几种电容的频率特性实测

最近装了台耳机放大器,上面用到了几个西门子EPCOS薄膜电容,这个电容在HIFi 圈子里口碑很好。正好手头有安捷伦 LCR 表,就花了点时间测了下这个电容的参数,顺带还把其他几种常见电容的频率特性也测了下。

下面把测试结果列出来供大家参考。总共5个电容,其中有3个是独石电容。另外一个是电解电容,一个是薄膜电容。下面是这五个电容的照片。

 

首先测得是西门子薄膜电容

1.2uF (西门子EPCOS薄膜电容)

 

Cp

Q

D

频率 

1.2uF

9000

0.0001

100Hz

1.2uF

6600

0.0001

1KHz

1.2uF

4000

0.0002

10KHz

1.21uF

1300

0.007

20KHz

1.28uF

240

0.039

100KHz

 

可以看到在音频段,频率特性非常的好,介质损耗非常的小。不愧为是顶级音频电容。

 

电解电容

100uF/35V

Cp

Q

D

频率 

91.9uF

0.7

0.09

100Hz

64.1uF

1.6

0.6

1KHz

3.5uF

0.2

4.2

10KHz

1.16uF

0.1

6.9

20KHz

-4.9uF  /  500uH

 

 

100KHz

电解电容的频率特性是很差的,10KHz时容量基本就跌没了。到了100KHz 甚至于就相当于个电感了。介质损耗也很大,Q值都没有超过2。

 

104 独石电容

Cp

Q

D

频率 

92.6nF

70

0.01

100Hz

91.7nF

65

0.015

1KHz

90.2nF

63

0.015

10KHz

85.7nF

55

0.016

100KHz

104容量的独石电容是一种很常用的电容。频率特性还可以,到100KHz时电容值还能有标称值的80%。介质损耗也不算大。整体上还算满意。

 

105 独石电容

Cp

Q

D

频率 

1.01uF

79

0.01

100Hz

0.99uF

80

0.013

1KHz

0.94uF

92

0.012

10KHz

1.0uF

18

0.55

100KHz

我测得这个105 容量的电容容值很是稳定,到了100KHz 还能有1uF,挺出乎我的意料的。不过高频时Q 值降到了原来的四分之一。

 

106 独石电容

Cp

Q

D

频率 

9.2uF

14.5

0.07

100Hz

7.75uF

22.6

0.04

1KHz

7.0uF

30.7

0.04

10KHz

13.4uF

2.6

0.38

100KHz

这个电容的容值随频率变化没有什么明显的规律,Q值也是时大时小。反正是比我预想的差,开始时我一直想用这个电容作为音频耦合电容,现在看来这个电容的特性还是差了些。看来还是老老实实的用西门子薄膜电容了。

 

 

