在新能源和新能源汽车的应用中，电容器是决定能量控制、电源管理、功率逆变器和DC-交流变换系统中变换器寿命的关键元件。在上述系统中广泛使用转换器技术。但在逆变器中，作为输入电源的直流电需要通过直流母线与逆变器相连，这种直流母线称为DC-林克或DC支持。由于逆变器从DC环节获得有效值和峰值较高的脉冲电流，会在DC环节产生较高的脉冲电压，使逆变器无法承受。
因此，有必要选择DC链电容器进行连接。一方面，它可以吸收来自DC环节端子的逆变器的高脉冲电流，防止在DC环节的阻抗上产生高脉冲电压，并将逆变器端子的电压波动保持在可接受的范围内。另一方面，它还可以防止逆变器受到DC连接端子处的电压过冲和瞬时过电压的影响。
1概念理解
1.1薄膜电容器
以金属箔为电极，从两端用聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜叠压，然后卷绕成圆柱形电容器，即薄膜电容器。根据塑料薄膜的种类，分别称为聚乙烯电容器(也叫聚脂薄膜电容器)、聚丙烯电容器(也叫PP电容器)、聚苯乙烯电容器(也叫PS电容器)、聚碳酸酯电容器。主要是非极性的，绝缘阻抗高，频率特性优秀(频响宽)，介质损耗小。基于上述优点，薄膜电容被广泛应用于模拟电路中。特别是在信号连接的部分，必须使用频率特性好，介质损耗极低的电容，保证信号在传输过程中不会有太大的失真。在所有的塑料薄膜电容器中，聚丙烯(PP)电容器和聚苯乙烯(PS)电容器是最引人注目的，这两种电容器的价格都比较高。但是为了提高音响设备的音质，使用的零部件和材料已经越来越先进，价格已经不是最重要的考虑因素。因此，音频设备中使用PP电容和PS电容的频率和数量也在不断增加。
照片：薄膜电容器
1.2电解电容器
电解电容器通常以金属箔(铝/钽)作为正极，金属箔的绝缘氧化层(氧化铝/五氧化二钽)作为电介质。电解电容器按其正极分为铝电解电容器和钽电容器。铝电解电容器的负极由浸泡在电解质溶液(液体电解质)中的薄纸/薄膜或电解质聚合物组成；二氧化锰通常用作钽电解电容器的负极。因为用电解液做负极(注意是和电介质区分的)，所以命名电解电容器。它的单位体积电容很大，其额定容量可以轻易达到几万f甚至几F(但它可以与双电层电容相比)且其低廉的价格具有很大的优势。因为电解电容的成分都是常见的工业材料，比如铝等。制造电解电容器的设备也是常见的工业设备，可以大规模生产，成本相对较低。
照片：电解电容器
DC环节电容器在新能源(包括风力发电和光伏发电)和新能源汽车电机驱动系统中应用示意图1、2。
图1是风电变流器的电路拓扑图，其中C1为DC-Link(一般集成在模块中)，C2为IGBT吸收，C3为LC滤波(电网侧)，C4为转子侧DV/DT滤波。图2为光伏电源变换器的电路拓扑图，其中C1为DC滤波，C2为EMI滤波，C4为DC-Link，C6为LC滤波(网侧)，C3为DC滤波，C5为IPM/IGBT吸收。图3是新能源汽车系统中的主电机驱动系统，其中C3是DCLink，C4和C4是IGBT吸收式电容。
在上述新能源领域的应用中，直流环节电容器作为关键器件，无论是在风力发电系统、p
首先介绍了薄膜金属化的原理和薄膜金属化技术的原理：在薄膜介质表面蒸镀一层足够薄的金属层，当介质有缺陷时，涂层可以蒸发从而隔离缺陷点进行保护。这种现象叫做自愈。图4是金属化涂层的示意图。在蒸发之前，对膜介质进行预处理(电晕或其他方法),以便金属分子可以附着在其上。金属在真空状态下高温熔化蒸发(铝的蒸发温度为1400-1600摄氏度，锌的蒸发温度为400-600摄氏度)。当金属蒸汽遇到冷却的薄膜时，在薄膜表面凝结(薄膜的冷却温度为-25-35摄氏度)，从而形成金属涂层。随着金属化技术的发展，单位厚度薄膜电介质的介电强度得到了提高。干法工艺中用于脉冲或放电的电容器设计可达500V/微米，DC滤波的电容器设计可达250V/微米，DC-林克电容器属于后者，可承受剧烈的电压冲击，根据IEC61071电力电子要求，可达额定电压的两倍。因此，用户只需考虑其设计所需的额定工作电压。金属化膜电容器具有低ESR，这使得它能够承受大的纹波电流。较低的ESL满足逆变器的低电感设计要求，并降低开关频率下的振荡效应。
薄膜的质量、金属化涂层的质量、电容器的设计和制造工艺决定了金属化电容器的自愈特性。法拉帝生产的DC连接电容器的薄膜介质主要是OPP薄膜。
2.2电解电容器
电解电容器中使用的介质是铝腐蚀形成的氧化铝，介电常数为8~8.5，工作介质强度约为0.07 V/A (1微米=10,000 A)。根据计算，900Vdc的电解电容器所需的厚度为12000A。然而，不可能达到这样的厚度，因为用于获得良好储能特性的铝箔将被腐蚀形成氧化铝膜，并且在其表面上将形成许多不平坦的曲面。另一方面，低压电解液的电阻率为150cm，高压(500V)电解液的电阻率为5kcm。
电解液的高电阻率限制了电解电容的有效电流，一般为20ma/ f .
