薄膜电容器作为一款在音响、音箱等领域使用十分广泛的电子元器件，对它有正确的认识很有必要，同时在选购的时

候也要避开误区。在电压调节器中，以下三大类电容通常用作电压输入和输出旁路电容：多层陶瓷电容、固态钽电解电容

和铝电解电容。设计人员在选择旁路电容时，以及薄膜电容器用于滤波器、积分器、时序电路和实际电容值非常重要的其

它应用时，都必须考虑影响因素。

薄膜电容器产品选型指南：

1.电容器的额定电压：

指在额定温度范围内可以连续施加到电容器的直流电压或脉冲电压的峰值。考虑到可靠性降额使用要求，通常要求实

际工作电压应小于80%的额定电压值。

2.电容器的工作电压选择：

通过电容器的脉冲电压和耐电压，由于薄膜电容器存在损耗，在高频和高脉冲条件下使用时，如有较大通过电容器的电

流会使薄膜电容器的自身发热，严重时将会有热击穿等（冒烟、击穿）的危险，因此使用中还受到电容器额定电流的限制。

使用时必须确保这两个电压都在允许范围之内。如果无法确定实际工作电压（电流）波形，可用电容器工作的自身温升来

确定，通常对聚酯类电容，允许自身温升在小于10C的条件下使用。对于聚丙烯电容，允许在自身温升在小于5℃的条件下

使用。（实际测量应在电容器端面引线焊接部位表面测试）

3.电容器容量和引线跨距的选择：

1） 容量选取必须符合E24系列值范围内：1.0， 1.1， 1.2，1.3， 1.5，1.6， 1.8， 2.0， 2.2， 2.4， 2.7， 3.0， 3.3， 3.6，

3.9，4.3， 4.7， 5.1， 5.6， 6.2， 6.8， 7.5， 8.2， 9.1共24级，其中下面画横线的为E12系列值，为优选系列值。

2）容量取值范围应符合各类电容器通用规格书中给出的容量范围 ：

不同厂家提供的规格书，其容量的上、下限范围可能略有不同，但如果容量选取值已明显低于该类别的下限值，则应在陶瓷电

容器中选取，反之如容量值已高于该类别的上限值，则应在电解电容器中选取。

3）引线成型脚距的选取：

不同型号不同规格的薄膜电容器，其引线常规间距P 在厂家规格书中都有确定的数值，但在实际使用中，根据PCB装配要求，

可以要求厂家成型供货，给出的成型后脚距F的尺寸要求。

使用薄膜电容要注意以下几点：

1）薄膜电容的额定电压必须与本地区电网电压相符合，对于某些电压过高或者有谐波存在的电网，

由于高次谐波，尤其是三、五、七次谐波，能量大的，危害也属于较强，在配置时，应采取措施予

以避免和隔离。

2）注意运行环境温度。由于过高的运行温度会导致薄膜电容的电化学反应加剧，影响自愈时的热

量消散，将导致自愈失败或使用寿命短缩，因此，安装薄膜电容器时应避开热源，改善散热及通风

环境。

3）电容器柜应设有合理的保护装置：

①调整合适的延时及放电时间，投入与切除电容器组要配有限流及放电装置。因为薄膜电容内阻小，

浪涌电流可能高达上万安倍，为了防止新投入的电容器受到旁侧先投入的电容器对其放电，所以应

设置限流保护装置；为了保证运行及维护薄膜电容的安全，必须设置放电装置；

②投切程序应遵守先投先切，后投后切的原则；

③为了防止频繁投切，电容器组在切除时必须保留足够容量，作为基数组。

交流电路中薄膜电容器的工作原理

随着科技的发展的进步和薄膜电容器可以代替电解电容的优势出来，因此使用薄膜电容器的频率也越来越高。

而今天小编将要跟大家分享的是薄膜电容器在交流电路中的工作原理。在中学阶段有句话是这样说的通交流，阻

直流，说的就是电容的这个性质。在直流电路中，薄膜电容器相当于断路的。

我们可以从薄膜电容器的结构先说起，最简单的电容是由于绝缘电介质结构成的。通电后极板带电，形成电压

（电势差），但是中间由于绝缘的物质，所以是不导电的。不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击

