楼氏电容｜深入了解电动汽车应用中的直流母线电容

楼氏电容

直流母线电容常用于电源转换器。我们知道，电源转换器的输入源和输出负载具有不同的瞬时功率、电压和频率，直流母线电容从中起到一个缓冲作用。

在电动汽车（EV）应用中，直流母线电容有助于抵消逆变器、电机控制器和电池系统中电感的影响。它们还充当过滤器，保护电动汽车子系统免受电压尖峰、浪涌和电磁干扰（EMI）的影响。

图1. 电力转换系统中直流母线电容的常见用途

(来源：Center of Reliable Power Electronics:https://vbn.aau.dk/ws/portalfiles/portal/152271344/reliability_of_capacitors_for_dc_link_applications_an_overview.pdf)

我们再来看下车载充电器（OBC），它负责为牵引电池充电，工作原理可简单划分为三个阶段，如图2所示：

 ?一阶段：AC/DC转换器通过整流和功率因素校正（PFC）将电网的交流电（AC）转换为直流电（DC）

 ?二阶段：中间直流电路进行能量缓冲

 ?三阶段：DC/DC转换器对直流电压作调整，以提供电池适用的直流电平

图2. OBC的交流/直流转换简化原理图

如图所示，直流母线电容Cbulk 被置于整流器和DC/DC转换器之间。该电容器的理想特性包括：

? 高直流耐压：300V至500V

? 极大的容值：200μF至1500μF

? 工作温度范围：-40°C至+150°C

? 低等效串联电阻（ESR）：< 1.5mΩ

? 高均方根（RMS）电流容量

? 高机械强度

为了获取高容值，我们需要用到多个电容器或一个电容器阵列。针对此类应用，楼氏电容（KPD）推荐我们的StackiCap?系列高压高容X7R电容器，规格范围1812-3640，250V-2kV，27nF-5.6μF。直流母线电容器还必须能够处理两倍的电路频率，因此，常见的电路设计包括多层陶瓷电容器（MLCC）以及与之并联的其他类型的电容器。

此外，电动汽车（EV）的电机驱动电路中的逆变器也会用到直流母线电容（如图3所示）。逆变器将电池的直流电转换为三相交流电，在加速时驱动牵引电机，然后在制动时再将交流电转换回直流电。它还能够检测电机的速度和位置，并驱动绝缘栅双极晶体管（IGBT）功率级。

图3. 电机驱动电路中逆变器的简化原理图

在这个子系统中，直流母线电容器或平滑电容器Cs被并联在电压转换器的直流（电池）和交流（负载）侧之间。电容器的规格与之前的OBC例子大致相同，因此我们推荐使用同样具有高均方根（RMS）电流容量的StackiCap?系列 X7R电容器。为了满足应用的高容值需求，小尺寸的MLCC可与薄膜电容及铝电解电容一起使用，以便更接近IGBT开关器件的集成，并改善高频衰减问题。

鉴于电动汽车应用中需要大量的转换器和逆变器，因此选择合适的高压、高容值的直流母线电容对整个系统的正常运行非常重要。欲了解更多信息，请点击下方阅读原文，获取我们的白皮书《为电动汽车选择适用的车载级多层陶瓷电容器的参考因素》。

（来源：Knowles楼氏电容公众号，作者：楼氏电容）