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电力电子变换器滤波电容优化电力电子变换器滤波电容优化电力电子变换器通常使用滤波电容来平滑输出电压或电流，并减小谐波含量。
优化滤波电容的选择可以提高整个变换器的性能和效率。
本文将逐步介绍如何优化电力电子变换器的滤波电容。
第一步：确定滤波电容的容值范围滤波电容的主要目标是平滑输出电压或电流，并降低毛刺和谐波。
容值的选择应基于所需的输出纹波和负载要求。
一般来说，较大的容值可以提供更好的滤波效果，但会增加成本和体积。
根据经验，可以通过容值的初步估计来确定容值范围。
第二步：考虑电容的额定电压和电流滤波电容应具有足够的额定电压和电流，以满足变换器的工作条件和负载要求。
额定电压应大于变换器输入电压和输出电压的峰值，以避免电容损坏。
额定电流应大于变换器输出电流的峰值，以确保电容能够承受负载的变化。
第三步：考虑电容的频率响应电容的频率响应可以影响滤波效果。
在选择滤波电容时，应考虑其频率响应特性。
一般来说，电容的等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）越小，频率响应越好。
可选择低ESR和ESL的电容，以提高变换器的性能和效率。
第四步：考虑电容的寿命和温度特性滤波电容的寿命和温度特性是选择合适电容的重要考虑因素。
一般来说，电容的寿命应大于变换器的预期使用寿命，以确保长期稳定运行。
此外，电容的温度特性也应适应变换器的工作温度范围，以避免电容由于高温而损坏或失效。
第五步：综合考虑并选择最佳电容在考虑以上因素的基础上，综合评估各个候选电容的优缺点，选择最佳电容。
可以利用电容的数据手册或厂家提供的信息，比较不同电容的性能和参数。
在进行选择时，应权衡成本、性能、可靠性和适应性等因素，并确保所选电容满足变换器的要求。
综上所述，优化电力电子变换器的滤波电容需要考虑容值范围、额定电压和电流、频率响应、寿命和温度特性等因素。
通过逐步分析和综合考虑这些因素，可以选择最佳电容，提高变换器的性能和效率。
电源滤波电容的选择与计算电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。
电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来平滑输出电压，输出电压高，接近交流电压峰值；适用于小电流，电流越小滤波效果越好。
电感滤波属电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有效值；适用于大电流，电流越大滤波效果越好。
电容和电感的很多特性是恰恰相反的。
一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。
因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）。
低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。
当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。
因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。
而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。
电源滤波电容的大小，平时做设计，前级用4.7u,用于滤低频，二级用0.1u，用于滤高频，4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰，0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。
一般前面那个越大越好，两个电容值相差大概100倍左右。
电源滤波，开关电源，要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大，而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。