总结:西门子薄膜电容特性很强悍,远超出了我的预期。

对独石电容有点小失望。。。

<think>嗯,用户问的是关于80KW电磁加热系统中,使用310S不锈钢,频率13KHz时,IGBT缓冲电容的选择。这个问题看起来涉及到电力电子和电磁加热的设计。首先,我需要回忆一下缓冲电容的作用,通常IGBT在开关过程中会有电压尖峰和电流突变,缓冲电容的作用就是吸收这些尖峰,保护IGBT不受损坏。 那缓冲电容的计算需要考虑哪些因素呢?记得可能有几个方面:IGBT的开关特性、工作频率、系统的功率等级、还有电路拓扑结构,比如是不是半桥或者全桥。这里用户提到的是80KW,频率13KHz,材料是310S不锈钢,可能影响的是负载的电感特性,但具体怎么关联呢? 首先,缓冲电容的选取通常和IGBT的关断时的电压变化率(dv/dt)以及电流变化率(di/dt)有关。不过可能更直接的是,缓冲电容的容量需要根据IGBT的额定电流、电压以及工作频率来计算。常见的经验公式可能有C = I * t / V,其中I是关断时的电流,t是关断时间,V是允许的电压变化。不过这个可能需要更具体的参数,比如IGBT的型号,因为不同IGBT的关断时间不同。 另外,缓冲电容的另一个作用是限制电压上升率,避免超过IGBT的最大额定电压。这时候可能需要用能量守恒的方法来计算。当IGBT关断时,存储在电感中的能量会转移到缓冲电容中,所以能量公式是0.5 * L * I² = 0.5 * C * V²,这里L是电路中的寄生电感,I是关断时的电流,V是允许的电压尖峰。不过这里的L可能难以直接获得,特别是电磁加热系统中,负载电感可能比较大,但可能属于工作电感的一部分,而缓冲电路处理的是线路的寄生电感。 或者,可能有一些经验值,比如在类似功率和频率下,通常选择的缓冲电容范围是多少。例如,在10-20kHz的频率下,每100A电流可能使用0.1μF到1μF的电容。不过需要确认这个经验是否适用。 用户给出的参数是80KW,频率13KHz,材料是310S不锈钢。这里可能需要先计算系统中的电流。假设系统电压是三相380V,那么电流大约是80,000W / (√3 * 380V) ≈ 121A。但如果是单相系统,电流会更高,比如80,000W / 380V ≈ 210A。不过实际电磁加热系统可能使用高频逆变,电压可能经过整流后变成直流母线电压,比如约500V DC。这时候电流可能是80,000W / 500V = 160A。不过具体电压可能因设计而异,用户没有提供,可能需要假设或者进一步询问。 不过用户没有给出电压参数,可能需要通过其他方式估算。另外,缓冲电容的选择可能和IGBT的额定电压有关,比如常用的1200V IGBT,允许的电压尖峰可能限制在1300V以下。这时候需要计算当IGBT关断时,缓冲电容需要吸收的能量,从而确定电容值。 假设线路的寄生电感为L,关断电流为I,那么电压尖峰V_peak = L * di/dt。而缓冲电容的作用是限制这个V_peak不超过安全值。但如果没有具体的di/dt或L的值,可能需要另一种方法。 另一种方法是根据经验公式,比如缓冲电容C ≈ (I * t_rr) / (ΔV),其中t_rr是二极管的反向恢复时间,但这里可能不适用。或者,根据频率和功率,可能使用C = P / (2πf V²),不过不确定是否正确。 或者,参考类似应用中的缓冲电容选型,例如在电磁炉设计中,通常缓冲电容在0.1μF到几微法之间,但大功率系统可能需要更大的电容。例如,80KW的系统,假设工作电压是1000V,那么每个开关周期需要存储的能量为P/f = 80,000W /13,000Hz ≈6.15J。这可能分配到每个IGBT上,如果是全桥的话,可能每个IGBT分担一半,但不确定。然后,电容的容量可能需要存储这个能量,同时限制电压变化ΔV。比如,能量E=0.5*C*(V^2 - (V-ΔV)^2) ≈ 0.5*C*(2VΔV)(如果ΔV远小于V)。假设ΔV为100V,V为1000V,那么C≈E/(V*ΔV)=6.15/(1000*100)=61.5μF。不过这可能是一个粗略的估算,是否正确需要验证。 不过这可能混淆了缓冲电容的作用和主电路的能量存储。缓冲电容主要是吸收开关过程中的能量,而不是整个周期的能量。所以可能需要更准确的计算。 另外,缓冲电路通常有RCD结构,即电容+电阻+二极管,用来吸收尖峰。此时电容的计算可能需要考虑关断时的能量。假设每次关断时,缓冲电容需要吸收的能量为0.5*L_parasitic*I²,其中L_parasitic是线路的寄生电感,I是关断时的电流。例如,如果L_parasitic是1μH,I是100A,那么能量是0.5*1e-6*100²=0.005J。缓冲电容的电压升高ΔV应控制在允许范围内,比如100V,那么C=2*E/(ΔV²)=2*0.005/(100²)=0.01μF。这似乎太小,可能说明我的假设的寄生电感太小了。 实际上,线路的寄生电感可能在几百nH到几μH之间。例如,如果L_parasitic是5μH,I=200A,那么能量是0.5*5e-6*200²=0.1J。如果允许ΔV=200V,那么C=2*0.1/(200²)=0.005F=5000μF,这显然太大了,不符合实际。这说明我的方法可能有错误。 或许应该考虑缓冲电容在每次开关过程中吸收的能量是E=0.5*C*V²,其中V是母线电压。例如,如果母线电压是1000V,每次开关时电容充电到V,那么能量是0.5*C*(1000)^2。但开关频率是13kHz,所以每秒有13000次开关,总能量是13000*0.5*C*1e6=6.5e9*C。这个能量应等于系统的功率80,000W,所以C=80000/(6.5e9)=约12.3μF。这似乎更合理,但不确定是否正确,因为缓冲电容每次放电的能量可能不是全部来自电源,而是来自电感储能。 这里可能需要更准确的模型。正确的做法可能是根据IGBT的关断时的电流和线路电感来计算所需的缓冲电容。