在新能源及新能源汽车运用中,电容器在能源控制、电源管理、电源逆变以及直流交流变换等系统中是决定变流器寿命的关键元器件。变流技术在上述系统中普遍得到运用,然而在逆变器中直流电作为输入电源,需通过直流母线与逆变器连接,该方式叫作DC-Link 或直流支撑。因逆变器在从DC-Link得到有效值和峰值很高的脉冲电流的同时,会在DC-Link上产生很高的脉冲电压使得逆变器难以承受。

所以需要选择DC-Link电容器来连接,一方面以吸收逆变器从DC-Link端的高脉冲电流,防止在DC-Link的上产生高脉冲电压,使逆变器端的电压波动处在可接受范围内;另一方面也防止逆变器受到DC-Link端的电压过冲和瞬时过电压的影响。

以金属箔当电极,将其和聚乙酯,聚丙烯,聚笨乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜,从两端重叠后,卷绕成圆筒状的构造之电容器即薄膜电容。而依塑料薄膜的种类又被分别称为聚乙酯电容(又称Mylar电容),聚丙烯电容(又称PP电容),聚苯乙烯电容(又称PS电容)和聚碳酸电容。主要有无极性,绝缘很高,频率特性优异(频率响应宽广),而且介质损失很小。基于以上的优点,所以薄膜电容器被大量使用在模拟电上。尤其是在信号交连的部分,必须使用频率特性良好,介质损失极低的电容器,方能确保信号在传送时,不致有太大的失真情形发生。在所有的塑料薄膜电容当中,又以聚丙烯(PP)电容和聚苯乙烯(PS)电容的特性最为显着,当然这两种电容器的价格也比较高。然而音响器材为了提升声音的品质,所采用的零件材料已愈来愈高级,价格并非最重要的考量因素,所以PP电容和PS电容被使用在音响器材的频率与数量也愈来愈高。

电解电容器通常是由金属箔(铝/钽)作为正电极,金属箔的绝缘氧化层(氧化铝/钽五氧化物)作为电介质,电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容 器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液(液态电解质)的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成;钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰.由于均以电解质作为负电极(注意和电介质区分),电解电容器因而得名。其单位体积的电容量非常大、额定的容量可以轻易做到几万f甚至几f(但不能和双电层电容比)以及价格低占有很大的优势。因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料,比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备,可以大规模生产,成本相对比较低。

为新能源(含风力发电和光伏发电)以及新能源汽车电机驱动系统中DC-Link电容器的运用示意图图1、2.

图1为风力发电变流器电拓扑图,其中C1为DC-Link(一般整合到模块上),C2为IGBT吸收,C3为LC滤波(网侧),C4转子侧DV/DT滤波。图2为光伏发电变流器电拓扑图,其中C1为DC滤波,C2为EMI滤波,C4为DC-Link,C6为LC滤波(网侧),C3为DC滤波,C5为IPM/IGBT吸收。图3为新能源汽车系统中主电机驱动系统,其中C3为DCLink,C4为IGBT吸收电容。

在上述提到的新能源领域运用中,DCLink电容作为一个关键器件,不管是在风力发电系统、光伏发电系统还是在新能源汽车系统中都要求高可靠性及长寿命,其选型显得尤为重要。下面介绍薄膜电容与电解电容的特性对比及在DC-Link电容运用中两者的分析对比：

首先介绍薄膜金属化的原理,薄膜金属化技术的原理：在薄膜介质表面蒸镀上足够薄的金属层,在介质存在缺陷的情况下,该镀层能够蒸发并因此隔离该缺陷点起到作用,这种现象被称作自愈。图4为金属化镀膜的原理图,蒸镀前薄膜介质先进行前期处理(电晕或其他方式)以便金属能够附着在。金属通过在真空状态下高温溶化蒸发(铝的蒸发温度1400摄氏度~1600摄氏度,锌的蒸发温度400摄氏度~600摄氏度),当金属蒸气遇被冷却的薄膜后凝结在薄膜表面(薄膜冷却温度-25摄氏度~-35摄氏度),从而形成金属镀层。金属化技术的发展提高了单位厚度的薄膜介质的介电强度,干式技术脉冲或放电运用电容设计可以达到500V/m,直流滤波运用电容设计可以达到250V/m.DC-Link电容属于后者,根据IEC61071对于电力电子运用电容的要求可以承受较为苛刻的电压冲击,可以达到2倍的额定电压。因此使用者只需考虑其设计所需的额定工作电压就可以了。金属化薄膜电容器具有较低的ESR,使其能承受较大的纹波电流;较低的ESL满足逆变器的低电感设计要求,减少了开关频率下的震荡效应。