在(zai)現(xian)代(dai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)行(xing)業(ye)中(zhong)，整(zheng)流(liu)以(yi)及(ji)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)得(de)到(dao)了(le)長(chang)足(zu)的(de)發(fa)展(zhan)。而(er)在(zai)此(ci)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)中(zhong)，直(zhi)流(liu)支(zhi)撐(cheng)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)防(fang)止(zhi)因(yin)負(fu)載(zai)的(de)突(tu)變(bian)造(zao)成(cheng)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)以(yi)及(ji)電(dian)容(rong)器(qi)本(ben)身(shen)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)產(chan)生(sheng)感(gan)生(sheng)電(dian)動(dong)勢(shi)而(er)導(dao)致(zhi)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)大(da)幅(fu)度(du)突(tu)變(bian)。本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)介(jie)紹(shao)金(jin)屬(shu)化(hua)薄(bo)膜(mo)直(zhi)流(liu)支(zhi)撐(cheng)電(dian)容(rong)器(qi)本(ben)身(shen)的(de)雜(za)散(san)電(dian)感(gan)的(de)減(jian)小(xiao)方(fang)案(an)以(yi)及(ji)產(chan)品(pin)內(nei)部(bu)電(dian)流(liu)分(fen)布(bu)方(fang)案(an)的(de)探(tan)討(tao)。目(mu)的(de)是(shi)最(zui)終(zhong)使(shi)得(de)DC-Link電容器產品具有較低的發熱損耗以及比較均勻的溫度分布。

2、原理簡述

直流支撐電容器（即DC-Link電容器）在電力係統中的典型應用電路如圖1所示，圖中Ls為係統連線的寄生電感。

圖 1 

在此應用場合中，可以視IGBT逆變器為整流電路的負載，此開關器件負載具有突變電流，而根據公式（1）可知

V=L×di/dt-----------------------（1）

突tu變bian電dian流liu在zai電dian感gan的de作zuo用yong下xia
，將jiang會hui產chan生sheng一yi個ge感gan生sheng電dian動dong勢shi，當dang電dian路lu以yi及ji電dian容rong器qi產chan品pin本ben身shen雜za散san電dian感gan影ying響xiang下xia
，此ci感gan生sheng電dian動dong勢shi可ke能neng會hui達da到dao數shu十shi甚shen至zhi成cheng上shang千qian伏fu，如ru此ci之zhi高gao的de突tu變bian電dian壓ya將jiang會hui對dui係xi統tong造zao成cheng嚴yan重zhong幹gan擾rao，甚shen至zhi損sun壞huai係xi統tong。而er直zhi流liu支zhi撐cheng電dian容rong器qi的de作zuo用yong就jiu是shi利li用yong電dian容rong器qi電dian壓ya不bu能neng突tu變bian及ji電dian容rong器qi容rong抗kang隨sui頻pin率lv的de升sheng高gao而er降jiang低di的de特te性xing，在zai一yi個ge很hen寬kuan的de頻pin帶dai範fan圍wei內nei為wei係xi統tong提ti供gong低di阻zu抗kang通tong道dao，從cong而er降jiang低di直zhi流liu母mu線xian的de交jiao流liu阻zu抗kang。根gen據ju公gong式shi（2）

