逆變器中能量緩衝器的電容選型原則
發布時間:2012-06-11 來源:Vishay
中心議題:
太陽能逆變器在太陽能電池板和主電網之間扮演著接口的角色。如圖1所示,在太陽能逆變器內部會發生兩個功率過程。一個DC/DC轉換器控製著太陽能電池板的工作點,使之達到最大的功率輸出。DC/AC轉zhuan換huan把ba這zhe部bu分fen功gong率lv輸shu送song到dao主zhu電dian網wang,同tong時shi執zhi行xing主zhu電dian網wang運yun營ying商shang設she立li的de各ge種zhong管guan控kong規gui則ze。能neng量liang緩huan衝chong器qi會hui吸xi收shou掉diao兩liang個ge轉zhuan換huan器qi之zhi間jian功gong率lv流liu的de差cha值zhi。成cheng功gong實shi現xian這zhe個ge過guo程cheng在zai很hen大da程cheng度du上shang取qu決jue於yu能neng量liang緩huan衝chong器qi選xuan擇ze的de電dian容rong器qi。本ben文wen介jie紹shao了le在zai薄bo膜mo電dian容rong器qi和he鋁lv電dian容rong器qi之zhi間jian如ru何he進jin行xing取qu舍she,以yi及ji在zai選xuan擇ze一yi個ge或huo其qi他ta電dian容rong器qi時shi需xu要yao考kao慮lv的de因yin素su。 
圖1:太陽能逆變器功能框圖
tongguoanzhuangnenglianghuanchongqi,nikeyibacongtaiyangnengdianchibanjiquzuidagonglv,tongruhebazhezhongnengliangzhurudaozhushupeidianxitongzheliangjianshifenkaichuli。erqie,zhemezuohuijiangdishejidefuzadu。
能(neng)量(liang)緩(huan)衝(chong)器(qi)的(de)大(da)小(xiao)是(shi)由(you)需(xu)要(yao)儲(chu)存(cun)能(neng)量(liang)的(de)多(duo)少(shao)決(jue)定(ding)的(de),能(neng)量(liang)的(de)多(duo)少(shao)取(qu)決(jue)於(yu)太(tai)陽(yang)能(neng)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)功(gong)率(lv)等(deng)級(ji),以(yi)及(ji)儲(chu)存(cun)和(he)釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)這(zhe)兩(liang)個(ge)過(guo)程(cheng)之(zhi)間(jian)的(de)長(chang)短(duan)。可(ke)供(gong)參(can)考(kao)的(de)是(shi),如(ru)果(guo)時(shi)間(jian)差(cha)小(xiao)於(yu)1秒鍾,使用薄膜容器或鋁電容器都沒問題。如果時間超過1秒鍾,你就應該考慮使用一個化學雙層電容器或電池組。但這兩種技術都要求每個電池單元的電壓在1V至4Vzhijian。jiedaozhudianwangxuyaodedianyadengjigenggao,yaoqiubajigedianchilianchengyichuan,yincijiuxuyaozengjiayonglaibaochipinghengdedianziqijian。youyuqudongdianchihuodianhuaxueshuangcengdianrongqidanyuanyouyixieteshuyaoqiu,zhezhonggongnengtongchangshiyouyigedulidegonglvdianzimokuailaishixiande,duimokuaidexiangxijieshaochaochulebenwendetaolunfanchou。
bomodianrongqihelvdianrongqiyouyixieshiyongxianzhi,huiyingxiangdaotaiyangnengnibianqidefuwushouminghekekaoxing。yincinixuyaoxiangxiliejuzaichangshijiangongzuotiaojianxiadebianhuaqingkuang,zhongyaocanshushiqijianhuanjingwendu、工作電壓、紋波電流和持續時間。
薄膜電容VS鋁電容
