用于高压电网稳压的电力转换器和电容器组中薄膜电容介绍

缓冲各种形式的能量并使其可用于后续转换过程的存储元件是现代电源和频率转换器中的重要组件。因此，人们对平滑和能源的均匀性给予了极大的关注，而电容器存储大量电荷的能力在其中起着特殊的作用。

一般来说，电容器的面板越大，其容量就越大。然而，以小体积实现高容量对于现代设备有限的安装空间至关重要。此外，电气工程的特殊要求对介电强度具有重要意义。薄膜和电解质电容器是适合这些应用的典型设备示例。

薄膜电容器，尤其是金属化薄膜电容器，是基于两层金属化聚丙烯的绕组。聚丙烯箔(绝缘体)的厚度决定了额定电压，可以接近几kV。聚丙烯电容器的一个特殊特性是它们的自愈能力。由于通常使用非常薄的箔片，这种能力对于避免闪络后的短路非常重要。其他与设计相关的特性包括低 ESR、ESL 和相对较宽的工作温度范围。薄膜电容器 几乎是太阳能应用的理想器件，因为它的容量不会随温度发生显着变化，在充电和放电过程中几乎保持不变，并且可以在扩展的频率范围内使用。

铝电解电容器由两层铝箔组成，由一层或两层纸隔开，并浸渍有导电液体(电解质)。由于第一铝箔的氧化层厚度和电解质的性质，它们的工作电压被限制在大约 500 V。重要的器件特性包括非常高的电荷存储容量和相对于容量的小尺寸。

然而，由于电解电容器是极化的，它在交流电环境中只能有限地使用。虽然铝电解电容器具有更高的单位体积电容，但由于其特定的结构，电容值会随温度和频率而变化。欧姆和频率相关的损耗会在充电/放电期间导致发热，从而限制可能的纹波电流。此外，由于化学过程，电气特性会随着时间的推移而发生变化，这可能会导致指定使用寿命结束后的故障率增加。

陶瓷电容器由于使用陶瓷材料进行绝缘，因此可以抵抗极高的电压。非常精细研磨的顺电/铁电基础材料在高温下烧结成电容元件，该电容元件作为电介质用作电极支撑。陶瓷电容只能存储小量电荷，一般用于高频电压下的滤波。在这些应用中，相线和中性线通过电容器对地短路。当今市场上的高压电容器可以处理几千伏范围内的过电压。

现代电源和转换器的功率密度越来越高，达到兆瓦级。现代半导体能够以不断增加的频率切换高负载，从而以可接受的成本实现紧凑设计的高功率转换器。然而，随着功率密度的增加，对电容器的要求也随之提高。

通常，或多或少广泛构造的转换器输入电路由能源来区分。特别是在太阳能转换器的情况下，输入值取决于太阳光强度，因此会发生很大变化，从而难以设置最佳工作点。因此，必须在输入端提供直流储能装置。由于高直流电压分量、所需的高存储容量以及相应超大尺寸的能力，输入电路电容器采用电解电容器实现。电容器几乎没有受到压力，因为无法预期非常高的交流分量。

对中间电路电容器(也称为直流母线电容器)的要求要复杂得多。它们作为 DC/DC 转换器和 DC/AC 逆变器之间的能量存储设备，它们的输入电流包含非常高的交流分量(纹波)。必须对输出侧电压进行良好的平滑处理，以保证向逆变器提供稳定的直流电压。低容量转换器的典型示例是 MKP1848 系列的金属化聚丙烯电容器，而 HDMKP 系列的电容器适用于更大的转换器。

如果可用空间太小，或者必须存储更多能量，铝电容器可提供合适的替代方案。对于 100 kW 及以上负载范围内的应用，可以设置中间电路电容器 - 通常带有更大的铝电容器。使用 Vishay 的 193 PUR-SI Solar 或 159 PUL-SI 等设备，根据预期负载曲线确定良好的组件尺寸，逆变器使用寿命可达到 20 年以上。

在组件成本方面，铝电容器具有明显的优势。一个 470 μF / 450 V 铝电容器的成本仅为同类薄膜电容器的五分之一。然而，箔电容器几乎不需要保护电路来限制故障的影响。高开关频率和陡峭的开关侧面需要使用阻尼电容器(缓冲器)。缓冲器 MKP386M 的任务是减少或消除电压和电流尖峰以及开关损耗。通过抑制由半导体开关引起的电压和电流过冲，可以降低噪声发射 (EMI)。