乎是必然！！
直流支撐電容器稱為Dc-Link電容器，被安裝或焊接在直流母線上，又稱為母線電容器。
圖1 直流支撐電容器在光伏并網逆變器中應用
新能源光伏、汽車電子、節能、電能質量等行業逆變器、變流器、電力無功補償等應用，離不開SPWM脈寬調制技術，而在能量轉換的過程中，提高開關頻率提升能量轉換的效率，是全球能源危機下采取的技術手段之一。SPWM調制波的頻率一般都會＞20倍基波，小功率的逆變器開關頻率會在幾十千赫茲至幾百千赫茲，如此高的開關頻率是鋁電解電容器是無法滿足的。
圖2 直流支撐電容器在SVG中應用
薄膜電容器其具有耐電壓高、大電流、低阻抗、低ESR、容量損耗小、泄漏電流小、溫度性能優良、充放電（dv/dt ?di/dt）響應速度快、使用壽命長（約10萬小時）、安全防爆穩定性好等優勢，被用戶認可接受。
圖3 直流支撐電容器在汽車電子中應用
在探討直流支撐電容器耐久性測試解決方案前，讓我們先認識一下直流支撐電容器（Dc-Link）。
（一）直流支撐電容的作用
- 直流支撐電容因沒有極性，能夠承受反向電壓；
- 更低的ESR，具有紋波電流的耐受能力；
- 良好的溫度和頻率特性，更多的適用于高頻、dv/dt、di/dt大電流響應速度要求高的場合；
- 作為電路中不可缺重要的一份子，直流支撐電容器可以使母線電壓在IGBT開關的時候仍比較平
- 降低IGBT端到動力供電端的電感參數，削弱母線的尖峰電壓；
- 吸收直流母線端的高脈沖電流；
- 防止母線端電壓的過充和瞬時電壓對電路的影響等等
（二）直流支撐電容在復雜工況下的風險
直流支撐電容器在用戶端復雜使用工況下的早期失效，是一種風險，或者嚴重的說是一種“事故”。風險來源于電容器產品研發、制造商缺乏摸底試驗，未深入的了解行業用戶的實際使用工況而造成的。
電容器的早期失效無非是電壓擊穿、熱擊穿兩個最主要的因數導致！
如何導致電容器電壓擊穿，主要與電容器的基膜選型、整體設計、生產制造工藝密切相關。而電容器的熱擊穿，一方面與電容器的設計相關聯，另一方面，與用戶的整機使用工況密切相關。
我們首先探討導致電容器的熱擊穿噪聲（干擾）的來源：
（三）噪聲（干擾）的來源
噪聲干擾大致來自于以下3個方面：
- 由電網中各種電氣設備產生的電磁干擾沿電源線傳播引起的。噪聲可分為兩類：共模干擾和差模干擾。共模干擾被定義為任何載流導體和參考地之間的不希望有的電位差，差模干擾被定義為任意兩個載流導體之間的不希望有的電位差。
- 電源的輸入端一般采用整流橋和電容濾波型整流電路，畸變的脈動電流不僅含有基波分量，而且含有高次諧波分量。這些高次諧波分量會疊加在直流支撐電容器上，加劇電容器的發熱；
- IGBT逆變橋上的工作頻率直接關系到電磁干擾的強度，隨著開關頻率的增加，諧波電壓和電流的切換速度加快，傳導干擾和輻射干擾也隨之增加。這些高次諧波會疊加在直流支撐電容器上，加劇電容器的發熱
（四）溫度對電容器的影響
一般情況下，電容器的標稱上會注明容量、耐壓值、允許工作的溫度、容量的±偏差。溫度對電容器的影響卻是非常重要的。
4、1.溫度與電容器的損耗
電容器的損耗是電容器的一個非常重要的指標，是衡量電容器品質的重要標志，決定著電容的使用壽命和電容器在電路中的作用效果。任何電容器都有一個損耗角tanδ，是隨著溫度的升高而增加。
4、2.溫度與電容器的絕緣電阻
一般情況下，電容器的絕緣電阻隨著溫度的升高而降低，絕緣電阻的降低又導致電容器的泄漏電流增大。
4、3.溫度與電容器的容量
電容器的容量隨溫度而變化，我們稱之為溫度系數，當溫升升高10℃時，電容器的壽命會降低一半。以壽命30000小時、標稱105℃的電容器，在20~40℃時，可以工作30000小時，而在105℃時，壽命會縮短到3000小時以下。
復雜工況使用中，直流支撐電容器怎么樣更“安全”呢？
答案永遠是產品的品質。
圖4為電容器的生產工藝流程圖，如何的管控電容器的原材料的采購、生產工藝流程的改進、設備的優化等等，都是產品品質提升的管控關鍵！！
而作為生產工藝流程的關鍵工序–電檢測試，是電容器在整套流程中把關的守門大員，也是流程中最不可缺的工序，更是被列入《電力電子電容器國家標準》的“質量要求與試驗”必須要完成的型式試驗。
怎么樣做好電容器產品出廠前的型式試驗？如何有效的提升產品品質？
進一步的甄別產品的設計不足，改善工藝流程的缺陷，把電容器早期失效的風險降到最低，為終端用戶提供最有競爭力的解決方案！
（五）試驗的方法與目的
諸多電容器生產企業在電氣測試時，會按照標準要求中的1.25Un或者1.35Un試驗要求做型式試驗，往往忽略了電容器在實際使用復雜工況中高次諧波的干擾，造成電容器致命的傷害，引起早期失效。
圖4?直流支撐電容器在SVG中應用
我們在圖4 SVG電力電子無功補償電路拓撲中可以看到，核心IGBT模塊的工作高頻開關狀態，那么，直流支撐電容器也就處在諧波干擾范圍內，高次諧波電壓、電流會直接疊加在上面。
工作在高次諧波電壓、電流復雜工況下，電容器自身的寄生電感、等效串聯電阻成了一個發熱源，極大的影響到電容器的品質！當溫升至金屬化薄膜、基膜極限時，電容器會熱擊穿故障。
所以，電容器的復雜工況下摸底試驗，包括耐久性試驗、熱穩定性試驗、復雜工況下等電氣測試，成為生產工藝流程必不可少的重要環節。
