滤波电解电容与薄膜电容在滤波中的区别的作用是什么？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-07-17 09:09 标签： 电解电容与薄膜电容在滤波中的区别

原标题：电解电容与薄膜电容在濾波中的区别代替电解电容的优势

电解电容与薄膜电容在滤波中的区别代替电解电容成为市场趋势金属化电解电容与薄膜电容在滤波中嘚区别得到了长足的发展，电容的体积和重量减少3到4倍技术也得到很大改善电解电容与薄膜电容在滤波中的区别具有的许多优势，使电解电容与薄膜电容在滤波中的区别在DC滤波上用来替代电解电容是一个趋势

电解电容与薄膜电容在滤波中的区别代替电解电容的优势

一、 承受高有效电流的能力

三、能承受脉冲宽度上升沿和下生沿比为

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电容器可用于提供重要的穿越（ride-through）（或保持）能量或用于减小电源转换电路中的纹波及噪声。选择正确类型的电容器可能会对系统的总体尺寸、成本和性能产生深远的影响本文将讨论一些常见应用中薄膜和电解电容器的优势。

薄膜和电解电容器：基本比较

电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器具有低嘚等效串联电阻（ESR）因而具有良好的纹波电流处理能力以及高浪涌电压额定值和自愈性能，是电动汽车、可再生能源、以及工业驱动器等重要应用中许多功率调节任务的强有力竞争者电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器特别适用于不需要保持（或穿越）的场合，例如茬停电或线路频率波动峰值之间需要在高可靠性和低损耗前提下提供或吸收大的高频纹波电流。

电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器吔非常适合运行在高直流总线电压的应用以最大限度地减少电阻损耗。由于铝电解电容器只能提供额定值高达约550V的电压因此工作在更高电压下的应用需要将多个器件串联，之后有必要通过选择具有匹配值的电容器来防止电压不平衡这种方法既昂贵又耗时；或者增加电壓平衡电阻器，这会增大额外的能量损失和BOM成本

另一方面，当纯粹的能量储存密度（焦耳/厘米3）是关注的主要参数时铝电解电容仍然昰一个强有力的选择对象。其中一个例子就是商用化的离线电源它需要经济高效的大容量能量存储以便在停电时保持直流输出电压，而無需备用电池适当降低额定值可以减少铝电解电容的寿命和可靠性等问题。

然而事实上铝电解电容器只能承受20％左右的过电压，如果洅有更高的过压就会发生损坏，而电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器在短时间内可承受高达约两倍额定电压的过压正如在实际应鼡中通常遇到的情况那样，自我修复能力可确保对偶然的过压做出更安全的反应此外，电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器可以实现哽容易的连接和安装并且由于是非极化产品，因此不会出现反向连接错误它们通常封装在绝缘的、在体积方面非常高效的长方形“盒孓”外壳内，可进行螺丝端子、接线片、“fastons”快接或总线排（bus bars）等各种电气连接

表1比较了常用电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器类型的特性。聚酯类可在低电压下使用而聚丙烯由于其低损耗因数（DF）和单位厚度的高介电击穿能力，因此通常在高应力下表现出最低的損耗和最高的可靠性DF相对比较稳定，不随温度和频率有很大变化 分段高结晶金属化聚丙烯也可采用，并且能提供与铝电解电容相当的能量密度

表1：常用电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器类型及其特性。

通过分析一些常见的电源转换电路可以显示选择不同的电容器技术如何会深度影响系统的尺寸、重量和成本同时取决于电容是否需要用于储能或处理波纹噪声。

例如对于用作1kW离线转换器的大容量電容，通过比较电解电容器和电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器可以清楚地说明这两种类型电容器之间的特性差异 如图1所示，该转換器具有功率因数校正前端且具有400V的标称直流总线电压（Vn）。

图1：电容器用作停电穿越的能量存储

假设效率为90％，并且电压降（Vd）为300V低于该值，将会失去输出调节功能如果发生停电，当总线电压从400V降至300V时大容量电容器C1提供能量以保持恒定的输出功率。 我们可以计算在电压降至300V以下之前要进行20ms穿越所需的C1值：

相比之下使用电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器解决方案会导致不切实际的大体积：鈳能需要并联多达15个TDK-EPCOS B32678电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器，从而导致1500cm3（91立方英寸）的总体积

如果仅需要电容器来控制电动汽车动力系統等直流线路上的纹波电压，则在选择电容器时将会呈现显著不同 总线电压可能与以前一样为400V，但由采用电池供电因此不存在穿越需求。在下游转换器以20kHz的开关频率提取80Arms脉冲电流时将纹波限制在4Vrms以内是非常现实的， 所需的电容是：

TDK-EPCOS B43508系列的180μF450V电解电容在60°C时的纹波电流額定值约为3.5Arms这其中包括了频率校正。处理80A的电流需要并联23个电容器将导致不必要的4140μF大电容和约为1200cm3（73立方英寸）的总体积。这与电解電容纹波电流额定值的20mA /μF经验法则一致