大电容是防止浪涌，机理就好比大水库防洪能力更强一样；小电容滤高频干扰，任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路，也就有了自谐振，只有在这个自谐振频率上，等效电阻最小，所以滤波最好！电容的等效模型为一电感Ｌ，一电阻Ｒ和电容Ｃ的串联，电感Ｌ为电容引线所至，电阻Ｒ代表电容的有功功率损耗，电容Ｃ．因而可等效为串联ＬＣ回路求其谐振频率，串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到此式子f=1/(2pi*LC)．，串联ＬＣ回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻，所以中心频率处起到滤波效果．引线电感的大小因其粗细长短而不同，接地电容的电感一般是１ＭＭ为10nＨ左右，取决于需要接地的频率.采用电容滤波设计需要考虑参数：ESRESL耐压值谐振频率那么如何选取电源滤波电容呢？电源滤波电容如何选取,掌握其精髓与方法,其实也不难1) 理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc),但由于电容两端引脚的电感效应, 这时电容应该看成是一个LC串连谐振电路,自谐振频率即器件的FSR参数,这表示频率大于FSR值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出FSR后,对干扰的抑制就大打折扣,所以需要一个较小的电容并联对地.原因在于小电容,SFR值大,对高频信号提供了一个对地通路,所以在电源滤波电路中我们常常这样理解:大电容滤低频,小电容滤高频,根本的原因在于SFR(自谐振频率)值不同,想想为什么?如果从这个角度想,也就可以理解为什么电源滤波中电容对地脚为什么要尽可能靠近地了.2)那么在实际的设计中,我们常常会有疑问,我怎么知道电容的SFR是多少? 就算我知道SFR 值,我如何选取不同SFR值的电容值呢? 是选取一个电容还是两个电容?电容的SFR值和电容值有关,和电容的引脚电感有关,所以相同容值的0402,0603,或直插式电容的SFR值也不会相同,当然获取SFR值的途径有两个:1)器件Datasheet,如22pf0402电容的SFR值在2G左右,2)通过网络分析仪直接量测其自谐振频率,想想如何测量S21?知道了电容的SFR值后,用软件仿真,如RFsim99,选一个或两个电路在于你所供电电路的工作频带是否有足够的噪声抑制比.仿真完后,那就是实际电路试验,如调试手机接收灵敏度时,LNA的电源滤波是关键,好的电源滤波往往可以改善几个dB.电容的本质是通交流,隔直流,理论上说电源滤波用电容越大越好.但由于引线和PCB布线原因,实际上电容是电感和电容的并联电路,(还有电容本身的电阻,有时也不可忽略)这就引入了谐振频率的概念:ω=1/(LC)1/2在谐振频率以下电容呈容性,谐振频率以上电容呈感性.因而一般大电容滤低频波,小电容滤高频波.这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高.至于到底用多大的电容,这是一个参考电容谐振频率不过仅仅是参考而已,老工程师说主要靠经验.更可靠的做法是将一大一小两个电容并联,一般要求相差两个数量级以上,以获得更大的滤波频段.文章来源：我看了这篇文章，也做个粗略的总结吧：1.电容对地滤波，需要一个较小的电容并联对地，对高频信号提供了一个对地通路。
反激式开关电源滤波电容器设计实例与分析
某反激式开关电源的技术参数为：电路图拓扑：反激式；输入电压：85Vac~264Vac工作频率：65kHz ；输出：12V/5A；纹波电压：50mV；CLC滤波。
1、第一级滤波电容器的选择
对于输出电流5A对应的峰值电流为20A、有效值电流为14.14A，其中大部分流入滤波电容器。
按最高温度的纹波电流2倍选用电容器，滤波电容器的纹波电流之和至少要7A。
25V/1000μF低ESR铝电解电容器的额定纹波电流约为1A，需要7只并联。
如果非要5只并联甚至4只并联，也是可以运行的，但是不具有长期可靠性。
25℃温度下，25V/1000μF低ESR铝电解电容器的ESR约为0.09Ω。
7只并联对应的ESR为129mΩ、5只并联为180mΩ、4只并联为225mΩ。
由电流变化在ESR上产生的峰值电压分别为2.59V、3.60V、4.50V。
除此之外，滤波电容器的ESL还会在整流二极管开通时由于电流的跃变而产生感生电势，这个感生电势同样会加到滤波电容器上，因此，滤波电容器上的峰值电压将不只是上述的2.59V、3.60V、4.50V。
其电压波形如图所示。
图第一级滤波电容器的电压波形
很显然，2.59V、3.60V、4.50V是不能满足设计要求的，需要在第一级滤波电容器后面加上一级LC低通滤波器。
2、第二极LC低通滤波器的设计与参数选择