公式是C = (L * I²)/(V_peak² - V_dc²),其中V_dc是母线电压,V_peak是允许的最大电压。假设L是1μH,I=200A,V_dc=1000V,V_peak=1200V,那么C=(1e-6 * 200²)/(1200² - 1000²)= (4e-2)/(440000)=约0.09μF。这看起来更合理,但需要确认参数是否正确。 但用户可能没有提供线路电感L的值,这时候可能需要经验值或典型值。例如,在类似的系统中,线路电感可能在0.5到2μH之间。假设L=1μH,电流I根据功率计算。假设母线电压是1000V,功率80KW,那么母线电流I=P/V=80A。如果系统是全桥,每个IGBT承受的电流可能为80A,但实际峰值电流可能更高,取决于负载特性。例如,在谐振电路中,电流可能呈现正弦波,峰值电流为有效值的√2倍,即约113A。 所以,假设I_peak=150A,L=1μH,V_dc=1000V,V_peak=1200V,那么C=(1e-6 *150²)/(1200² -1000²)= (0.0225)/(440000)=约51.1nF。所以大约0.05μF。但这只是一个估算,实际情况可能需要调整。 另外,缓冲电容的耐压需要高于V_peak,即至少1200V以上,所以通常选择耐压高的电容,如1200V或更高。 总结一下,可能的步骤是: 1. 确定系统参数:母线电压V_dc,峰值电流I_peak,线路寄生电感L,开关频率f。 2. 计算允许的电压尖峰V_peak = V_dc + ΔV,ΔV根据IGBT的耐压余量确定。 3. 使用公式C = (L * I_peak²)/(V_peak² - V_dc²) 计算缓冲电容值。 但用户提供的参数中没有L、V_dc、I_peak的具体值,需要假设或根据经验估算。 例如,假设母线电压V_dc=600V(常见三相整流后的电压),峰值电流I_peak=200A(根据功率和负载特性估算),线路电感L=1μH,允许V_peak=800V。则: C=(1e-6 *200²)/(800² -600²)= (0.04)/(280000)=约142.86nF,即约0.143μF。选择0.15μF左右的电容,耐压800V以上。 但实际应用中可能需要多个电容并联,或者根据实际测试调整。此外,缓冲电容的ESR和电感也会影响效果,需要选择高频特性好的电容,如薄膜电容。 因此,最终的建议可能需要基于典型参数的经验值,并结合实际测试调整。通常,在10-20kHz的大功率系统中,缓冲电容可能在0.1μF到1μF之间,耐压根据母线电压选择。例如,母线电压600V,选1000V的电容,容量0.2-0.5μF,具体可能需要实验验证。 另外,用户提到的310S不锈钢可能影响负载的等效电感,但具体如何计算可能需要更深入的电磁分析,这里可能无法直接关联,除非有具体的电感参数。因此,可能需要假设线路寄生电感为主,或者根据类似应用的经验选择。 综上,回答时需要说明计算步骤,基于假设的参数,并建议实际测试调整。</think>在80kW电磁加热系统中,为13kHz频率的IGBT选型缓冲电容需综合考虑电路参数和能量转换特性。以下是分步分析: --- ### **一、关键参数分析** 1. **系统功率**:80kW 2. **工作频率**:13kHz 3. **母线电压假设**:典型三相整流后直流母线电压为$V_{dc}=600\text{V}$(需根据实际设计确认)。 4. **峰值电流估算**: $$I_{peak} = \frac{P}{V_{dc}} \times \sqrt{2} = \frac{80,000}{600} \times 1.414 \approx 188\text{A}$$ 留裕量后取$I_{peak}=200\text{A}$。 5. **寄生电感假设**:线路寄生电感$L=1\text{μH}$(典型值)。 6. **允许电压尖峰**:假设$V_{peak}=800\text{V}$(需低于IGBT耐压值,如1200V IGBT留33%裕量)。 --- ### **二、缓冲电容计算公式** 基于能量守恒定律,缓冲电容需吸收开关瞬态能量: $$C = \frac{L \cdot I_{peak}^2}{V_{peak}^2 - V_{dc}^2}$$ 代入参数: $$C = \frac{1 \times 10^{-6} \cdot 200^2}{800^2 - 600^2} = \frac{0.04}{280,000} \approx 142.86\text{nF}$$ **取整后建议值:$C=0.15\text{μF}$。** --- ### **三、选型建议** 1. **电容耐压**:至少$1000\text{V}$(高于$V_{peak}$)。 2. **电容类型**:高频薄膜电容(如聚丙烯电容),低ESR和ESL。 3. **拓扑适配**: - 若为全桥拓扑,每只IGBT需独立缓冲电容。 - 并联多电容时需均衡布局以降低寄生电感。 --- ### **四、注意事项** 1. **实际调试**:通过示波器观测电压尖峰,调整电容值至$V_{peak}$符合安全范围。 2. **热管理**:高频下电容发热显著,需确保散热条件。 3. **参数修正**:若实测寄生电感$L$或电流$I_{peak}$与假设差异较大,需重新计算。 --- ### **五、总结** **初始推荐值**:$0.15\text{μF}/1000\text{V}$薄膜电容,最终值需结合实测优化。 **扩展建议**: - 采用RCD缓冲电路(电阻+电容+二极管)进一步抑制尖峰。 - 参考同类设备经验值(如$0.1\text{μF} \sim 1\text{μF}$范围)。 通过理论计算与实验验证结合,可确保IGBT可靠工作。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值