让电源模块畅顺工作 — 用于直流中间电路的薄膜电容器

直流中间电路上的电容器用作电动机或发电机驱动单元运行的功率尖峰缓冲器，它们缓减了系统干扰(即线路传导EMC)的影响，并作为缓冲器用于滤波器组件，以保护开关晶体管免受电压峰值和高电压梯度(dU/dt t)的影响。

中间电路电容器的显着特性

较低的等效串联电感(ESL)和较小的等效串联电阻(ESR)有利于滤波功能，可防止陡峭的梯度脉冲。在数据表中，这个品质表示为损耗因子tan♎︎。电容器在ESR上的损失功率与tan♎︎ ♎成正比，并导致不利的自发热现象。

针对缓冲功能，由于寄生线路电感的缘故，最好使用较短的电缆将电容器连接在开关晶体管上。在最后阶段，晶体管中不可避免的损耗同样会导致温度升高，从而缩短相邻组件的使用寿命。薄膜电容器坚固耐用，使用寿命更长，因为相比具有液体电解质的电容器，薄膜电容器不会变干。

电解电容器主要用于具有换向线路电压的电源。随着有功功率因数校正或电池电源的出现，以及IGBT和MOSFET的开关速度变得更快，人们正在越来越多地使用薄膜电容器或陶瓷电容器，具体取决于电压状况。薄膜电容器相比电解电容器更具有优势。

高介电强度，无需额外的电压平衡即可串联连接各个电容器

耐高温的固态电介质

低ESR，因此具有高脉冲功率

低自感，在高频下有效运作，适用于高电流梯度 (di/dt)应用

分段金属化塑料薄膜设计具有自我修复功能，因此耐用并且安全(“薄膜电容器出现问题时会打开电路”)

薄膜电容器的使用寿命长，可计算伴有电容损耗的逐渐老化过程。具有自修复装置，不会发生短路引起的突发故障，可以避免发生进一步的损坏。

自我修复防止突发故障

自我修复是薄膜电容器在微观上少量内部短路烧毁而留下高阻抗点的能力。为了保持较小的内部短路面积，大多数功率薄膜电容器制造商都采用受控的自我修复技术，这项技术已经数十年验证使用。薄膜金属化是分段的，每个金属化段仅通过一条纤细的可熔线连接到相邻段(图1)。在电介质中局部破裂的情况下，与相邻段的这些连接线就会熔化，从而隔离开损坏的金属段。因此，损坏仍然是局部的，而电容器仅会损失其电容的一小部分。

聚丙烯(PP)或聚酯(PET)通常用作电介质，PP具有低损耗因子，适合应对脉冲应力。PET则具有较高的比电容和较低的体积要求。

较小输出电容器

对于较小的输出，单个标准电容器足以作为中间电路的电容器，它们在PCB上互连或通过铜轨达到所需的电容。鉴于电容器的机械尺寸和质量，必须注意焊点、螺钉和PCB的长期稳定性。制造商提供的帮助是制作电容器外壳具有两个以上的焊接引脚(图2)。使用标准组件进行PCB组装的优势在于易于安装，并且用户可以扩大整个系统。

与PCB结合使用的合适半导体模块产品有英飞凌的EasyPACK 1B和2B，以及CIPOS，或采用STMicroelectronics的ACEPACK外壳的模块产品。

高电流应用需要功率电容器模块

随着电动汽车的到来，英飞凌已将半导体模块引入HybridPack 1、2和驱动壳体中，用于车辆牵引逆变器的功率级。由于负载电流的原因，不再通过引脚而是通过电源导轨进行电流接触。为了适应英飞凌的外壳设计，包括AVX、TDK Epcos、Rubycon和WIMA公司等薄膜电容器制造商已经开发了合适​​的模制功率电容器模块。以下表格显示合适的模块产品示例。

电容器模块的内部设计

由于模块由通过绕轴并联切换的各个绕组组成，它们提供了良好的整体电容扩展性，使用来自稳定批量生产的元件。通过并联切换电容器模块中的各个元件(图3，图4)，它们同时实现了较低的ESL和ESR值。

除了标准模块外，还可以根据客户要求设计电容器和晶体管，例如特斯拉Model 3车型的后轴逆变器中的产品设计。因此，设计、电气数值和机械组装都可以优化。

工程技术支持

但是如今，若仅仅从数据表和制造过程中获取技术参数，其实无法确定design-in组件的质量。对于功率组件，制造商在选择阶段和开发过程中提供的技术支持非常重要，这些支持可以防止在较晚阶段的更改，从而缩短产品上市时间。

热仿真

为了鼓励开发项目，AVX提供功率薄膜电容器的热仿真作为特殊服务。例如，使用客户特定的电容器模块，在开发过程的早期阶段优化内部材料的使用并制定散热措施。用户还可以使用热仿真的结果(图5)评估使用寿命。

在项目合适以及客户提出要求的情况下，AVX可将温度传感器封装在电容器外壳内，使用测量结果来验证和优化热模型。

通过应用规范估算使用寿命

为了估算电容器模块在应用中的使用寿命，制造商需要了解系统使用寿命期间的预期运作数据，换言之，就是说明电容器在特定电流、电压、环境温度组合下的暴露时间的直方图。由此，制造商可以借助容量范围内的计算或测量温度数据来计算电容器模块使用寿命的消耗。所计算电容器的使用寿命模型构成了应用基础，AVX、TDK Epcos、Rubycon和WIMA等公司为产品提供这些数据模型。原理描述清晰，例如Rubycon的技术说明内容，请参见公司网站<link

等效电路图和3D CAD数据

插入仿真模型并使用等效电路图，可以模拟电容器模块运行时以及在具有高di / dt的特殊情况下(例如紧急逆变器断路)的电量动态行为。开发人员可以在没有硬件结构的情况下确定针对电压尖峰的保护措施。

在最直接的情况下，可将薄膜电容器建模为ESR、ESL的串联连接和计算寿命终止电容。

如果电容器制造商为其产品提供CAD数据，电容器可以包含在整个机械系统的CAD设计图中，这可节省宝贵的开发时间。

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