第二级需要考虑的是如何将不能满足要求纹波电压经过LC滤波使其满足要求。
通常滤波电感可以选择30~100μH，输出滤波电容器不仅要考虑输出纹波电压是否可以满足要求，还要考虑抑制负载电流的变化，在这里可以选择330~1000μF/25V。
电容滤波的计算方法及电源滤波电容选用技巧本文主要是关于电容滤波的相关介绍，并着重对电容滤波的计算方法及电源滤波电容选用技巧进行了详尽的阐述。
电容滤波安装在整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出的一种储能器件，通常把这种器件称其为滤波电容。
由于滤波电路要求储能电容有较大电容量。
所以，绝大多数滤波电路使用电解电容。
电解电容由于其使用电解质作为电极（负极）而得名。
电解电容的一端为正极，另一端为负极，不能接反。
正极端连接在整流输出电路的正端，负极连接在电路的负端。
在所有需要将交流电转换为直流电的电路中，设置滤波电容会使电子电路的工作性能更加稳定，同时也降低了交变脉动波纹对电子电路的干扰。
滤波电容在电路中的符号一般用“C“表示，电容量应根据负载电阻和输出电流大小来确定。
当滤波电容达到一定容量后，加大电容容量反而会对其他一些指标产生有害影响。
滤波电容的特点1、温升低谐波滤波器回路由电容器串联电抗器组成，在某一谐波阶次形成最低阻抗，用以吸收大量谐波电流，电容器的质量会影响谐波滤波器的稳定吸收效果，电容器的使用寿命跟温度有很大的关系，温度越高寿命越低，滤波全膜电容器具有温升低等特点，可以保证其使用寿命。
2、损耗低介质损耗角正切值（tgδ）：≤0.00033、安全性符合GB、IEC标准，内部单体电容器均附装保护装置；当线路或单体电容器发生异常时，该保护装置将会立即动作，自动切断电源，以防二次灾害的发生。
附装放电电阻，可确保用电及维护保养之安全。
外壳采用钢板冲压而成，内外部涂上耐候性良好之高温烤漆安全性特高。
4、便捷性体积小且重量轻，搬运安装极为方便滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。
使输出的直流更平滑。
而且对于精密电路而言，往往这个时候会采用并联电容电路［1］的组合方式来提高滤波电容的工作效果。
低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。
电源滤波电容大小的计算方法(总2页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--问题: 请问电源的滤波电容的通常是一个大的并联一个小的，两个相差100倍，但是那个大的电容有的用10u，有的用47u，还有的用，这是怎么回事，应该怎么选择啊大的是电解电容，滤波用的，选择的话，我感觉是看输入的电压质量的，如果本身纹波很大，或者对纹波要求很严格，那就用大的电容。
小一些的是去耦电容，我感觉和滤波差不多意思，就是防止电压波动的。
容值要小一些，高频时候作用大。
电源滤波电容大小的计算方法电源滤波电容大小的计算方法(有人说:没有仔细看，但结论似乎不正确)C=Q/U----------Q=C*UI=dQ/dt---------I=d(C*U)/dt=C*dU/dtC=I*dt/dU从上式可以看出，滤波电容大小与电源输出电流和单位时间电容电压变化率有关系，且输出电流越大电容越大，单位时间电压变化越小电容越大我们可以假设，单位时间电容电压变化1v（dV＝1）（可能有人说变化也太大了吧，但想下我们一般做类似lm886的时候用的电压是30v左右，电压下降1v，电压变化率是％，我认为不算小了，那如果您非认为这个值小了，那你可以按照你所希望的值计算一下，或许你发现你所需要的代价是很大的），则上式变为C＝I*dt。
那么我们就可以按照一个最大的猝发大功率信号时所需要的电流和猝发时间来计算我们所需要的最小电容大小了，以lm3886为例，它的最大输出功率是125W，那么我么可以假设需要电源提供的最大功率是150W，则电源提供的最大电流是I＝150/(30+30)=(正负电源各），而大功率一般是低频信号，我们可以用100Hz信号代替，则dt＝1/100＝，带上上式后得到C＝×＝＝25000uF。
以上计算是按照功放的最大功率计算的，如果我们平时是用小音量听的话，电容不需要这么大的，我认为满足一定的纹波系数就可以了，4700u或许就已经够用了。
高速数字系统滤波电容的设计应用引言：高速数字系统中，滤波电容是非常重要的元件之一。
它的设计应用对于系统的性能和稳定性有着重要影响。
本文将讨论高速数字系统滤波电容的设计原则和应用技巧。
