电力电子电容器之整流滤波、直流支撑与旁路.ppt

电力电子电路与电容器 陈永真 0416chenyongzhen@163.com电力电子电路中电容器的作用 整流滤波（平滑） 直流支撑与直流链 电源旁路 缓冲与箝位 LC谐振 耦合电容器 高频整流滤波 电源电磁干扰的抑制 脉冲放电 储能 电路电子电路对电容器的要求 足够的直流或交流额定电压 足够的连续电流或脉冲电流承受能力 足够的电容量 足够的介电强度 足够的浪涌电压的耐受程度 满足需要的频率特性 尽可能低的ESR 满足要求的寿命 一、整流滤波电容器 作用： 将整流后的脉动交流电平滑为平滑的直流电。 性能要求： 滤波电容器将流过比较大的纹波电流，对于电容输入式滤波尤为明显。 输入整流滤波电容器 1. 平滑整流输出电压（整流滤波）； 2. 吸收工频纹波电流和逆变器的开关成份电流； 3. 单相工频整流滤波需要滤波电容器具有很大的电容量，因此，多数情况下只能选用电解电容器。 单相整流滤波对电容器电容量的要求 对于一般的开关功率变换器对整流输出电压纹波电压要求电容量： 220V交流输入条件下，需要滤波电容器为1μF/ W ； 85~264V交流输入条件下，需要滤波电容器为3μF/ W 。 单相整流滤波对电容器耐压的要求 耐压要求： 一般情况下，选额定电压400VDC 带有PFC功能的情况下，选额定电压450VDC 为什么PFC要用450V耐压要求？ 一般PFC输出电压为380~420V 低于耐压400V铝电解电容器的440~450V浪涌电压 原因： 漏电流随电压升高，特别是在高温下漏电流急剧增加 寿命急剧缩短 温度与漏电流的关系 CDE生产的450V/4700μF/85℃铝电解电容器的漏电流与环境温度的关系 温度、电压、纹波电流共同作用对寿命的影响 以EPCOS的B43697电子镇流器用铝电解电容器为例。 在不同的电压与温度条件下的铝电解电容器寿命不同 EPCOS的B43697电子镇流器用铝电解电容器降额寿命特性 EPCOS的B43697电子镇流器用铝电解电容器的过电压寿命特性 单相整流滤波时滤波电容器吸收的纹波电流 对于电容输入式滤波，滤波电容器吸收的纹波电流有效值大约为整流输出电流平均值的2~3倍！大约为15~20mA/W。 不同的电路拓扑所产生的开关频率的纹波电流是不一样的。 反激式开关电源约为12mA/W；单管正激式开关电源约为10mA/W；桥式、推挽式开关电源约为7mA/W。 电解电容器能够承受的纹波电流 一个400V/100μF爪式引脚电解电容器允许流过的纹波电流在0.7A左右，其额定纹波电流承受值仅能满足60W以下的开关电源的滤波要求； 一个400V/470μF爪式引脚电解电容器允许流过的纹波电流在1.7A左右，仅能满足150W以下的开关电源的滤波要求； 按1 μF/ W的选择将不能满足电容器所能承受的纹波电流要求，至少要达到3μF/ W 。 影响电解电容器寿命的因素 环境温度，温度每上升8~10摄氏度寿命减半； 纹波电流在ESR上产生损耗转化为热，使电解电容器内部温度升高； 电容器被施加过高的电压导致漏电流过大而导致的损耗产生的发热。 电解电容器温度、纹波电流与寿命的关系 电解电容器温度、纹波电流与寿命的关系解析 不可逾越的极限区域 纹波电流过大将导致寿命的缩短 降低环境温度可以延长寿命 温度升高将导致漏电流的上升 400V/100μF典型电解电容器的参数 额定纹波电流：约0.7A； ESR：约1.5~2欧姆； 在额定纹波电流时，所产生的损耗接近1W； 热阻：在自然对流状态下大约为每瓦上升25~30摄氏度，其中外壳到环境的热阻占整个热阻的3/4~4/5。 很显然，电解电容器的散热能力非常差！ 电解电容器损耗的减小 电解电容器的电容量增长速度高于ESR下降速度，因此多只电解电容器并联有利于ESR的减小； 采用电感输入式滤波方式可以大大降低整流滤波的纹波电流； 选用开关纹波电流低的开关电源电路拓扑可以有效地降低开关电源所产生的纹波电流。 电解电容器串联时需要采取均压措施 半桥变换器可以使串联的电容器自动均压； 单端变换器、全桥变换器、推挽变换器中的串联电容器必须采用均压措施 温度对电解电容器的影响 电解电容器的纹波电流随温度上升而降低 电解电容器的ESR随温度的上升而降低，零下20摄氏度时的ESR是常温的10倍或更高 电解电容器的漏电流随温度的上升而增加 电解电容器的寿命虽温度的上升而减少，即使在没有加电或存储状态 纹波电流对电解电容器的影响 额定电流以下的纹波电流对电解电容器的影响比较小 过大的纹波电流将导致电解电容器寿命急剧缩短 电解电容器的赋能 电解电容器出厂前或存储时间过长需要赋能，以修复电解电容器的氧化铝介质膜 简单的方法是：电解电容器串联一个适当的电阻，逐渐增加施加的电压，在施