薄膜電容是一種理想的電容器。這種電容器的容量不會隨著溫度而顯著變化,在充電/放電(紋波電流)時shi幾ji乎hu不bu會hui發fa熱re。由you於yu電dian容rong器qi結jie構gou的de原yuan因yin,對dui於yu電dian流liu回hui路lu來lai說shuo是shi短duan路lu,因yin此ci電dian感gan很hen低di,使shi其qi能neng用yong在zai很hen寬kuan的de頻pin率lv範fan圍wei內nei,通tong常chang可ke以yi達da到dao數shu兆zhao赫he茲zi。
鋁電容器的問題要多一些。細孔加上導電性一般電解液,使這種電容器的容值會隨著溫度和頻率而發生變化。在鋁和紙/電解液組合結構中產生歐姆損耗,以及在不完美的氧化物層中會產生與頻率相關的損耗,使電容器在充電/放的時候會發熱,限製了電容器的紋波電流處理能力。
最zui後hou還hai有you一yi點dian尤you其qi重zhong要yao,由you於yu電dian解jie液ye會hui與yu電dian容rong器qi中zhong的de其qi他ta材cai料liao發fa生sheng化hua學xue反fan應ying,特te性xing過guo一yi段duan時shi間jian後hou會hui發fa生sheng變bian化hua,使shi電dian容rong器qi達da到dao使shi用yong壽shou命ming後hou失shi效xiao率lv會hui增zeng高gao。由you於yu化hua學xue反fan應ying的de速su度du隨sui電dian容rong器qi溫wen度du的de降jiang低di而er降jiang低di,需xu要yao根gen據ju太tai陽yang能neng逆ni變bian器qi的de工gong作zuo狀zhuang況kuang計ji算suan電dian容rong器qi的de壽shou命ming。
如果在薄膜電容器中出了什麼問題,比如電介質擊穿或是碰到一個非常高的電流脈衝(高dU/dt),金屬化層或是連到金屬化層的觸點就會被破壞。最後,薄膜電容器會變成開路狀態。
如果鋁電容器中出了什麼問題,結果更難預料。由於電介質擊穿導致的接頭損壞,表現出來的結果可以是短路、kailu,huoshizhongjiandeshenmezhuangtai,biruxieloudianliuhuizenggaoruguolvdianrongqiguore,erqiehailiandaodianyuanshang,qiwenduhuishengdaodianjieyedefeidianyishang,dagainengdadao200 ℃。所產生的內部壓力會使泄壓裝置打開,電解液會流出來,卷繞層會變幹。
薄膜電容器與鋁電容器的設計要點
dangxuyaozailiangzhongjishuzhongjianjinxingxuanzeshi,xingnengbingbushiquanbukaolvyinsu,yuanjiandechicunyehenzhongyao,jiageyeshiyigeyinsu。yaoshizhonglaojideshibomodianronghelvdianrongqiruhedadaoyuqidexiaoguo?
鋁電容器的空間效率肯定比薄膜電容要高。高一個470 μF/450 V鋁電容器的體積隻有一個470μF/450 V薄膜電容的15%。
另一方麵,鋁電容壽命有限,損耗更大。對於一個要求能工作20年或高功率等級的太陽能逆變器,薄膜電容器因其具有更低的損耗和無限的壽命,是更佳的選擇。
僅就元件成本而言,鋁電容器占有絕對優勢,同樣是470μF/450 V,薄膜電容器的成本是相對應的鋁電容器的5beishenzhigengduo。raner,lvdianrongqiyibanxuyaoewaidebaohudianlu。xiangfan,bomodianrongqijihubuxuyaoyonglaifangzhifashengguzhangdewaiweiyuanjian。youqishigaogonglvdengjidetaiyangnengnibianqi,nenggouchulifarewentidedianrongqishigengjiaxuanze,yinweizheyangyouzhuyudadajiangdichengben,lirubuxuyaoyongshuilailengqueyuanqijian。 
圖2:采用鋁電解電容的太陽能逆變器
xuanzetaiyangnengnibianqizhongnenglianghuanchongqidejishukebushiyijianjiandandeshiqing。nixuyaokaolvhenduoyinsu,zhexieyinsukenengshejidaoyuanqijianxingweideyixiexijiewenti。yinci,mingzhidexuanzeshizhaoyigejingyanfengfudegongyingshang,zaishejiguochengdechuqijiuchongfenliyonggongyingshangdeshejizhuanchang,quebaonisuoxuanzedejishunenggouzuizhongmanzunidesuoyouxuqiu。