穿电压）的前提条件下的。

我们都知道任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质都是可以导电的，我们称这

个电压叫击穿电压。电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见

不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。

但是在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化。而薄膜电容器充放电的过程是有时间的，

这个时候，在极板间形成的变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形成在薄膜

电容器间通过的。看完以上的分享你对薄膜电容器在交流电路中的原理有所了解了吗。更多优质的电容器尽在JEC，

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超级电容器

超级电容器是一种功率型的储能器件，通过电极材料与电解液界面形成双电层，或电

极表面快速的氧化还原反应来储存电能。与普通电容器相比，相同重量下电能储存量和

放电时间要大出成百上千倍，而功率只有普通电容器的1/10左右。电动汽车电池领域被

投下了一颗“深水炸弹”？近日，特斯拉透露其自主研发的新电池有可能是“无钴电池”

，即“干电池技术+超级电容”组合，具体成分预计会在4月电池会议上进行说明。这迅

速点燃了市场对电动汽车新一轮能源革命的热情。伴随着新能源技术的突飞猛进，锂电

池、燃料电池等相关产品技术备受关注，而同样作为储能装置的超级电容器在电动汽车

上还鲜少被关注。事实上，超级电容器在风光储、家庭储能、地铁能量回收等多种储能

领域都可应用，而在电动汽车领域，业界寄望它可以改变充电时间长的难题——充电往

往只需要数秒。

那么，超级电容到底是什么“黑科技”，它真的适合用在电动汽车领域吗？花城最美

三月天，广州有轨电车在花丛中穿行。仔细观察，有轨电车头顶上没有如“蜘蛛网”般

的电线，只有脚底两条细轨“镶嵌”在草皮上。2014年底，广州有轨电车建成通车，其

采用了单体容量达7000法拉的超级电容器组储能，和普通有轨电车相比，最大的特点是

在行进中不用外部供电，利用停靠站台上落客时间完成充电，充电时间仅需25秒。就在

你上下车的一瞬间，电车就已经满电蓄势待发。

华南师范大学化学学院新能源系主任、广东省新能源材料与器件专业实验教学示范中心

主任舒东介绍，超级电容器主要通过双电层或赝电容原理储存电荷，前者是基于离子在多

孔材料表面的吸脱附，后者主要是表面快速的氧化还原反应，因为反应通常发生在表面，

因此超级电容器和电池相比储存电荷较少，能量密度不高，也正是因为反应发生在表面，

电荷储存速度非常快，超级电容器具有很高的功率密度。

“打个比方，湿毛巾中的水，通过擦拭的办法可以快速取出少量表面吸附水，这相当于双

电层电容；通过挤压和拧干的方式可取出毛巾中更多的水，这相当于赝电容。”他说，水就

类似于电荷，擦拭的过程就相当于接触放电，如果要更多的电荷，就需要更大力气挤压。

相比之下，以往的储能设备是由电能转变成化学能，再由化学能转变成电能，两次转变

能量有损失，超级电容器直接充电，再直接放电，其过程中并不发生化学反应。同时，由于

这种储能过程是可逆的，超级电容器可以反复充放电数十万次，由于能量形式没有转变，损

失也很小，充放电效率更高。

薄膜电容器在新能源汽车上的运用

薄膜电容器是一种应用于直流滤波场合的电容器。由于它跟传统电容相比有寿命长、温度稳定性好等优点，更适用于新能源汽车中的

逆变器直流滤波。本文主要介绍薄膜电容器优点、采用的先进技术、相关的选型标准及应用分析。

【关键词】能源；薄膜电容器；电解电容器；逆变器；新能源汽车

1.随着工业的迅速发展、人口的增长和人民生活水平的提高，能源短缺已成为世界性问题，能源安全受到越来越多国家的重视。随着

“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量在不断地呈现上升趋势，全球汽车行业的发展面临着能源和环保的双重压力，各个国家为了将来在