一、滤波电容的作用滤波电容在高速数字系统中起到滤波和稳定电压的作用。
它可以滤除电源信号中的高频噪声，提供稳定的电压给数字器件使用。
滤波电容的选择和设计对于系统的抗干扰能力和电源噪声的抑制有着重要的影响。
二、滤波电容的选择原则1. 电容容值选择：根据系统的工作频率和电流需求来选择合适的电容容值。
一般来说，工作频率越高，电容容值越小；而电流需求越大，电容容值越大。
2. 电容耐压选择：根据系统的工作电压范围来选择合适的电容耐压。
一般来说，电容的耐压应大于系统的最高工作电压，以确保系统的稳定性和可靠性。
3. ESR和ESL选择：电容的等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)是影响滤波效果的重要因素。
选择具有低ESR和ESL的电容，可以提高系统的滤波效果和稳定性。
三、滤波电容的布局和连接1. 布局原则：滤波电容应尽量靠近数字器件的电源引脚，以减小电源线的阻抗和电源噪声的传播。
2. 连接原则：电容的引脚连接应尽量短，减小线路的电感和阻抗，提高滤波效果。
同时，应注意电容的引脚连接正确，避免引起电源短路或接反等问题。
四、滤波电容的特殊应用技巧1. 多电容并联：在高速数字系统中，可以采用多个电容并联的方式来提高滤波效果。
通过选择不同容值和类型的电容，并将它们并联连接，可以有效地滤除多频段的噪声。
2. 陶瓷电容和铝电解电容的选择：陶瓷电容具有低ESR和ESL，适用于高频噪声的抑制；而铝电解电容容量较大，适用于低频噪声的抑制。
根据系统的频率特性，可以选择合适的电容类型来提高滤波效果。
五、滤波电容的测试和验证在设计和应用滤波电容之后，需要对其进行测试和验证，以确保滤波效果和系统的稳定性。
可以通过测量系统的噪声水平、电源纹波和信号完整性等指标来评估滤波电容的性能。
电力电子装置滤波电容容量的设计方法石镇嘉
发表时间：2017-11-16T20:27:15.297Z 来源：《电力设备》2017年第21期作者：石镇嘉
[导读] 摘要：随着智能电网建设的不断深入，电力电子装置的应用越来越普遍。
而基于电子元器件所形成的电网控制单元极易在开关的过程中形成不均衡电流。
针对此种电网病害，往往是通过滤波电容来加以处置的，而在高频下效果会存在显著的削减。
（国网山西省电力公司定襄县供电公司山西省忻州市 034000）
摘要：随着智能电网建设的不断深入，电力电子装置的应用越来越普遍。
而基于电子元器件所形成的电网控制单元极易在开关的过程中形成不均衡电流。
针对此种电网病害，往往是通过滤波电容来加以处置的，而在高频下效果会存在显著的削减。
故而，本文以削减背景为主要依据，以合规性为核心要求对滤波电容容量的设计方式与实践开展研究。
希望能够为今后的相关设计与设备选择提供必要基础与实践指导。
关键词：电子装置；滤波电容；容量；设计方法
一、滤波电容技术现状及其设计范式
从滤波电容的基本结构出发，其通过电磁感应模式来形成交流与直流电流的根本差异，故而应用选择通过性作为对交流成分的有效过滤。
在实际工作的过程中滤波电容需要按照不同的工作频率来进行合理的选取，尤其是在滤波电路的工作环境下，其滤波能力会存在一定的削减，这也进一步提高了电容选择的难度。
从现阶段的研究现状与技术发展来看，阻抗与频率特性的优化、选择的计算以及生产工艺的改进成为了主要的研究方向。
在分析其具体的选择与容量计算的过程中我们有必要对其分类及特征进行系统的总结，具体而言大致分为两类：一是低频滤波，主要应用在50Hz及以下的频率电路应用；二是高频滤波电容，主要应用于显著高于市电频率的应用模式，最高可以达到十万Hz的数量等级。
就其特点而言，滤波电容主要表现为如下四方面特征：一是升温低，其在运行过程中的通过电流相对较小，故而系统产热能力相对较差，在正常阻流的过程中不需要考量其系统散热；二是其散热低的特性来源于系统能耗相对较小，按照介质损耗正切值的角度来进行评价，其属性可以良好且稳定的控制在3*10-4等级之上。
除此之外，滤波电容还具有安全性较高、便捷性较高等基本特性，在电路应用中十分广泛。
为了形成更大范围内的应用效果，我们需要在电路设计的过程中形成良好的容量计算规范。
在实际的计算环节下一般采用二步法来进行。
首先，需要对电容特性、需求及其等效容量进行计算；其次，根据等效容量探究其总体电路的设计与电容器的选择；最后，对设计方案的有效性进行复查。
保障整体系统的设计合规。
二、滤波电容的等效电路及其等效容量
在进行滤波电容容量设计的过程中，我们首要需要对等效电路及等效容量进行计算。