式中ω=2πf，ESL為雜散電感，ESR為等效串聯電阻

由上式可知，電容器的阻抗不僅與電容量有關，同時還與等效串聯電阻、雜散電感
、係統頻率有關。其阻抗|Z|與頻率的關係曲線見圖2所示

圖 2

從圖中可見，隨頻率增加，阻抗逐漸降低，在f=f0時，具有最低的阻抗，此即等效串聯電阻ESR；當f＞f0時
，電容器已不具有容抗性質，而呈現感抗

，這時電容器已失去作用。因此電容器工作頻率應當遠小於諧振頻率。

諧振頻率f0是由下式決定的：

對於一個選定容量的電容器，希望電容器在較寬的頻帶下呈現容性，即要求擁有比較高的諧振頻率
，則必然要求具有較小的雜散電感。

另一方麵，如果電容器的等效串聯電阻ESR比較大，則會出現在比較低頻的情況下

，電容器的容抗低於ESR，這時，電容器的交流阻抗主要取決於ESR
，從而不能很好地實現交流低阻抗的要求。對於此因素的影響本文不作過多討論。

下麵我們來看雜散電感ESL在DC-Link電容器中的主要成因。

DC-Link電容器內部等效電路圖如圖3所示：

圖 3

[page]由於我們的DC-Link電容器產品使用的是金屬化聚丙烯薄膜電容器
，由於其比容較小
，因而要獲得比較大的容量,其體積相對而言比較大
，產品內部由多隻芯子單元通過串、並聯組合而成。如果DC-Linkdianrongqijuyoubijiaodadezasandiangan，bingqieneibulianjiebuheli，jiuhuizaochengchanpinneibugexinzidanyuanzhijiandianliufenbubujunyunxianxiang，zaiwaibudebiaoxianjiushichanpinjubuwenshengguogao。ergankangsuipinlvshenggaoerzengda

，yincigaixianxiangzaigaopinqingkuangxiajianghuiyouweimingxian，yanzhongshihuiyinqidianrongqirejichuanerzaochengshigu。

而薄膜DC-Link電容器內部雜散電感ESL主要來源有以下幾個方麵：

(1) 金屬化薄膜卷繞而成的芯子本身引起；

(2) 芯子單元串
、並聯引線或銅排引起
；

(3) 金屬外殼電感，此種情況為產品某一電極與金屬外殼相連而產生
，其他情況無此項因素。

對於以上三點原因的解決措施，我們將在下麵的案例分析中做探討。

3、案例分析

下麵以我司為某公司提供的DC-Link產品為例做具體分析：

產品型號為MKP-LG6000μF/1200V.DC標稱有效電流300A，外殼采用的是無磁不休鋼外殼。首先給出一組我們的溫升試驗數據，見表1

表1MKP-LG6000μF產品過電流試驗數據摘錄

備注：表1中個數據采集點均在圖4中標明；試驗電流為310A；試驗頻率為13.75kHz。

從數據中我們分析，5號與7號以及6號與8號點，其溫差較大，達到8~10℃，並且在產品上表麵（此為環氧麵），其各點溫度也分布不均勻，溫差較大，影響產品可靠性。

圖 4

上shang述shu試shi驗yan所suo用yong的de產chan品pin為wei我wo司si早zao期qi設she計ji的de結jie構gou，未wei曾zeng考kao慮lv雜za散san電dian感gan的de影ying響xiang以yi及ji產chan品pin內nei部bu電dian流liu分fen布bu的de優you化hua，並bing且qie由you於yu電dian容rong器qi本ben身shen在zai使shi用yong過guo程cheng中zhong，電dian流liu具ju有you集ji中zhong效xiao應ying
，即ji電dian流liu會hui集ji中zhong於yu電dian容rong器qi的de上shang部bu。在zai上shang述shu方fang案an中zhong

，產chan品pin內nei部bu芯xin子zi排pai列lie結jie構gou可ke簡jian單dan地di表biao示shi如ru圖tu5

圖 5

由上圖可以看出，長方形為接線銅板，由於銅板存在一定的電感，所以對於高頻電流，阻抗較大。根據公式I=U/Z=U/(XL+XR+XC)

XL=2πfL---------------------(4)

Xc=1/(2πfc)-------------------(5)

（設2πf=ω）可知，當頻率固定時
，電感越大，感抗就越大。當頻率較低時
，例如在工頻50Hz時，電路中的雜散電感所產生的感抗Esl較低
，遠小於 Esc，因此Esl可忽略不計
，而其中的Esr和Esc占主要影響地位。但當電流頻率高達600kHz時，則容抗較低,約0.005Ω/mm
，感抗非常大
，約0.3Ω/mm，遠大於Esc
，在等效電路中占主要影響地位。若平均每1mm銅板的雜散電感約為1nH，而每個端子之間的距離為60mm，那麼電路中總的雜散電感為60nH，而電容雜散為40nH
，那麼第一個電容的感抗為XL=40ω
，第二個電容的感抗為XL=2Xl+Xc=160ω，第三個電容的感抗為：XL=4Xl+Xc=260ω。因為I=U/XL=200A
，所以電流經過這三個的比值為I1:I2=4:1,I1:I3=6.5:1,由此得出 1.4I1=200A而其中流經C1的電流最大，約為143A，流經C2電流約為36A，而流經C3電流約為21A。因此C1電流發熱嚴重，而C2發熱正常，C3發熱較少，這樣容易令C1燒壞
，所以不能采取此種連接方式。同時
，在頻率比較低的情況下