世界汽车业中占得一席之地，纷纷推出了各自的的新能源汽车的规划蓝图，并大力发展新能源汽车。

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽

车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品[1]。

电机，电池和电机控制技术是新能源汽车的三大核心。电机控制技术的核心就是需要高效电机控制的逆变器技术，高效电机控制的逆

变器技术则需要一个功能强大的IGBT模块和一个与之匹配的直流支撑电容器。

本文主要介绍薄膜电容的优点、采用的先进技术、相关的选型标准及应用分析。

2.薄膜电容的技术优点

早期直流支撑薄膜电容都是采用电解电容，随着薄膜电容技术的发展，特别是基膜本身技术的发发展和金属化采用分割的技术出现，

不仅使得薄膜电容的体积在越做越小的同时，产品的耐压水平还保持在相当的水平，现在越来越多的公司采用高温聚丙烯薄膜电容器的作

为直流支撑电容，一个典型的例子就是丰田公司的PRIUS车型的改进；而国内车企典型代表是比亚迪F3DM和E6，都使用薄膜电容器作为

直流支撑电容。第一代丰田Prius使用的滤波电容器是电解电容器，见图2；从第二代开始，便开始使用薄膜滤波电容器组。

目前用于直流支撑的薄膜电容器，大部分是使用高温聚丙烯膜作为介质，聚丙烯薄膜电容器有如下的优点。

a.产品安全性好，耐过压能力强

由于薄膜电容器具有自愈额现象，而且薄膜电容的设计是按照IEC61071的标准，电容抗浪涌电压能力大于1.5的额定电压，加上电容

采用分割膜技术，见图4，电容理论上不会产生短路击穿的现象，这大大提高了这类电容的安全性，典型的失效模式是开路。在特定应用

中电容的抗峰值电压能力也是考察电容的重要指标。实际上，对电解电容而言，允许承受的最大浪涌电压是1.2倍，这种情况迫使使用者

不得不考虑峰值电压而非标称电压。

b.良好的温度特性，产品温度使用范围广，可以从-40℃-105℃

直流支撑薄膜电容器采用的高温聚丙烯薄膜，具有聚酯薄膜和电解电容没有的温度稳定性，具体如下

随着温度的升高，聚丙烯膜电容器容量总体是下降的，但下降的比例是很小的，大概是300PPM/℃；而聚酯膜不管是在高温阶段还

是在低温阶段，容量随温度变化则大了很多，为+200～+600PPM/℃。

聚丙烯膜介质电容器的损耗随温度变化基本不变的，但聚酯膜介质电容器在低温和高温显示变化规律是不一样的。

由于聚丙烯膜介质电容器具有良好的温度特性，不管是在低温(比如说中国北方)或者高温地区(比如说沙漠地区)都可以得到正常的使

用，但对于电解电容器来说，如果在低温地区，由于电解液的存在，电解液可能会凝固，电容的性能在低温的时候，性能发生较大的变化，

可能导致电机控制器不能正常使用。

c.频率特性稳定，产品高频特性好

目前大部分的控制器开关频率在约10KHZ，这就要求产品的高频性能好，对于电解电容器和聚酯膜电容器来说，这个要求是个难题。

随着频率的升高，聚酯膜介质电容器的所测容量是随着频率的上升是逐步减少的，但聚丙烯膜介质电容器则基本不变。

随着频率的上升，聚酯薄膜介质电容器的损耗急剧加大，但聚丙烯介质电容器基本不变。

d.没有极性，能承受反向电压

薄膜电容器的电极是蒸镀在薄膜上纳米级的金属，产品是没有极性的，故对使用者来说非常方便，不需要考虑正负极的问题；而对电

解电容器来说，如果超过1.5倍Un的反向电压被加在电解电容上时，会引起电容内部化学反应的发生。如果这种电压持续足够长的时间，

电容会发生爆炸，或者随着电容内部压力的释放电解液会流出。

e.额定电压高，不需要串联和平衡电阻

为了提高输出功率，混合动力汽车和燃料电池汽车的母线电压有不断提高的趋势。现在市场上给电机提供的电池电压典型值有280V，

330V及480V，与之匹配的电容不同厂家不太一样，但大体是会选择比如450V，600V，800V，容量从0.32mF到2mF，而电解电容器的额

定电压不高于500V，所以当母线电压高于500V时，系统只能通过串联电解电容器来提高电容器组的耐压水平。这样，不仅增加了电容器组

的体积、成本，也增加了电路中的电感和ESR。

f.低ESR，通过耐纹波电流能力强

薄膜电容器大于200mA/μF，电解电容通过纹波电流能力为20mA/μF，这个特点能大大减小系统中所需要的电容器的容量。国内厂家

比如厦门法拉主推的产品目前0.4-0.5mΩ，最大纹波电流值从几十安培到几百安培不等。

g.低ESL

逆变器的低电感设计要求其主要元件DC-Link电容器要有极其低的电感。高性能DC-Link直流滤波薄膜电容器通过把母线整合到电容器

模块里，使它的自感降到最低(<30nH)，大大减小了在必要开关频率下的震荡效应。因此，并联在DC-Link电容器上的吸收电容经常被省略

掉，电容器电极直接接到IGBT上。

h.抗浪涌电流能力强

能够承受瞬间的大电流，采用波浪分切的技术和电容镀膜加厚边技术，可以提高产品浪涌电流温度和机械冲击的能力。 i.使用寿命长

薄膜不易老化的特性决定了薄膜电容器优很长的寿命，特别在额定电压和额定使用温度下，使用寿命大于15000小时；如果按平均30Km/H，

则在寿命期可以有450000Km，电容的寿命对于汽车的行驶里程是足够的。

3.薄膜电容的选择

为了达到节能的目的，提高电机的效率，减少线损，就必须把系统电压提高(见公式一)，电压提高后，可以降低通过回路的电流，由于电流

可以比较低，线损就会比较低。

P线损=I2R (1)