前者决定了电路需求及电容元件的选择；后者决定了实际电容计算的标准参数。
在本文的研究过程中设计方法也从如上两个方面入手，为后续的实际设计提供必要基础。
2.1 在电容等效电路分析方面
从实际的电路入手，其滤波电容接入方式往往是采用并联模式与二极管及工作电阻进行配合。
其中二极管形成良好的直流阻流，将电路中的直流、交流电流进行有效的分离，后续通过电容的作用对交流电流进行消除与抑制，最终达到整体电流滤波的实际效果。
而所谓的等效电路则是将系统内并联元件中的主要电学特性进行分析与整合，形成更为有效与简洁的电路示意图。
在本文单体滤波电容电路设计过程中，其等效电路为工作电阻、总体电容及等效电感量的串联设计。
在等效电路设计与工作的过程中，工作电阻在波纹电流下所产生的损耗是一个正弦波动曲线，是整体滤波单元的发热单元。
而低频模式下电容器自身的能耗相对较小，处于可以忽略的水平。
因此，在等效电路下，二者共同构成了一个可以类比理想状态的简单电路，转折频率可以利用公式：f=1/(2π√(L*C))来进行表示，其中L为等效电感量，C 为电容总容量。
通过此种设定模式可以对后续的等效电容计算提供必要辅助，并按照滤波需求电流体系下的实际交流频率来设定具体的设计参数。
2.2 在电容等效容量计算方面
在电容的等效容量计算过程中我们发现，其在应用上文的公式进行分析的过程中，与产生的等效电感量呈现出显著的正比关系。
故而有理由相信，在其他参数特定的条件下，等效电容容量仅与影响等效电感量的相关指标相关，即与滤波对象的实际频率相关。
结合滤波电容实际的使用情况我们发现以正常家庭用电作为供电单元的电路系统其交流频率峰值一般不超过100Hz。
为了进一步保障其有效性，并提供一定的衰减空间，实际电容等效容量的计算按照120Hz来进行。
引入计算的变形公式Cd=1/（2πf）|z|来进行计算可以获得等效容量要控制在2210μF之上，该计算结果与查表获得的2200μF相近，说明此种等效容量计算方式科学合理。
三、滤波电容容量设计方法与实践
通过上文电容等效容量及相关等效电路的分析，在实际的设计过程中我们需要考虑电容发热量、电容寿命削减、电解电容容量等两方面问题，具体设计过程如下：
3.1发热量响应与设计
随着器件的开关动作，电解电容直接向电力电子装置提供能量。
当电解电容电压低于直流母线电压时，由直流母线电压对电解电容充电。
因而，在电力电子装置工作过程中，电解电容始终处于充放电状态，电容电流为一个交流分量和一个直流分量的合成电流。
该合成电流的实际效应是指与纹波电流面积相同的正弦波电流的有效值。
电解电容的纹波电流是引起电解电容损耗和发热的主要因素。
电解电容所允许的纹波电流值与电容器允许的最高温度、工作温度及纹波电流频率相关，电解电容允许的纹波电流随温度的升高而降低。
3.2电容寿命响应与设计
因内部等效电阻的作用，在叠加纹波电流时，发热损耗将影响电容器寿命。
根据阿雷尼厄斯法则，温度每上升10摄氏度，电解电容器的寿命缩短50%。
考虑纹波电流和环境温度时，电解电容寿命可以按照L=L0*2（T0-T）/10*K，其中K为寿命常量，与电容生产的相关工艺、材料选择等相关，一般需要通过电容设备提供商提供相关的参数详情；而温度的变化则考虑到常温条件下的环境温度，而产生的寿命削减当量也更为准确。
在实际的工作过程中，工作温度（即变化量）一般在1.2-2摄氏度之间，基于此指标所进行的计算，寿命削减一般为
设计寿命的80%左右。
3.3电容容量响应与设计
电力电子装置滤波电容容量选择主要考虑以下三方面因素：一是电容值能满足期望的纹波电压；二是电容的额定电压；三是电容的额定纹波电流。
基于对纹波电流与电解电容发热量和寿命关系的分析，纹波电流对于电力电子装置滤波电容容量的选取起到关键的约束作用。
通过梅德公式进行容量计算的过程中我们需要注意其中常设参数的相关取值要求，如当直流母线电压变量不足0.5%时，按照0.5%进行取值计算，当滤波电容频率常量超过10k等级时，常量K应该取值1.4，与10K以下频率的取值0.8存在显著的阶梯式非线性关系。
与此同时，对于温度的参数设定要充分考量其环境温度，在不同工况下进行不同的选择，如汽车发动机电机驱动器的日常环境温度为80摄氏度，而高压变动电力通讯的常规温度则为30摄氏度。
四、总结
电力电子装置滤波电容是重要的组成元件，在谐波处置、电路保护中起到了关键性作用。
本文在对其研究现状进行总结的基础上，对具体的容量设计与计算方式加以分析，希望能够为后续的实际工作提供必要指导。
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