，比如工頻50Hz，外殼材料對產品影響不大。但在頻率達到10kHz或以上時
，產品在使用過程中
，外殼材料如果帶有磁性，那麼其本身也會因為感應加熱而發熱
，從而對產品整體發熱產生不利影響。

我們從四方麵著手進行方案改善。

首先，我們根據單根矩形截麵導線電感計算：

式中A為矩形導線厚度，H為矩形導線寬度
，l為矩形導線長度

鑒於內部引線對雜散電感的影響，我們利用公式（6）gusuandaoxiandianganliang，tongguoduidaoxianjiemianyijichangdudetiaozheng，yidadaozaimanzuchanpinguodianliulianghaoyijichengbendengzongheyinsutiaojianxia，shidechanpinbenshenzasandianganjinliangxiao，yidadaojianxiaodianganbufenresunhaodemude。

其次，我們通過對產品芯子連接結構進行調整，使得產品各個芯子單元之間達到比價均勻的電流分布。圖6所示是我們調整之後的連接結構：

圖 6

由圖6可知，同樣的器件，但是連接不同，其等效電路圖也不一樣。其條件同原有方案一樣，但其等效感抗不一樣。有等效電路圖可知，XL1=XL2=XL3=2πfL，而Esr和Esc三者數值相等，因此流經每個電容的電流I=U/R=40A。這樣能使電流均勻地分布到每個電容上。這樣，就解決了電流分布不均而使電容部分電容發熱嚴重的問題。

再次，我們通過對產品內部芯子端麵連接方式進行改善：改gai變bian以yi往wang以yi整zheng片pian銅tong排pai直zhi接jie連lian接jie的de方fang式shi，通tong過guo對dui銅tong排pai進jin行xing尺chi寸cun調tiao整zheng並bing且qie進jin行xing適shi當dang的de裁cai剪jian
，可ke以yi使shi得de銅tong排pai本ben身shen雜za散san電dian感gan分fen布bu更geng加jia合he理li，並bing且qie同tong時shi減jian弱ruo渦wo流liu對dui端duan麵mian連lian接jie的de影ying響xiang
，減jian少shao發fa熱re。

最zui後hou，由you於yu無wu磁ci不bu鏽xiu鋼gang仍reng然ran帶dai有you一yi定ding的de磁ci性xing，中zhong高gao頻pin條tiao件jian下xia容rong易yi產chan生sheng額e外wai加jia熱re，因yin此ci，我wo們men將jiang外wai殼ke材cai料liao更geng改gai為wei鋁lv材cai
，大da大da消xiao除chu了le外wai殼ke本ben身shen加jia熱re對dui產chan品pin整zheng體ti溫wen升sheng的de影ying響xiang。

改進後，產品的溫升效果如表2所示（測試點同表1）：

表2 MKP-LG6000μF產品—改進後，過電流試驗數據摘錄

備注：溫度點7未測量到
，測試電流及頻率與表1相同

從表2數據分析，5號

、6號、8號點可見
，產品外殼表麵各點溫度分布比較均勻
，溫差不超過3℃。並且從表1與表2各相應點數據進行分析，可見改進後的產品溫升較改進前低，尤其是上端環氧表麵
，最高處低18.1℃。改進效果十分明顯。

4
、結語

此種方案不但解決了電流在電容器芯子組上的分布不均等問題，而且降低了設備的損耗功率，從而提高了機器的使用壽命。

隨著工業發展的需要與順應環保節能的主題，逆變電源使用越來越廣泛，因此對其的技術要求更為嚴格。而對其核心部分---DC-Link電容器的質量要求也隨之提高，我們通過充分考慮電容器內部芯子排布、引線分布電感以及磁性材料加熱的影響，選用更優化的接線方式和設計方案，使DC-Link電容器能夠滿足技術不斷發展的需求
，反過來促進技術的進步。