直流母线支撑滤波器的含义

在电力电子学中，直流母线是指连接电力转换系统的输入、输出端的部分（见下图 1）。直流母线的主要功能是在输入功率高于输出功率时储存能量，并在输出功率需求超过输入功率时释放能量。直流母线应包含一个电容器作为辅助滤波器，起到缓冲作用，将电压纹波降至最低，并平滑和稳定电力系统中整流器、逆变器和其他转换器等不同组件之间的电力流动。

图 1. 直流母线在电力转换系统中的位置示意图。

用于直流母线的电容器

要使电力电子系统高效运行，必须在直流母线上使用大型电容器。这些电容器通常是铝电解电容器和薄膜电容器，因为它们具有高电容值，适用于储能。这类电容器的主要功能如下：

• 平滑纹波: 在电源转换过程中，直流电压输出会出现波动和纹波。直流母线上的大容量电容器有助于消除这些电压波纹，确保向负载提供更为恒久稳定的电压。

• 储能: 直流母线上的大型电容器可充当储能器，在负载需求较低时储存剩余能量，并在负载需要额外电力时释放能量。这种能量缓冲能力可提高电力电子系统的整体效率和性能。

• 浪涌抑制: 在电路开、关或外部干扰期间，电力电子系统可能会遇到电压浪涌或瞬态电压。直流母线上的大型电容器可吸收、抑制这些电压浪涌，保护敏感元件免受损坏。

然而，仅仅依靠这些大型电容器可能不足以满足电力电子系统的所有要求。

为了提高直流母线支撑电容型滤波器的性能和可靠性，必须在设计中加入陶瓷电容器。陶瓷电容器具有独特的特性，可以很好地弥补铝电解电容和薄膜电容的不足之处，如：

• 快速响应时间: 与电解电容和薄膜电容相比，陶瓷电容的响应时间要快得多。这意味着陶瓷电容器可以有效处理其他电容器可能难以充分处理的高频噪声和瞬态电压。

• 低等效串联电阻 (ESR) 和等效串联电感 (ESL): 陶瓷电容器的 ESR 和 ESL 远低于电解电容器。这能降低功率损耗，提高滤波能力。

• 体积小巧: 陶瓷电容器体积小巧，但电容值却很高。将这些电容器集成到支撑电容型滤波器的直流母线中可有效利用空间，并有助于减少电力电子系统的整体尺寸和重量。

图 2. 在电动汽车车载充电器中使用陶瓷电容器以稳定直流母线的示例。