- 根據能量緩衝器的需求在薄膜電容器和鋁電解電容器之間進行取舍
太陽能逆變器在太陽能電池板和主電網之間扮演著接口的角色。如圖1所示,在太陽能逆變器內部會發生兩個功率過程。一個DC/DC轉換器控製著太陽能電池板的工作點,使之達到最大的功率輸出。DC/AC轉zhuan換huan把ba這zhe部bu分fen功gong率lv輸shu送song到dao主zhu電dian網wang,同tong時shi執zhi行xing主zhu電dian網wang運yun營ying商shang設she立li的de各ge種zhong管guan控kong規gui則ze。能neng量liang緩huan衝chong器qi會hui吸xi收shou掉diao兩liang個ge轉zhuan換huan器qi之zhi間jian功gong率lv流liu的de差cha值zhi。成cheng功gong實shi現xian這zhe個ge過guo程cheng在zai很hen大da程cheng度du上shang取qu決jue於yu能neng量liang緩huan衝chong器qi選xuan擇ze的de電dian容rong器qi。本ben文wen介jie紹shao了le在zai薄bo膜mo電dian容rong器qi和he鋁lv電dian容rong器qi之zhi間jian如ru何he進jin行xing取qu舍she,以yi及ji在zai選xuan擇ze一yi個ge或huo其qi他ta電dian容rong器qi時shi需xu要yao考kao慮lv的de因yin素su。

圖1:太陽能逆變器功能框圖
tongguoanzhuangnenglianghuanchongqi,nikeyibacongtaiyangnengdianchibanjiquzuidagonglv,tongruhebazhezhongnengliangzhurudaozhushupeidianxitongzheliangjianshifenkaichuli。erqie,zhemezuohuijiangdishejidefuzadu。
能(neng)量(liang)緩(huan)衝(chong)器(qi)的(de)大(da)小(xiao)是(shi)由(you)需(xu)要(yao)儲(chu)存(cun)能(neng)量(liang)的(de)多(duo)少(shao)決(jue)定(ding)的(de),能(neng)量(liang)的(de)多(duo)少(shao)取(qu)決(jue)於(yu)太(tai)陽(yang)能(neng)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)功(gong)率(lv)等(deng)級(ji),以(yi)及(ji)儲(chu)存(cun)和(he)釋(shi)放(fang)能(neng)量(liang)這(zhe)兩(liang)個(ge)過(guo)程(cheng)之(zhi)間(jian)的(de)長(chang)短(duan)。可(ke)供(gong)參(can)考(kao)的(de)是(shi),如(ru)果(guo)時(shi)間(jian)差(cha)小(xiao)於(yu)1秒鍾,使用薄膜容器或鋁電容器都沒問題。如果時間超過1秒鍾,你就應該考慮使用一個化學雙層電容器或電池組。但這兩種技術都要求每個電池單元的電壓在1V至4Vzhijian。jiedaozhudianwangxuyaodedianyadengjigenggao,yaoqiubajigedianchilianchengyichuan,yincijiuxuyaozengjiayonglaibaochipinghengdedianziqijian。youyuqudongdianchihuodianhuaxueshuangcengdianrongqidanyuanyouyixieteshuyaoqiu,zhezhonggongnengtongchangshiyouyigedulidegonglvdianzimokuailaishixiande,duimokuaidexiangxijieshaochaochulebenwendetaolunfanchou。
bomodianrongqihelvdianrongqiyouyixieshiyongxianzhi,huiyingxiangdaotaiyangnengnibianqidefuwushouminghekekaoxing。yincinixuyaoxiangxiliejuzaichangshijiangongzuotiaojianxiadebianhuaqingkuang,zhongyaocanshushiqijianhuanjingwendu、工作電壓、紋波電流和持續時間。
薄膜電容VS鋁電容
薄膜電容是一種理想的電容器。這種電容器的容量不會隨著溫度而顯著變化,在充電/放電(紋波電流)時shi幾ji乎hu不bu會hui發fa熱re。由you於yu電dian容rong器qi結jie構gou的de原yuan因yin,對dui於yu電dian流liu回hui路lu來lai說shuo是shi短duan路lu,因yin此ci電dian感gan很hen低di,使shi其qi能neng用yong在zai很hen寬kuan的de頻pin率lv範fan圍wei內nei,通tong常chang可ke以yi達da到dao數shu兆zhao赫he茲zi。
