樓氏電容｜深入了解電動汽車應(yīng)用中的直流母線電容

直流母線電容常用于電源轉(zhuǎn)換器。我們知道，電源轉(zhuǎn)換器的輸入源和輸出負載具有不同的瞬時功率、電壓和頻率，直流母線電容從中起到一個緩沖作用。

樓氏電容

直流母線電容常用于電源轉(zhuǎn)換器。我們知道，電源轉(zhuǎn)換器的輸入源和輸出負載具有不同的瞬時功率、電壓和頻率，直流母線電容從中起到一個緩沖作用。

在電動汽車（EV）應(yīng)用中，直流母線電容有助于抵消逆變器、電機控制器和電池系統(tǒng)中電感的影響。它們還充當(dāng)過濾器，保護電動汽車子系統(tǒng)免受電壓尖峰、浪涌和電磁干擾（EMI）的影響。

圖1. 電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中直流母線電容的常見用途

(來源：Center of Reliable Power Electronics:https://vbn.aau.dk/ws/portalfiles/portal/152271344/reliability_of_capacitors_for_dc_link_applications_an_overview.pdf)

我們再來看下車載充電器（OBC），它負責(zé)為牽引電池充電，工作原理可簡單劃分為三個階段，如圖2所示：

 ?一階段：AC/DC轉(zhuǎn)換器通過整流和功率因素校正（PFC）將電網(wǎng)的交流電（AC）轉(zhuǎn)換為直流電（DC）

 ?二階段：中間直流電路進行能量緩沖

 ?三階段：DC/DC轉(zhuǎn)換器對直流電壓作調(diào)整，以提供電池適用的直流電平

圖2. OBC的交流/直流轉(zhuǎn)換簡化原理圖

如圖所示，直流母線電容Cbulk 被置于整流器和DC/DC轉(zhuǎn)換器之間。該電容器的理想特性包括：

? 高直流耐壓：300V至500V

? 極大的容值：200μF至1500μF

? 工作溫度范圍：-40°C至+150°C

? 低等效串聯(lián)電阻（ESR）：< 1.5mΩ

? 高均方根（RMS）電流容量

? 高機械強度

為了獲取高容值，我們需要用到多個電容器或一個電容器陣列。針對此類應(yīng)用，樓氏電容（KPD）推薦我們的StackiCap?系列高壓高容X7R電容器，規(guī)格范圍1812-3640，250V-2kV，27nF-5.6μF。直流母線電容器還必須能夠處理兩倍的電路頻率，因此，常見的電路設(shè)計包括多層陶瓷電容器（MLCC）以及與之并聯(lián)的其他類型的電容器。

此外，電動汽車（EV）的電機驅(qū)動電路中的逆變器也會用到直流母線電容（如圖3所示）。逆變器將電池的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，在加速時驅(qū)動牽引電機，然后在制動時再將交流電轉(zhuǎn)換回直流電。它還能夠檢測電機的速度和位置，并驅(qū)動絕緣柵雙極晶體管（IGBT）功率級。

圖3. 電機驅(qū)動電路中逆變器的簡化原理圖

在這個子系統(tǒng)中，直流母線電容器或平滑電容器Cs被并聯(lián)在電壓轉(zhuǎn)換器的直流（電池）和交流（負載）側(cè)之間。電容器的規(guī)格與之前的OBC例子大致相同，因此我們推薦使用同樣具有高均方根（RMS）電流容量的StackiCap?系列 X7R電容器。為了滿足應(yīng)用的高容值需求，小尺寸的MLCC可與薄膜電容及鋁電解電容一起使用，以便更接近IGBT開關(guān)器件的集成，并改善高頻衰減問題。

鑒于電動汽車應(yīng)用中需要大量的轉(zhuǎn)換器和逆變器，因此選擇合適的高壓、高容值的直流母線電容對整個系統(tǒng)的正常運行非常重要。欲了解更多信息，請點擊下方閱讀原文，獲取我們的白皮書《為電動汽車選擇適用的車載級多層陶瓷電容器的參考因素》。

（來源：Knowles樓氏電容公眾號，作者：樓氏電容）