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1、第!“卷第#期 $%8 分别如图 ?2， ?/ 所示。为计算方便， 将图 ?2 中电解 电容实际等效电路等效为图 ?/ 中的计算等效电路。 图 ?电解电容器实际等效电路和计算等效电路 图中!?电解电容电极和正端引出端子等效电阻 !4阳极氧化膜的绝缘电阻 !损坏的阳极氧化膜的绝缘电阻 “? ， “ 4 阳极和阴极箔电容量 #电极及引出端子等所引起的等效电感量 $?具有单向导电性能的阳极氧化模 电解电容等效电阻 !7A由电容器的电极引脚 电阻、 电容器极化损耗、 电离损耗的等效电阻串联 构成；电解电容的等效寄生电感 %7A由电容器引脚 电感和电容两个电极板上的等到效电感串联而成； 电解电容的等效容
2、量由 JKF,L JM(1!31:+ NF,L H;2(!B(:OP HQ L1(!R;:O+ K7, H;2:O!);: （()*+, -),./01,234 567)*67, $%!?+ )9.0 82T28;9(0 示出江海铝电解电容 ?%A0 系列的相关等效参数。用等效阻抗表示的 #5 计算如下： #56%) （#$）%（） 图 江海 ?%A0 系列铝电解电容典型参数 当开关频率为 % 查得相应的等 效阻抗为 +,!， 对应的等效电容量为 %“/。 手册 中给出 %“/， 其误差为 B+8 !“%=!# = ? 设计值*A4!% 计算值B*“ #*!“#*AB 式中“电解电容工作
3、温度 “%电解电容的最高工作温度 !“%最高温度下电解电容中心允许温升 $温度为 “ 时的电解电容寿命 $%工作在最高温度下的电解电容寿命 %纹波电流对电解电容的寿命系数 !%最高温度下对应的额定纹波电流有效值 !温度为 “ 时的纹波电流有效值 根据经验， 式 （B） 中取 !“%C#“4!， 取值随电解 电容直径增加而增大； 当 &C4 时， 对应工作电流在 纹波电流允许范围之内； 当 &CB 时对应工作电流超 过电解电容限定纹波电流的范围之内。 根据式 （B） 推 算出的电解电容使用寿命适合环境温度超过 B%! 的最高工作温度范围，但由于电解电容的加工工艺 和老化等因素， 实际推算的最长使
4、用寿命一般不超 过 #& 年D4E。 !“!根据纹波电流限制的电解电容容量 电力电子装置滤波电容容量选择主要考虑以下 三方面因素D!+B+&E： “电容值能满足期望的纹波电压； #电容的额定电压； $电容的额定纹波电流。基于 对纹波电流与电解电容发热量和寿命关系的分析， 纹波电流对于电力电子装置滤波电容容量的选取起 到关键的约束作用。因此，提出一种根据纹波电流 最大允许值计算电力电子装置滤波电容容量的方 法：F! G 4%( )G)4!*+F （H#H） 44“!,F （H#H） （&） 式中!,F （H#H）滤波电容的设计纹波电压峰值+ !-F （H#H）电容上的最大纹波电流值 (滤波电容的
5、工作频率 )G工作频率增加时纹波电流系数 )4相对于最高工作温度的纹波电流系数 式 （&） 中， !,F （H#H）为输入直流母线电压的 %*&I； !F （H#H）通常随电解电容容量的增加和表面积的增加 而增大； 当滤波电容 ($G%JKL 时， 通常 )C#*B； 对于最 高工作温度为 #%&!的电解电容，当正常工作温度 为 %!时， )4C4*%。 #应用实例 根据最大纹波电流设计电力电子装置滤波电容 容量的方法已应用于车用电机驱动器的滤波电容设 计， 相关设计参数为： ,FMH#HNC%*!， !FMH#HNC$B*O， (C GOJKL， “%CG%&!。由此+根据式 （&） 计算得
6、到的滤波 电容容量计算值应不小于 %A&-。由表 G 知， (C GOJKL 时的等效容量为 (CG$%KL 时的标称容量的 G=A“G= 倍，即为（A“） %AC&OB“OBB“&-，取为 OO%&-。由于直流母线电压为 !G$， 滤波电容的额 定电压应不小于 G*&%!G$CBO， 取为 &%。因而， 选用 ! 只 $%&-=&% 电解电容并联， 其纹波电流 有效值为 *A， 直径为 O*B8P， 长为 GG*&8P， 计算得 到表面积 .C$“&*&8P$， 铝电解电容导热系数 /CG*&“ $*%G%Q!R=8P4， 每只电解电容等效电阻 07STC%*%!。 由式 （!） 可计算得到
7、滤波电容的温升 !“CG*!“G*A!。 根据 UVG!“ 电容等效电阻为 %*%!，电容容量为 OO%&-， 忽略电源内阻抗和接触阻抗， 可得到电容 时间常数为 G“&。在 “C%!+ “%C&!+ !“C4!+ #%C!%?+ %CB+ -%C*A 条件下+根据式 （B） 计算得到 #C&G4B?。表 4 示出滤 波电容参数计算值与设计值的比较。 表$滤波电容参数设计值与计算之比较 通过上述比较可知，用文中提出的计算方法选 取的滤波电容电流纹波、发热量以及电容寿命均在 允许范围之内， 由此验证了该方法的合理性。 %结论 文中详细分析了对滤波电容中纹波电流与开关 频率的关系，纹波电流与电容发
8、热量的关系以及纹 波电流对电容器寿命的影响+ 给出了相应的计算公 式。依照上述滤波电容容量的选取方法，设计了功 率回路中的滤波电容，已在车用电机驱动器中得到 应用。应用结果表明， 该滤波电容具有发热量小， 纹 波电压低， 可靠性高等优点。 所提出的滤波电容的一 般设计方法对通用变频器、 电机驱动器、 大功率开关 电源等电力电子装置和系统都有一定的实用价值。 参考文献 DGE杨旭， 开关电源技术DXE*北京Y机械工业出版社， 4%B* D4E江海 （中） *江海电解电容使用手册DZE+$%!* D!E韩安荣*通用变频器及其应用DXE*北京Y机械工业出版社， $%!* DBE王仁祥*通用变频器选型与维修技术DXE*北京Y中国电力 出版社， $%B* D&E （美） X2093 0(6:*开关电源设计指南DXE*北京Y机械工业 出版社， $%B* A$