基于以上原因，电解电容的最大设计电压一般为450V(部分厂家设计为600V)。
因此，为了获得更高的电压，必须串联电容器。但是由于每个电解电容的绝缘电阻不同，为了平衡每个串联电容的电压，每个电容都必须连接一个电阻。另外，电解电容是极性器件，当反向电压超过1.5倍Un时，就会发生电化学反应。当施加反向电压的时间足够长时，电容器会爆炸或者电解液会溢出。为了避免这种现象，使用时应该在每个电容旁边接一个二极管。另外，电解电容的耐电压冲击能力一般是Un的1.15倍，好的可以达到Un的1.2倍。因此，设计人员在使用时不仅要考虑稳态工作电压，还要考虑冲击电压。
综上所述，我们可以得到以下薄膜电容器和电解电容器的对比表，如表1所示。
3.应用分析
作为滤波器，DC环节电容器需要大电流和大容量的设计。图3中提到的新能源汽车主电机驱动系统就是一个例子。在这种应用中，电容起去耦作用，电路具有大工作电流的特点。薄膜DC连接电容器具有很大的优势，可以承受很大的工作电流。以50~60kW新能源汽车参数为例，参数如下：工作电压330Vdc，纹波电压10Vrms，纹波电流150Arms@10KHz。
则最小电容计算如下：
这对于薄膜电容器设计来说很容易实现。假设采用电解电容，如果考虑20mA/F，那么为了满足上述参数，电解电容的最小电容计算如下：
这需要多个并联的电解电容器来获得电容值。
施加过压时，如轻轨、电动公交车、地铁等。认为这些电源是通过受电弓连接到机车受电弓上的，运输过程中受电弓与受电弓的接触是间歇性的。当它们不接触时，由DC链接电容器供电，当它们接触时，将产生过电压。在最坏的情况下，当DC链接电容器断开时，它被完全放电。此时，放电电压等于受电弓电压。当触点恢复时，产生的过电压几乎是额定运行时的两倍。对于薄膜电容器，DC-林克电容器可以不加考虑地处理。如果使用电解电容，过电压为1.2Un，以上海地铁为例，Un=1500Vdc，电解电容要考虑的电压为：那么要串联6个450V电容。如果薄膜电容设计在600Vdc到2000Vdc，甚至3000Vdc也可以轻松实现。另外，当电容器完全放电时，能量会在两个电极之间形成短路放电，较大的冲击电流会流过DC-林克电容器，所以电解电容器很难满足要求。
此外，与电解电容DC-林克薄膜电容相比，通过设计可以实现极低的ESR(通常低于10 m，低于1 m)和自感LS(通常低于100nH，有的可以低于10或20nH)。这样，DC-林克薄膜电容器可以直接安装在IGBT模块中，并且总线可以集成到DC-林克薄膜电容器中。因此，使用薄膜电容时不再需要专门的IGBT吸收电容，为设计者节省了大量费用。表2和表3显示了Faratronic C3A和C3B产品的技术参数。
4.结论
作为支持DC滤波的电容器，考虑到成本和尺寸因素，早期大多选择DC链电容器作为电解电容器。但电解电容受耐压、载流能力(远高于薄膜电容ESR)等因素影响。为了获得大容量和满足高电压使用的要求，必须将多个电解电容器串联和并联。另外，考虑到电解质材料的挥发，需要定期更换。新能源的应用一般要求产品寿命要达到15年，所以在此期间必须更换两三次，所以整机售后服务有不小的费用和不便。随着金属化镀膜技术和薄膜电容器技术的发展，利用安全薄膜蒸发技术，可以用超薄OPP膜(最薄2.7m甚至2.4m)生产450v-1200v甚至更高电压的大容量DC滤波电容器。另一方面，DC环节电容和母线的集成使得逆变模块设计更加紧凑，大大降低了电路的杂散电感，优化了电路。
同时，薄膜电容器的制造成本在降低，比电解电容器更经济。在要求高工作电压、高纹波电流(Irms)、过压、电压反转、高冲击电流(dV/dt)和长寿命的电路设计中，设计人员选择DC-林克薄膜电容代替电解电容将是一种趋势。
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