鋁電容器的問題要多一些。細孔加上導電性一般電解液,使這種電容器的容值會隨著溫度和頻率而發生變化。在鋁和紙/電解液組合結構中產生歐姆損耗,以及在不完美的氧化物層中會產生與頻率相關的損耗,使電容器在充電/放的時候會發熱,限製了電容器的紋波電流處理能力。
最zui後hou還hai有you一yi點dian尤you其qi重zhong要yao,由you於yu電dian解jie液ye會hui與yu電dian容rong器qi中zhong的de其qi他ta材cai料liao發fa生sheng化hua學xue反fan應ying,特te性xing過guo一yi段duan時shi間jian後hou會hui發fa生sheng變bian化hua,使shi電dian容rong器qi達da到dao使shi用yong壽shou命ming後hou失shi效xiao率lv會hui增zeng高gao。由you於yu化hua學xue反fan應ying的de速su度du隨sui電dian容rong器qi溫wen度du的de降jiang低di而er降jiang低di,需xu要yao根gen據ju太tai陽yang能neng逆ni變bian器qi的de工gong作zuo狀zhuang況kuang計ji算suan電dian容rong器qi的de壽shou命ming。
如果在薄膜電容器中出了什麼問題,比如電介質擊穿或是碰到一個非常高的電流脈衝(高dU/dt),金屬化層或是連到金屬化層的觸點就會被破壞。最後,薄膜電容器會變成開路狀態。
如果鋁電容器中出了什麼問題,結果更難預料。由於電介質擊穿導致的接頭損壞,表現出來的結果可以是短路、kailu,huoshizhongjiandeshenmezhuangtai,biruxieloudianliuhuizenggaoruguolvdianrongqiguore,erqiehailiandaodianyuanshang,qiwenduhuishengdaodianjieyedefeidianyishang,dagainengdadao200 ℃。所產生的內部壓力會使泄壓裝置打開,電解液會流出來,卷繞層會變幹。
薄膜電容器與鋁電容器的設計要點
dangxuyaozailiangzhongjishuzhongjianjinxingxuanzeshi,xingnengbingbushiquanbukaolvyinsu,yuanjiandechicunyehenzhongyao,jiageyeshiyigeyinsu。yaoshizhonglaojideshibomodianronghelvdianrongqiruhedadaoyuqidexiaoguo?
鋁電容器的空間效率肯定比薄膜電容要高。高一個470 μF/450 V鋁電容器的體積隻有一個470μF/450 V薄膜電容的15%。
另一方麵,鋁電容壽命有限,損耗更大。對於一個要求能工作20年或高功率等級的太陽能逆變器,薄膜電容器因其具有更低的損耗和無限的壽命,是更佳的選擇。
僅就元件成本而言,鋁電容器占有絕對優勢,同樣是470μF/450 V,薄膜電容器的成本是相對應的鋁電容器的5beishenzhigengduo。raner,lvdianrongqiyibanxuyaoewaidebaohudianlu。xiangfan,bomodianrongqijihubuxuyaoyonglaifangzhifashengguzhangdewaiweiyuanjian。youqishigaogonglvdengjidetaiyangnengnibianqi,nenggouchulifarewentidedianrongqishigengjiaxuanze,yinweizheyangyouzhuyudadajiangdichengben,lirubuxuyaoyongshuilailengqueyuanqijian。

圖2:采用鋁電解電容的太陽能逆變器
xuanzetaiyangnengnibianqizhongnenglianghuanchongqidejishukebushiyijianjiandandeshiqing。nixuyaokaolvhenduoyinsu,zhexieyinsukenengshejidaoyuanqijianxingweideyixiexijiewenti。yinci,mingzhidexuanzeshizhaoyigejingyanfengfudegongyingshang,zaishejiguochengdechuqijiuchongfenliyonggongyingshangdeshejizhuanchang,quebaonisuoxuanzedejishunenggouzuizhongmanzunidesuoyouxuqiu。
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