現(xiàn)代電源技術中電容器的正確選用

2吸收與換相電容器

　　隨著柵控半導體器件的額定功率越做越大，開關速度越來越快，額定電壓越來越高，對緩沖電路的電容器僅僅要求足夠的耐壓、容量及優(yōu)異的高頻特性是不夠的。

　　在大功率電力電子電路中，由于IGBT的開關速度已小于1μs，要求吸收電路電容器上的電壓變化速率dv/dt>103V/μs已是很正常的，有的要求104V/μs甚至105V/μs。由電容器與電壓充電時間的基本關系可知

i=C·dv/dt(1)

　　如以1μF、103V/μs計，則由式（1）可知其峰值電流將達103A。即使較小的電容量如10nF，以104V/μs速率變化則峰值電流為100A。對于普通電容器，特別是普通金屬化電容器的dv/dt100V/μ s， 特 殊 金 屬 化 電 容 器 的 dv/dt≤ 200V/μ s， 專 用 雙 金 屬 化 電 容 器 小 容 量 （ 小 于 10nF） 的 dv/dt≤ 1 500V/μ s， 較 大 容 量 （ 小 于 0.1μ F)的 則 為 600V/μ s， 在 這 種 巨 大 且 重 復 率 很 高 的 峰 值 電 流 沖 擊 下 是 很 難 承 受 的 。 所 以 經(jīng) 常 可 以 看 到 電 力 電 子 電 路 因 吸 收 電 容 應 用 不 當 造 成 電 容 器 擊 穿 或 斷 路 ， 損 壞 電 力 電 子 電 路 的 現(xiàn) 象 。

　　目前吸收電路專用電容器，即金屬箔電極可承受較大的峰值電流和有效值電流沖擊，如：較小容量(10nF以下)的可承受100000V/μs～455000V/μs的電壓變化率、3700A峰值電流和達9A有效值電流(如CDV30FH822J03)；較大容量(大于10nF，小于0.47μF)或較大尺寸的可承受大于3400V/μs以及1000A峰值電流的沖擊。

　　由此可見，盡管同是無感電容、金屬化和金屬箔電容，應用在吸收電路中將有不同的表現(xiàn)，外形相近但規(guī)格不同在這里是絕對不能互換的。

　　電容器的尺寸將影響電容器的dv/dt及峰值電流的耐量，一般而言，長度越大dv/dt和峰值電流則相對較小，以CDE公司W(wǎng)PP型電容為例，如表1所示。

　　吸收電路中電容器的工作特點是高峰值電流占空比小，有效值電流不十分高，與這種電路相似的還有晶閘管逆變器的換相電容器，盡管這種電容器要求的dv/dt較吸收電容器小，但峰值電流與有效值電流均較大，采用普通電容器在電流方面不能滿足要求。

　　在某些特殊應用中要求儲能電容器反復急促放電，而且放電回路電阻極低、寄生電感很小，在這種場合下只能將吸收電容并聯(lián)使用以保證長期使用的可靠性。

3諧振電容器

　　諧振式變換器，如諧振式開關穩(wěn)壓電源及晶閘管中頻電源諧振回路中的諧振電容器，工作時往往流過很大電流。如并聯(lián)諧振式晶閘管中頻電源，流過諧振電容器的諧振電流為流過晶閘管電流的10倍甚至更高，因此必須選擇專用電容器，方能滿足要求。又如電子鎮(zhèn)流器的諧振電容規(guī)格選擇不當時，會出現(xiàn)電容上電壓雖沒達到擊穿電壓但由于流過較大的諧振電流而損壞的現(xiàn)象。

4耐壓與壽命試驗

　　電容器的額定電壓和擊穿電壓之間留有一個安全系數(shù)，如耐壓為400V電解電容器，擊穿電壓不低于450V，而薄膜電容器的擊穿電壓為額定電壓的1.5倍至2倍，因此不能說電容器達到額定電壓就可能擊穿。

圖4環(huán)境溫度、交流電流對電容器壽命的影響

　　薄膜電容器的壽命試驗是在其最高工作溫度下，施加1.5倍額定電壓，保證500h甚至1000h內(nèi)不損壞。電解電容器的壽命試驗是在最高工作溫度及額定電壓條件下，在額定壽命期內(nèi)主要參數(shù)符合規(guī)定要求。

　　電解電容器的壽命與電容器長期工作的環(huán)境溫度有直接關系，溫度越高，電容器的壽命越短。普通的電解電容器在環(huán)境溫度為90℃時已經(jīng)損壞，如：B41303,B43303等型號的電解電容器。但是現(xiàn)在有很多種類的電解電容器的工作環(huán)境溫度已經(jīng)很高，如B43502在環(huán)境溫度為90℃，通過電解電容器的交流電流和額定脈沖電流的比為0.5時，壽命仍然為10000h，但是如果溫度上升到95℃時，電解電容器即已經(jīng)損壞。因此，在選擇電容器的時候，應該根據(jù)具體的環(huán)境溫度和其他的參數(shù)指標來選定，如果忽略了環(huán)境溫度對電容器壽命的影響，那么電源工作的可靠性、穩(wěn)定性將大大降低，甚至損壞設備和儀器。就一般情況而言，電解電容器工作在環(huán)境溫度為80℃時，一般能達到10000h壽命的要求。

　　另一方面，電解電容器的壽命還與電容器長時間工作的交流電流與額定脈沖電流（一般是指在85℃的環(huán)境溫度下測試值，但是有一些耐高溫的電解電容器是在125℃時測試的數(shù)據(jù)）的比值有關。一般說來，這個比值越大，電解電容器的壽命越短，當流過電解電容器的電流為額定電流的3.8倍時，電解電容器一般都已經(jīng)損壞。所以，電解電容器有它的安全工作區(qū)，對于一般應用，當交流電流與額定脈沖電流的比值在3.0倍以下時，對于壽命的要求已經(jīng)滿足。環(huán)境溫度和交流電流對電解電容器的影響如圖4所示。

5結語

綜上所述,在現(xiàn)代電源技術中，不同應用場合需要不同性能的電容器，不能混用、濫用、錯用，以盡可能消除不應出現(xiàn)的損壞，并保證產(chǎn)品性能。