逆变电源系统中直流支撑电容器的应用及分析

而薄膜DC-Link电容器内部杂散电感ESL主要来源有以下几个方面：

(1) 金属化薄膜卷绕而成的芯子本身引起;

(2) 芯子单元串、并联引线或铜排引起;

(3) 金属外壳电感，此种情况为产品某一电极与金属外壳相连而产生，其他情况无此项因素。

对于以上三点原因的解决措施，我们将在下面的案例分析中做探讨。

3、案例分析

下面以我司为某公司提供的DC-Link产品为例做具体分析：

产品型号为MKP-LG6000μF/1200V.DC标称有效电流300A，外壳采用的是无磁不休钢外壳。首先给出一组我们的温升试验数据，见表1

备注：表1中个数据采集点均在图4中标明；试验电流为310A;试验频率为13.75kHz。

从数据中我们分析，5号与7号以及6号与8号点，其温差较大，达到8~10℃，并且在产品上表面(此为环氧面)，其各点温度也分布不均匀，温差较大，影响产品可靠性。

图 4

上述试验所用的产品为我司早期设计的结构，未曾考虑杂散电感的影响以及产品内部电流分布的优化，并且由于电容器本身在使用过程中，电流具有集中效应，即电流会集中于电容器的上部。在上述方案中，产品内部芯子排列结构可简单地表示如图5。

图5

由上图可以看出，长方形为接线铜板，由于铜板存在一定的电感，所以对于高频电流，阻抗较大。根据公式I=U/Z=U/(XL+XR+XC)

XL=2πfL---------------------(4)

Xc=1/(2πfc)-------------------(5)

(设2πf=ω)可知，当频率固定时，电感越大，感抗就越大。当频率较低时，例如在工频50Hz时，电路中的杂散电感所产生的感抗Esl较低，远小于 Esc，因此Esl可忽略不计，而其中的Esr和Esc占主要影响地位。但当电流频率高达600kHz时，则容抗较低,约0.005Ω/mm，感抗非常大，约0.3Ω/mm，远大于Esc，在等效电路中占主要影响地位。若平均每1mm铜板的杂散电感约为1nH，而每个端子之间的距离为60mm，那么电路中总的杂散电感为60nH，而电容杂散为40nH，那么第一个电容的感抗为XL=40ω，第二个电容的感抗为XL=2Xl+Xc=160ω，第三个电容的感抗为：XL=4Xl+Xc=260ω。因为I=U/XL=200A，所以电流经过这三个的比值为I1:I2=4:1,I1:I3=6.5:1，由此得出 1.4I1=200A而其中流经C1的电流最大，约为143A，流经C2电流约为36A，而流经C3电流约为21A。因此C1电流发热严重，而C2发热正常，C3发热较少，这样容易令C1烧坏，所以不能采取此种连接方式。同时，在频率比较低的情况下，比如工频50Hz，外壳材料对产品影响不大。但在频率达到10kHz或以上时，产品在使用过程中，外壳材料如果带有磁性，那么其本身也会因为感应加热而发热，从而对产品整体发热产生不利影响。我们从四方面着手进行方案改善。

首先，我们根据单根矩形截面导线电感计算：

式中A为