PPC907BE101 3BHE024577R0101 在DC/DC转换器应用中使用YMIN电容

　　电容器是各种功率转换应用中必不可少的分立元件，例如用于DC/DC转换器输出功率调节的可再生能源和用于无功功率补偿的电机驱动。设计的电气性能、安装预算和空间限制决定了所用电容的类型。本文介绍YMIN电容在这些应用中的常用方式，以及如何确定电解电容技术还是薄膜电容技术最适合您。

　　下一代电网

　　可再生能源，主要是太阳能和风能，正在迅速成为现代能源网的一部分。这种现象导致了更加分散的发电方式。

　　在图1中，您可以看到这种方法如何补充现有的电力基础设施，包括:

　　常规中央发电厂

　　传输变电站

　　配电站

　　变形金刚(电影名)

　　高低压输电线路。

　　图一。现代住宅各子系统之间的电力信号交互。

　　从基于化石燃料的发电转变越来越依赖于在能量存储系统(ESSs)中使用电池，在能量存储系统中，太阳能和风能都利用电池在低功率输出期间存储电力。电动汽车(EV)是促成分布式能源基础设施和高压储能电池普及的另一个因素。电池电动汽车(bev)和混合电动汽车(HEV)已成为替代形式的移动基础，逐渐取代了内燃机汽车。高能量密度的BEV现在是车辆到电网(V2G)电源的一种选择，双向家用充电器能够为汽车电池和住宅提供能量。

　　电源和控制电路协调可再生能源系统、电动汽车充电站、电动汽车、ESS、住宅和电网。底层转换器、整流器和逆变器必须在整个网络内的每个系统之间顺畅地传输功率，确保有效运行，不会出现不必要的谐波、纹波或浪涌，并防止性能下降、损坏或故障。在转换器(DC/DC)和整流器(交流/DC)的输出端，通常需要具有适当电容密度的DC链电容器来抑制输出滤波器中的低频阻抗谐振，并平滑电流和电压纹波。这是在通过逆变器(DC/交流电)转换成交流电为住宅供电或将电力送回电网之前完成的。

　　电容器应用

　　V2G

　　图2显示了V2G和G2V的功率流。输入的交流电源被发送到DC链路，在那里整流器向车辆的双向DC/DC转换器提供高电压和高效率的DC，用于电池充电。这种双向交流/DC转换通常要求输出端有一个大电容，以便在不平衡条件下将谐波降至最低，并防止在DC链路的阻抗上产生高脉冲电压。

　　图二。V2G用例框图。

　　太阳的

　　无论是住宅光伏安装还是大型太阳能发电场，太阳能发电的基础功率转换系统(图3)都利用数字控制DC/DC转换器，确保通过嵌入式最大功率点跟踪(MPPT)算法从电池板提取最大功率。此时，信号被发送到逆变器，并通过DC链接电容器从DC转换为干净的交流信号，以过滤噪声，消除转换器的纹波电流，并稳定DC总线电压。相对较高的电容和较高的DC额定电压可以缓冲下游逆变器的纹波，并防止DC链路电压可变性传递到PV电压中，这将使得MPPT算法不稳定。

　　图3。光伏装置的框图，以及电容器在电力链的许多点上是如何使用的。

　　风

　　图4中的框图说明了小型风力装置如何通过DC涡轮机内的永磁同步发电机(PMSG)转换变频交流产品。与太阳能装置类似，风速分布的变化会在交流/DC转换器的输出端引起电压波动。这需要一个DC链接电容器大到足以在将信号传输到主电源的DC/交流逆变器之前处理纹波电流应力。

　　图4。风力装置框图。

　　电机驱动

　　电机、灯具、变压器和发电机等感性负载具有滞后的功率因数，需要无功功率来建立磁场并达到稳态。与有功功率相反，无功(或感应)功率在电源(如电容器)和消耗功率的装置(如电动机)之间振荡。电容器在感性负载中提供无功功率补偿，以稳定电压并提高电机性能。电容器可以通过电场存储这种无功能量，而电机可以以磁场的形式存储无功能量。

　　图5。并联电容器电动机的无功补偿。多台电机并联也可以进行组补偿。

　　DC链路和无功功率电容器的特点

　　最终，DC链路和无功功率应用中所用电容的选择取决于应用所需的电容密度、额定电压和最大纹波电流。这些是应用中需要考虑的主要电容参数，其次是寿命、ESR、成本和尺寸。选择电容时，所有参数都很重要，但首先必须确定必要的电容和工作电压。高ESR最终会导致更多的系统损耗，表现为热量和纹波电流，因为电容无法吸收或提供所需的电流。电解电容因其高工作电压、电容密度和成本效益而成为许多此类应用的常见选择。然而，它们可能伴随着生命周期的考虑，并且通常是系统可能过早失败的原因。这些电容器在高温下会泄漏电解质，导致电容下降，ESR增加。在85°C或105°C的温度下，电解电容的工作寿命通常为1，000至10，000小时。YMIN电容可在此范围的最大值下工作，在105°C下可持续工作6，000小时至10，000小时。这些能力使其成为在恶劣环境下稳定工作的高可靠性电解电容，是长期不间断储能应用的重要因素。

　　广泛接受的这些电容器的寿命终止标准是电容下降20%或ESR加倍。然而，对于薄膜电容器，电容会下降2%至5%。薄膜电容器具有更长的寿命和更稳定的电容，但其电容密度通常较低。与市场上的其他薄膜电容器相比，YMIN的DC-林克薄膜电容器(MDP)具有更高的电压瞬变(dv/dt)容限和更长的寿命。这些都是利用SiC和GaN等宽带隙技术的快速开关电源电路的重要因素。

　　结论

　　可再生能源应用中的电源电路，包括V2G和太阳能/风能装置，依靠电容器来滤除谐波，平滑电压纹波，并稳定DC总线电压。这可以是输入或输出滤波电容器或DC链接电容器的形式。此外，电容器对于电机驱动中的无功功率补偿是必要的。

　　DC链电容器和用于无功功率补偿的电容器通常需要高电容密度和高工作电压，以有效抑制可再生能源产生的固有可变电压的纹波。YMIN为这些应用提供电解电容器和薄膜电容器。这些电容器制造的高可靠性，确保在高温下最大的性能，而不降低电容。