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DC-Link电容在电动汽车中的应用环境
在混动或纯电动汽车的动力总成应用中(下面简称xEV)，功率转换是一个典型应用场景。
我们先看下xEV的典型物理架构。如下图所示，电动汽车配备有一个电池包(Traction Battery Pack)，用于储存驱动系统所需的能量；同时还包括一个驱动电机(Electric Traction Motor)、一个逆变器(Power Electronics Controller)，用于功率转换和能量传递。这些关键部件均在高电压范围内运行，通常在280VDC~800 VDC之间。
此外，汽车行业对组件的可靠性要求极为严格，下图所示的这些组件必须能够在极端高温、持续振动、恶劣环境条件下也能稳定运行。
图片来源：网络
下面我们聚焦在高压链路上，如下图所示的红色路径。在动力总成中，牵引逆变器是将电池储存的电功率转换为驱动电机所需的机械功率的关键环节。那么，在这个过程中，DC-Link电容起什么作用呢？为什么说TA不可或缺？
02
三级电源逆变系统 与 DC-Link电容
第一阶段（Stage I）是输入级，它从电池组输出直流电压。 第二阶段（Stage II）利用DC-Link电容进行转换，这个电容器在DC总线上起着过滤和平滑DC电压的关键作用。 第三阶段（Stage III）则通过高频开关启动转换过程，其输出类似于电源整流器。此外，当负载产生瞬时需求时，该阶段还能将逆相功率输送到负载上。
所以，看出了吗？
聚焦于stage2，DC-Link电容在整个电源转换系统中扮演着至关重要的角色。它位于第一级和第三级之间，负责稳定由第三级高频电源开关电路产生的“纹波”，是平衡电源路径上的瞬时波动功率的关键！而对于DC-Link电容而言，这里的纹波电流/电压，是在特定频率和温度下电容器能够承受而不失效的交流与直流电压的总和，这是设计电容、评估电容性能的重要指标。具体来说，DC-Link电容器（位于Stage II）的主要功能有两点：平滑电压、平滑电流。
那么，究竟平滑的是什么电压？又平滑了哪些电流呢？
将DC链路中的DC端电压源与功率桥之间的寄生电感效应解耦，实现"平滑电压"
|SysPro备注：经常有人会说起DC-Link电容是用来"平稳电压"的，其实并不准确，这只是最后结果，母线电容的真正作用是提供一个将电源和功率桥臂之间隔离的场所，隔离的正式这些来自母线电缆、铜排上的寄生电感，这些寄生电感引发的电压波动，这种波动会反映在相电流中，导致电机运行不稳定和效率降低。
为高频电流提供一个低阻抗的通路，实现"平滑电流"
|SysPro备注：当频率增加时，电池和电缆的寄生电感作用更显著，这会导致阻抗增加，而DC-Link由于快速的充放电，其阻抗会降低。因此，高频交流电会优先选择电容作为通过的路径，这种高频电流被也就是我们经常说的"纹波电流"。电容器能够吸收和释放电荷，从而平滑电流波形，减少了由开关操作引起的高频噪声和波动。
那么，DC-Link如何设计，才能有效、高效的实现上述目标呢？即更好地隔离、提供一个更优质的高频电流路径？我下面从这两个目标出发，做下逻辑上和机理上的解释。
03
04
如何合理的定义许用纹波电流？
(定义逻辑、理论基础、影响分析)
（知识星球发布）
...
电动汽车逆变器DC-Link电容选择几点建议
（知识星球发布）
母线断开，如何设计DC-Link电容，确保负载短时工作？
（知识星球发布）
备注：实际应用中，建议大家要考虑电容的温度特性、电压波动范围以及系统的动态特性等因素，以确保系统真实运行环境中的稳定，这点我们后面会进一步展开讲讲。以上，希望有所帮助！
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2024年12月18日
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