用于高壓電網穩(wěn)壓的電力轉換器和電容器組中薄膜電容介紹

緩沖各種形式的能量并使其可用于后續(xù)轉換過程的存儲元件是現代電源和頻率轉換器中的重要組件。因此，人們對平滑和能源的均勻性給予了極大的關注，而電容器存儲大量電荷的能力在其中起著特殊的作用。

一般來說，電容器的面板越大，其容量就越大。然而，以小體積實現高容量對于現代設備有限的安裝空間至關重要。此外，電氣工程的特殊要求對介電強度具有重要意義。薄膜和電解質電容器是適合這些應用的典型設備示例。

薄膜電容器，尤其是金屬化薄膜電容器，是基于兩層金屬化聚丙烯的繞組。聚丙烯箔(絕緣體)的厚度決定了額定電壓，可以接近幾kV。聚丙烯電容器的一個特殊特性是它們的自愈能力。由于通常使用非常薄的箔片，這種能力對于避免閃絡后的短路非常重要。其他與設計相關的特性包括低 ESR、ESL 和相對較寬的工作溫度范圍。薄膜電容器 幾乎是太陽能應用的理想器件，因為它的容量不會隨溫度發(fā)生顯著變化，在充電和放電過程中幾乎保持不變，并且可以在擴展的頻率范圍內使用。

鋁電解電容器由兩層鋁箔組成，由一層或兩層紙隔開，并浸漬有導電液體(電解質)。由于第一鋁箔的氧化層厚度和電解質的性質，它們的工作電壓被限制在大約 500 V。重要的器件特性包括非常高的電荷存儲容量和相對于容量的小尺寸。

然而，由于電解電容器是極化的，它在交流電環(huán)境中只能有限地使用。雖然鋁電解電容器具有更高的單位體積電容，但由于其特定的結構，電容值會隨溫度和頻率而變化。歐姆和頻率相關的損耗會在充電/放電期間導致發(fā)熱，從而限制可能的紋波電流。此外，由于化學過程，電氣特性會隨著時間的推移而發(fā)生變化，這可能會導致指定使用壽命結束后的故障率增加。

陶瓷電容器由于使用陶瓷材料進行絕緣，因此可以抵抗極高的電壓。非常精細研磨的順電/鐵電基礎材料在高溫下燒結成電容元件，該電容元件作為電介質用作電極支撐。陶瓷電容只能存儲小量電荷，一般用于高頻電壓下的濾波。在這些應用中，相線和中性線通過電容器對地短路。當今市場上的高壓電容器可以處理幾千伏范圍內的過電壓。

現代電源和轉換器的功率密度越來越高，達到兆瓦級?，F代半導體能夠以不斷增加的頻率切換高負載，從而以可接受的成本實現緊湊設計的高功率轉換器。然而，隨著功率密度的增加，對電容器的要求也隨之提高。

通常，或多或少廣泛構造的轉換器輸入電路由能源來區(qū)分。特別是在太陽能轉換器的情況下，輸入值取決于太陽光強度，因此會發(fā)生很大變化，從而難以設置最佳工作點。因此，必須在輸入端提供直流儲能裝置。由于高直流電壓分量、所需的高存儲容量以及相應超大尺寸的能力，輸入電路電容器采用電解電容器實現。電容器幾乎沒有受到壓力，因為無法預期非常高的交流分量。

對中間電路電容器(也稱為直流母線電容器)的要求要復雜得多。它們作為 DC/DC 轉換器和 DC/AC 逆變器之間的能量存儲設備，它們的輸入電流包含非常高的交流分量(紋波)。必須對輸出側電壓進行良好的平滑處理，以保證向逆變器提供穩(wěn)定的直流電壓。低容量轉換器的典型示例是 MKP1848 系列的金屬化聚丙烯電容器，而 HDMKP 系列的電容器適用于更大的轉換器。

如果可用空間太小，或者必須存儲更多能量，鋁電容器可提供合適的替代方案。對于 100 kW 及以上負載范圍內的應用，可以設置中間電路電容器 - 通常帶有更大的鋁電容器。使用 Vishay 的 193 PUR-SI Solar 或 159 PUL-SI 等設備，根據預期負載曲線確定良好的組件尺寸，逆變器使用壽命可達到 20 年以上。

在組件成本方面，鋁電容器具有明顯的優(yōu)勢。一個 470 μF / 450 V 鋁電容器的成本僅為同類薄膜電容器的五分之一。然而，箔電容器幾乎不需要保護電路來限制故障的影響。高開關頻率和陡峭的開關側面需要使用阻尼電容器(緩沖器)。緩沖器 MKP386M 的任務是減少或消除電壓和電流尖峰以及開關損耗。通過抑制由半導體開關引起的電壓和電流過沖，可以降低噪聲發(fā)射 (EMI)。