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1、输入滤波铝电解电容上并联薄膜电容的选取1. 概述在众多开关电源设计当中，无论是单相电还是三相电输入整流后端都有容量较大的电解电容 用于储能与滤波，当然我们熊谷公司生产的电焊机电源也如此，与一般小功率开关电源不同的是 我们使用的电解电容是耐压更高，电流更大。所以采用的是螺栓式铝电解电容。铝电解电容按引 出方式分：引线式、焊针式、焊片式、螺栓式。按结构分：有固定剂（延伸纸）、无固定剂（延 伸负极）。本文中重点讨论的不是该铝电解电容的内容，而是并联在铝电解电容两端薄膜的选型。2. 薄膜电容特性及应用场合并联在铝电解电容两端薄膜电容的作用是吸收网压的谐波高频成分和吸收直流母线上的电 压尖峰。可是这个薄
2、膜电容的容量和薄膜电容的材质该到底选择，没有一个理论支撑更多都是凭 借经验取值或者更是拿来主义，没有深入研究该电容的选取跟整个系统那些参数有关。首先介绍薄膜电容的薄膜介质，主要分为聚丙烯薄膜或者聚酯薄膜。聚丙烯膜的特点：高频损耗极低，电容量稳定性很高，负温度系数较小，绝缘电阻极高，介 质吸收系数极低，频率特性极好，自愈性极好，稳定性很好。聚酯膜的特点：工作温度范围宽，介电常数大，电容量稳定性很高，正温度系数高，自愈性 好，容积比大。聚酯膜电容典型应用：1）隔直和耦合；2）旁路；3）退耦；4）滤波；5）定时；6）低脉冲电路；7）振荡电路。聚丙烯膜电容典型应用：1）高频脉冲应用；2）大电流应用场合
3、；3）交流应用场合；4）高稳定的定时场合；5）开关电源系统6）工控行业；7）高 Q 滤波。3. 薄膜电容具体计算图 1. 输入滤波铝电解电容并联薄膜电容在图 1 中 C1、C2、C3、C4、C5、C6 中就是薄膜电容在具体电路的使用，这个薄膜电容主要 是吸收的作用。吸收电容的定义：吸收电容在电路中起的作用类似于低通滤波器，可以吸收掉尖 峰电压。通常用在有绝缘栅双极型晶体管（IGBT）,消除由于母排的杂散电感引起的尖峰电压，避 免绝缘栅双极型晶体管的损坏。因为是吸收功率管的尖峰电压，吸收电容需要跟着拓扑走。由于线路的寄生电感作用,当功率 管工作在大电流导通状态切换到关断时，寄生电感上残余能量需要
4、释放，此时会出现电压尖峰：dix -dt聚丙烯薄膜电容具有低感抗特性，能瞬间通过较大电流，以便吸收此残余能量，控制母线电 压在合理范围，从而保护了保护晶体管。具体的选型需要根据切断电流，允许母线上升的最高电压，寄生电感量来定义。这个公式可参考 : Elk2 lk=1 x C x (Vbus12 一 Vbus02)2Llk 为线路电感；I 为开关切换时的电流C 为吸收电容容值；Vbus1 为允许的母线最高电压（尖峰电压）；Vbus0 为开关导通时的母线电压（常规电压）4. 薄膜电容使用的案例分析下图 2 是大功率多管并联案例方案：同样的氐理图可以石成两科电路鉛构议此做慕木单兀布局困难叹此歷本单元
5、脉冲电流冋路录小化帀局形成械心结构薰外惊喜 彻底均沆4/dH1 -O-4,IT ITT -3x2x2,25E3JC2 刘，柩！图 2. 大功率多管并联示意图下图 3 是大功率多管并联布局示意图：ILQH%C1Q11Q21大功率多管并联案例TO247就选菲本氓元封装般何闿确世GND敢热黑ZHnirn敗热辉核*眉构布局图 3. 具体布局示意图大功率多管并联案例下图4是IGBT模块使用薄膜电容结构选型:M622.5 fiB 22.5安裝示意它制1 mi iiirniiiiiiiiiin win 11 二图4. IGBT模块采用薄膜电容结构选型示意图无论是上面案例中的IGBT单管还是IGBT模块运用中
6、都满足图5的工作原理，下图5中红色 电流回路 Ip 的示意图分析得，薄膜电容吸收开关管的电压尖峰。薄膜电容高频阻抗较小，可分担 电解电容的高频纹波电流。又因输入滤波电解电容其容量一般比较大，但等效串联电感也很大， 所以对低频干扰有很好的吸收和抑制作用，但对高频干扰却无能为力。而薄膜电容，其容量不能 做很大，但等效串联电感很小，所以利于吸收高频干扰。一般地，在整流滤波电路中，两者配合 使用。而且为了提高滤波效果，电解电容也是多个并联，也是出于减小等效电感的考虑。铝电解 电容的引出端子虽然为一段导线，但在高频情况下却要视为一个小电感。而且由于电解电容内部 的电极是卷曲绕制而成，更增加了其电感量。所
7、以在使用时必须考虑到这一点。对于大容量的铝电解电容来说，其自谐振频率较低，低于噪声信号的频率。当噪声信号加在该电容上时，实际上 其阻抗特性呈感性，此时该电容相对于一个电感，对高频噪声呈高阻抗，高频噪声无法或不容易 通过该电解电容旁路到地。所以需要一个容量很小的薄膜电容来滤除高频噪声。因为薄膜电容， 其等效电感（ESL）也很小，自谐振频率很高，高于噪声的频率，即使在噪声所在频段该小电容也 是呈现容性的，高频噪声可通过该小电容旁路到地，达到滤波效果。韻懂干扰激丽源鮎他EIWICT-扰的源泉 一个由流坏路 一个柯点结构 个滤波谿构 段地錢信号;严坏路融冲电流磁场于扰） 严热点關沖电庄电场于扰） 滤彼
8、歿留信号羞摸干扰） 接地噪音电半扶摸干扰）脉冲电谎回踣信号分析Z5X50mmiZ.：bXfinm50nH 5ntiHD/lb自DEI 0-HMJW輪出韭ILVdul.IncutSMlf OuttbuL2EU Li5QnH/5iiH.2. B/.TT -3/-3冴TD点聃位希5hx：W4iJivdG =FlQjM I)AGAhD1 -,Fhk7lk.JJJhMfiiakip图 5. 脉冲电流回路信号分析图5. 薄膜电容选型使用总结1、首先薄膜电容根据拓扑（而非电解）选定耐压。2、根据电路拓扑选定材质，比如桥前的要用 X 电容，吸收就不能用 X 电容。3、根据布局选定封装，以脚距和个头论英雄，脚距与 PCB 布局（环路最小化）有关，个头 与成本有关、还与能量有关，这取决于你的品位（对品质的定位），视觉上只要不超过电解就不 算过分奢华、也有完全看不见薄膜电容踪迹的地摊货。4、根据你的成本预算选择厂家品牌。5、最后才是容量，在上面的框框下，容量不会太大偏差，当然偏大一点更好。