使用TDK-EPCOS B32678系列电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器，只用四个器件并联就可以达到132Arms的纹波电流额定徝体积只有402cm3（24.5立方英寸）。此外如果环境温度可以保持在70°C以下，可以选择尺寸更小的电容器

还有其他一些原因使得电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器成为最佳选择。多个电解电容器的并联导致过大电容可能出现控制浪涌电流中的能量等问题。此外在电动汽車等轻载牵引应用中直流连接瞬态过压的情况很常见，电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器的表现更为稳健

类似的分析也适合于UPS系统、风力或太阳能发电机的功率调节、通用并网逆变器和焊机等应用。

薄膜或电解电容器的相对成本可以从大容量存储或处理波纹能力角度進行分析如表2汇总的结果所示，2013年公布的数据1比较了由整流440VAC电源供电的直流总线典型成本：

表2：薄膜和电解电容器的成本比较

考虑到仩述分析，电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器是去耦、开关缓冲和EMI抑制或逆变器输出等滤波应用的绝佳选择

配置在逆变器或转换器矗流总线上的去耦电容器为高频电流循环提供一个低电感路径。 经验法则是每100A开关使用大约1μF电容值得注意的是，与电容器的连接应尽鈳能短以避免产生瞬态电压在电流很大且频率较高时，1000A/μs的变化幅度都是可能的考虑到PCB走线可能具有约1nH / mm的电感，根据以下等式每毫米可以产生1V的瞬态电压：

在开关缓冲电路中，电容器与电阻/二极管组合串联并通过电源开关（通常为IGBT或MOSFET）连接，以控制dV/dt如图2所示。

缓沖电容能够减低振铃可控制EMI，还可以防止虚假开启/关闭缓冲电容的大小通常是要选择大约是开关输出电容和安装电容总和的两倍，电阻值的选择以能够阻止所有振铃为标准

如图3所示，电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器利用其自恢复和瞬态过压能力也可理想地用莋X型和Y型电容器，分别降低差分模式和共模噪声安全级别的X1（4kV）或X2（2.5kV）电容器通过电源线连接，通常为聚丙烯类型电容值通常为几个μF，需要符合所适用的EMC标准

具有低连接电感的Y型电容器处在输入线对地连接的位置。在这里 Y1或Y2电容器的额定瞬态电压分别为8kV和5kV，如图所示处在输入线对地连接针对漏电流的考虑限制了可以施加的电容量，虽然电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器的低连接电感有助于保持较高的自共振但应保持外部接地系统较短。

图3：用于EMI抑制的X型和Y型电容 逆变器输出滤波

非极化电解电容与薄膜电容在滤波中的区別器与串联电感通常可集成在单个模块内，这样可构成低通滤波器用于衰减驱动器和逆变器交流输出中的高频谐波（如图4）。这些越来樾多地用于满足系统EMC要求并减小电缆和电机上与dV/dt相关的应力，特别是在负载远离驱动单元时的情况

图4：电机驱动EMC滤波中的薄膜电容器。 结论

对于电源转换应用通过了解电解电容器和电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器的相对优势，能够帮助设计人员为实现最佳的整體尺寸、重量和BOM成本做出正确选择可以简单总结如下：

具有更高的储能密度（焦耳/厘米3）

用于直流总线电压的“直通”大容量电容时成夲较低

在较高温度下维持纹波电流额定值

较低的ESR可实现出色的纹波处理

自我修复提高了系统的可靠性和使用寿命

  铝电解电容器   电容器是电子设备Φ大量使用的电子元件之一广泛应用于电路中的隔直通交，耦合旁路，滤波调谐回路，能量转换控制等方面。

 1． 陶瓷电容器：    用陶瓷做介质在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜作极板制成其特点是：体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小适用于高频电路。铁电陶瓷电容容量较大但损耗和温度系数较大，适用于低频电路

 2． 铝电解电容器：    它是由铝圆筒做负极、里面装囿液体电解质，插人一片弯曲的铝带做正极制成还需经直流电压处理，做正极的片上形成一层氧化膜做介质其特点是容量大、但是漏電大、稳定性差、有正负极性，适于电源滤波或低频电路中使用时，正、负极不要接反

3． 云母电容器：    用金属箔或在云母片上喷涂银層做电极板，极板和云母一层一层叠合后再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。其特点是：介质损耗小、绝缘电阻大温度系数小，适用于高频电路

4． 纸介电容器：    用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝緣材料壳中制成它的特点是体积较小，容量可以做得较大但是固有电感和损耗比较大，适用于低频电路

 5． 钽铌电解电容器：    它用金屬钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。其特点是：体积小、容量大、性能稳定、寿命长絕缘电阻大。温度性能好用在要求较高的设备中。

 6． 电解电容与薄膜电容在滤波中的区别器：    结构相同于纸介电容器介质是涤纶或聚苯乙烯。涤纶电解电容与薄膜电容在滤波中的区别介质常数较高，体积小、容量大、稳定性较好适宜做旁路电容。聚苯乙烯电解电容與薄膜电容在滤波中的区别器介质损耗小、绝缘电阻高，但温度系数大可用于高频电路。

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