目前系统电压范围从100多伏到300多伏，有些公司用于大功率驱动的达到400多伏，由于控制电路自感及其在汽车在不同工况下使用的缘

故，大多公司选用是额定电压450V以上的电容。

根据电机功率的不同，目前有不同的IGBT模块可以使用，同样，对于直流支撑电容器，不同的厂家也推出了不同的产品，主流薄膜电容器

厂商比如厦门法拉和EP公司都推出了不容容量和结构的电容可供选择。选择时主要考虑额定容量、允许容量的偏差、额定电压、最大电压、电

池电压的波动范围、开关频率、纹波电流有效值、最大峰值电流、相间续流电流大小、电机额定功率、峰值功率、环境温度、最高工作温度、最

高工作海拔、散热方式和寿命要求等指标。

4.应用分析

4.1 纹波电压产生的原因

IGBT工作的时候，电路两端负载发生变化，母线上会产生纹波电流。如果没有C3电容器，那么电流将全部流经电池组，导致Ur产生波动

(Ur=Iripple×r)，U=U1+Ur，所以U两端将产生较大的纹波电压，影响IGBT的正常工作。

4.2 电容器组的作用

如果在母线两端并上电容器组，当ESR+1/ωC<4.3 电容器的选择

要使ESR+1/ωC<工程应用上，可以通过计算机模拟得到系统需要的最小电容器容值。当然，如果设计前已知了电路中的最大允许纹波

电压和纹波电流的有效值。那么，系统中需要的最小容值可以通过下面的公式计算：

(2)

由于系统中的滤波电流相对较大，而电解电容又有0.02A/μF的滤波电流限制，所以在开关频率较高的逆变器中一般不按最小容值选择电解

电容器，而是按下面公式选择电解电容器的容值：

(3)

下面以某电机电机驱动系统是30KW的纯电动车型举例说明，驱动器上的参数为：Vw=336V；Uripple=4V；Irms=100A @10KHz。需

要的最小容值为：

(4)

这个容量的薄膜电容器很容易找到。如果选用电解电容器，则需要的容量是：

(5)

由此可以得出，开关频率较高的逆变器中使用薄膜电容器可以大大减小应用中所需要的容值。

5.总结

高性能DC-LINK薄膜电容器是一种采用新的制作工艺和金属化薄膜技术的电容器，它增加了传统薄膜电容器的能量密度，即电容的体积也随

之缩小。另一个方面它通过将电容器芯子和母排整合的方式来满足客户灵活的尺寸要求，不仅使得整个逆变器模块更加紧凑，也大大降低应用电

路中的杂散电感，使电路的性能更加优越。电动汽车中使用的电路设计有高电压、高有效值电流、有过压、有反向电压、有高峰值电流、同时还

有长寿命的要求，薄膜电容无疑是电动汽车作为直流支撑电容的最佳选择

薄膜电容器是以金属箔当电极，将其和聚乙窬，聚丙烯，聚笨乙烯或聚碳酸窬等塑胶薄膜，从两端重叠后，

卷绕成圆筒状的构造之电容器。而依塑胶薄膜的种类又被分别称为聚乙窬电容(又称Mylar电容)，聚丙烯电

容(又称PP电容)，聚苯乙烯电容(又称PS电容)和聚碳酸电容。

膜电容器由于具有很多优良的特性，因此是一种性能优秀的电容器。它的主要等性如下：无极性，绝缘阻抗

很高，频率特性优异(频率响应宽广)，而且介质损失很小。基于以上的优点，所以薄膜电容器被大量使用在模拟

电路上。尤其是在信号交连的部份，必须使用频率特性良好，介质损失极低的电容器，方能确保信号在传送时，

不致有太大的失真情形发生。在所有的塑胶薄膜电容当中，又以聚丙烯(PP)电容和聚苯乙烯(PS)电容的特性最为

显着，当然这两种电容器的价格也比较高。然而近年来音响器材为了提升声音的品质，所采用的零件材料已愈来

愈高级，价格并非最重要的考量因素，所以近年来PP电容和PS电容被使用在音响器材的频率与数量也愈来愈高。