現(xiàn)代電源技術(shù)中電容器的正確選用

2吸收與換相電容器

　　隨著柵控半導(dǎo)體器件的額定功率越做越大，開關(guān)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(guān)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(shí)間的基本關(guān)系可知

i=C·dv/dt(1)

　　如以1μF、103V/μs計(jì)，則由式（1）可知其峰值電流將達(dá)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(fù) 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(yīng) 用 不 當(dāng) 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(dá)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(yīng)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(diǎn)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(yīng)用中要求儲能電容器反復(fù)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(guān)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(shí)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(dāng)時(shí)，會出現(xiàn)電容上電壓雖沒達(dá)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(yàn)

　　電容器的額定電壓和擊穿電壓之間留有一個(gè)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(dá)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(yàn)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(yàn)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(guān)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(shí)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(shí)，壽命仍然為10000h，但是如果溫度上升到95℃時(shí)，電解電容器即已經(jīng)損壞。因此，在選擇電容器的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)具體的環(huán)境溫度和其他的參數(shù)指標(biāo)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(shè)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(shí)，一般能達(dá)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(shí)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(shí)測試的數(shù)據(jù)）的比值有關(guān)。一般說來，這個(gè)比值越大，電解電容器的壽命越短，當(dāng)流過電解電容器的電流為額定電流的3.8倍時(shí)，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(yīng)用，當(dāng)交流電流與額定脈沖電流的比值在3.0倍以下時(shí)，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(jié)語

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