直流中間電路上的電容器用作電動機(jī)或發(fā)電機(jī)驅(qū)動單元運行的功率尖峰緩沖器，它們緩減了系統(tǒng)干擾(即線路傳導(dǎo)EMC)的影響，并作為緩沖器用于濾波器組件，以保護(hù)開關(guān)晶體管免受電壓峰值和高電壓梯度(dU/dt t)的影響。

中間電路電容器的顯著特性

較低的等效串聯(lián)電感(ESL)和較小的等效串聯(lián)電阻(ESR)有利于濾波功能，可防止陡峭的梯度脈沖。在數(shù)據(jù)表中，這個品質(zhì)表示為損耗因子tan??。電容器在ESR上的損失功率與tan?? ?成正比，并導(dǎo)致不利的自發(fā)熱現(xiàn)象。

針對緩沖功能，由于寄生線路電感的緣故，最好使用較短的電纜將電容器連接在開關(guān)晶體管上。在最后階段，晶體管中不可避免的損耗同樣會導(dǎo)致溫度升高，從而縮短相鄰組件的使用壽命。薄膜電容器堅固耐用，使用壽命更長，因為相比具有液體電解質(zhì)的電容器，薄膜電容器不會變干。

電解電容器主要用于具有換向線路電壓的電源。隨著有功功率因數(shù)校正或電池電源的出現(xiàn)，以及IGBT和MOSFET的開關(guān)速度變得更快，人們正在越來越多地使用薄膜電容器或陶瓷電容器，具體取決于電壓狀況。薄膜電容器相比電解電容器更具有優(yōu)勢。

高介電強(qiáng)度，無需額外的電壓平衡即可串聯(lián)連接各個電容器

耐高溫的固態(tài)電介質(zhì)

低ESR，因此具有高脈沖功率

低自感，在高頻下有效運作，適用于高電流梯度 (di/dt)應(yīng)用

分段金屬化塑料薄膜設(shè)計具有自我修復(fù)功能，因此耐用并且安全(“薄膜電容器出現(xiàn)問題時會打開電路”)

薄膜電容器的使用壽命長，可計算伴有電容損耗的逐漸老化過程。具有自修復(fù)裝置，不會發(fā)生短路引起的突發(fā)故障，可以避免發(fā)生進(jìn)一步的損壞。

自我修復(fù)防止突發(fā)故障

自我修復(fù)是薄膜電容器在微觀上少量內(nèi)部短路燒毀而留下高阻抗點的能力。為了保持較小的內(nèi)部短路面積，大多數(shù)功率薄膜電容器制造商都采用受控的自我修復(fù)技術(shù)，這項技術(shù)已經(jīng)數(shù)十年驗證使用。薄膜金屬化是分段的，每個金屬化段僅通過一條纖細(xì)的可熔線連接到相鄰段(圖1)。在電介質(zhì)中局部破裂的情況下，與相鄰段的這些連接線就會熔化，從而隔離開損壞的金屬段。因此，損壞仍然是局部的，而電容器僅會損失其電容的一小部分。

聚丙烯(PP)或聚酯(PET)通常用作電介質(zhì)，PP具有低損耗因子，適合應(yīng)對脈沖應(yīng)力。PET則具有較高的比電容和較低的體積要求。

較小輸出電容器

對于較小的輸出，單個標(biāo)準(zhǔn)電容器足以作為中間電路的電容器，它們在PCB上互連或通過銅軌達(dá)到所需的電容。鑒于電容器的機(jī)械尺寸和質(zhì)量，必須注意焊點、螺釘和PCB的長期穩(wěn)定性。制造商提供的幫助是制作電容器外殼具有兩個以上的焊接引腳(圖2)。使用標(biāo)準(zhǔn)組件進(jìn)行PCB組裝的優(yōu)勢在于易于安裝，并且用戶可以擴(kuò)大整個系統(tǒng)。

與PCB結(jié)合使用的合適半導(dǎo)體模塊產(chǎn)品有英飛凌的EasyPACK 1B和2B，以及CIPOS，或采用STMicroelectronics的ACEPACK外殼的模塊產(chǎn)品。

