1.1DC-Link电容器及DC-Link电容模组

直流电作为逆变器的供电电源时，直流电源需要通过直流母线与逆变器链连，这种供电方式也被称为DC-Link。由于逆变器需要DC-Link获取有效值和幅值很高的脉动电流，在DC-Link上产生很高的脉动电压使得逆变器难以承受。为此，需要对DC-Link进行支撑，以确保DC-Link的供电质量。在大多数情况下，支撑DC-Link的元件是电容器。DC-Link电容器的作用主要是吸收来自于逆变器向DC-Link索取的高幅值脉动电流，阻止其在DC-Link的阻抗上产生高幅值脉动电压，使逆变器端的电源电压波动保持在允许范围。DC-Link电容器的第二个作用就是防止来自于DC-Link的电压过冲和瞬时过电压对逆变器的影响。

而DC-Link电容模组就是由多个一种或者多种电容混合构成或者使用不同种类的电容进行串并联混合使用，这样可以充分利用不同种类电容技术的优点。

1.2研究目的

近年来，“节能减排”、“开发绿色新能源”已成为我国长期发展的基本国策。在我国绿色能源产业发展的推动下，作为电能变换的关键环节----电力电子技术已迅速发展成为建设节约型社会、促进国民经济发展、践行创新驱动发展战略的重要支撑技术之一。如今高性能功率变换器系统的发展趋势和要求是体积小、重量轻、效率高、成本低以及可靠性高。其对电力电子变换器中体积大、可靠性低的DC-Link电容提出了高性能的需求。

长期以来，铝电解电容因其价格便宜导致其使用最为广泛，然而最近几年这 种趋势却发生了显著变化，避免使用铝电解电容的情况正在增加，主要原因在于铝电解电容的寿命较短，这一缺陷往往成为设备的薄弱环节。铝电解电容内部的 电解液会蒸发或产生化学变化，导致静电容量减少或等效串联电阻 (ESR)增大，随着时间的推移，很可能出现电解液泄漏、爆炸、开路、击穿或电参数恶化等现象。因此，铝电解电容的寿命短是导致其逐渐被替代的重要原因。影响铝电解电容寿命的原因很多，其中工作条件是主要因素，而温度是对电解电容工作寿命影响最大的因素，过高的热量会加速电解液蒸发，当电解液的存量减少到一定极限后，电解电容的寿命也就终止了。

除了寿命有限，铝电解电容被逐渐替代的原因，不仅在于其寿命有限，还在于当设备需要缩小体积、提高电路耐压能力和增大电流时，铝电解电容也会有一定的限制。在实际应用中，为了要获得更高的耐压等级，通常会将铝电解电容串联使用，而为了达到更高的耐电流能力，通常采用更大的容量来满足要求，这便会对空间体积造成不必要的浪费。因此现在更多的趋势是利用薄膜电容来替代铝电解电容，当然薄膜电容在很多方面的性能均优于电解电容，例如耐压能力、通流能力以及使用寿命等方面，但是薄膜电容也同样有着自己的缺点，例如薄膜电容的电容量不够大，对于要求高额定电压的场合，薄膜电容的解决方案会更有优势，但对于要求高容值的场合，电解电容会比薄膜电容更适合拿来应用。

所以可以看出俩种电容都各有其优缺点，那么对于不同场合下，关于DC-link电容的解决方案也就各有不同，因此通过对本选题的研究可以满足不同用户对DC-Link电容模组方案所提出的不同的性能需求：例如实验室需求功能最优；航空航海领域追求体积最小和可靠性最高；通讯行业在意体积、效率和可靠性；家庭用户更在意成本；工业应用期望各方面适中等等。

1.3国外研究情况

目前，国外已经有发表论文对将薄膜电容器和铝电解电容进行结合来构成更优的混合型组这方面的研究，在M. A. Brubaker, D. El Hage, T. A. Hosking, H. C. Kirbie, and E. D. Sawyer所发表的“Increasing the Life of Electrolytic Capacitor Banks Using Integrated High Performance Film Capacitors”论文中就提出了传统的DC-link电容器组是利用电解电容来实现，但是由于电解电容的低电流能力以及较大的ESR（等效串联电阻）导致其使用寿命较短，而在这篇论文中提出通过在铝电解电容组旁并联薄膜电容器来解决这个问题，因为薄膜电容器具有较高的电流额定值和更小的ESR并且薄膜电容的耐压能力更强，这样一来可以显著减少电解电容的功耗，从而延长使用寿命。

但是关于多目标的优化设计，例如综合考虑成本、体积、可靠性等其他方面是应该具体怎么实现最优的解决方案，对于这方面的研究，国外也相对较少。

1.4国内研究情况

在罗荣海作者发表的期刊“薄膜电容代替电解电容在DC-link电容中的运用分析”中，对铝电解电容和薄膜电容进行了对比分析，指出作为直流支撑滤波用电容，DC-link电容早期考虑到成本及尺寸因素大部分选择电解电容。然而电解电容受到耐压、电流承受能力（相对薄膜电容ESR高很多）等因素的影响，为了获得大容量和满足高压使用要求，则必须要用多个电解电容进行串、并联。而随着金属化镀膜技术及薄膜电容器技术的发展，薄膜电容器以其相比于电解电容更好的性能、更长久的寿命以及更佳的经济性，在要求工作电压高、承受高纹波电流、有过电压要求、有电压反向现象、处理高冲击电流以及长寿命要求的电路设计中，选择DC-link薄膜电容替代电解电容已经成为设计者今后选择设计的一种趋势。