高電流應(yīng)用需要功率電容器模塊

隨著電動汽車的到來，英飛凌已將半導(dǎo)體模塊引入HybridPack 1、2和驅(qū)動殼體中，用于車輛牽引逆變器的功率級。由于負(fù)載電流的原因，不再通過引腳而是通過電源導(dǎo)軌進(jìn)行電流接觸。為了適應(yīng)英飛凌的外殼設(shè)計，包括AVX、TDK Epcos、Rubycon和WIMA公司等薄膜電容器制造商已經(jīng)開發(fā)了合適??的模制功率電容器模塊。以下表格顯示合適的模塊產(chǎn)品示例。

電容器模塊的內(nèi)部設(shè)計

由于模塊由通過繞軸并聯(lián)切換的各個繞組組成，它們提供了良好的整體電容擴(kuò)展性，使用來自穩(wěn)定批量生產(chǎn)的元件。通過并聯(lián)切換電容器模塊中的各個元件(圖3，圖4)，它們同時實現(xiàn)了較低的ESL和ESR值。

除了標(biāo)準(zhǔn)模塊外，還可以根據(jù)客戶要求設(shè)計電容器和晶體管，例如特斯拉Model 3車型的后軸逆變器中的產(chǎn)品設(shè)計。因此，設(shè)計、電氣數(shù)值和機(jī)械組裝都可以優(yōu)化。

工程技術(shù)支持

但是如今，若僅僅從數(shù)據(jù)表和制造過程中獲取技術(shù)參數(shù)，其實無法確定design-in組件的質(zhì)量。對于功率組件，制造商在選擇階段和開發(fā)過程中提供的技術(shù)支持非常重要，這些支持可以防止在較晚階段的更改，從而縮短產(chǎn)品上市時間。

熱仿真

為了鼓勵開發(fā)項目，AVX提供功率薄膜電容器的熱仿真作為特殊服務(wù)。例如，使用客戶特定的電容器模塊，在開發(fā)過程的早期階段優(yōu)化內(nèi)部材料的使用并制定散熱措施。用戶還可以使用熱仿真的結(jié)果(圖5)評估使用壽命。

在項目合適以及客戶提出要求的情況下，AVX可將溫度傳感器封裝在電容器外殼內(nèi)，使用測量結(jié)果來驗證和優(yōu)化熱模型。

通過應(yīng)用規(guī)范估算使用壽命

為了估算電容器模塊在應(yīng)用中的使用壽命，制造商需要了解系統(tǒng)使用壽命期間的預(yù)期運作數(shù)據(jù)，換言之，就是說明電容器在特定電流、電壓、環(huán)境溫度組合下的暴露時間的直方圖。由此，制造商可以借助容量范圍內(nèi)的計算或測量溫度數(shù)據(jù)來計算電容器模塊使用壽命的消耗。所計算電容器的使用壽命模型構(gòu)成了應(yīng)用基礎(chǔ)，AVX、TDK Epcos、Rubycon和WIMA等公司為產(chǎn)品提供這些數(shù)據(jù)模型。原理描述清晰，例如Rubycon的技術(shù)說明內(nèi)容，請參見公司網(wǎng)站<link

等效電路圖和3D CAD數(shù)據(jù)

插入仿真模型并使用等效電路圖，可以模擬電容器模塊運行時以及在具有高di / dt的特殊情況下(例如緊急逆變器斷路)的電量動態(tài)行為。開發(fā)人員可以在沒有硬件結(jié)構(gòu)的情況下確定針對電壓尖峰的保護(hù)措施。

在最直接的情況下，可將薄膜電容器建模為ESR、ESL的串聯(lián)連接和計算壽命終止電容。

如果電容器制造商為其產(chǎn)品提供CAD數(shù)據(jù)，電容器可以包含在整個機(jī)械系統(tǒng)的CAD設(shè)計圖中，這可節(jié)省寶貴的開發(fā)時間。

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