【導讀】在工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）等新興行業(yè)趨勢的推動(dòng)下，制造和裝配過(guò)程自動(dòng)化繼續得到越來(lái)越普遍地采納，而低電感電解電容器有助于在機器人和其他工業(yè)設備中降低成本，提升性能。
在工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）等新興行業(yè)趨勢的推動(dòng)下，制造和裝配過(guò)程自動(dòng)化繼續得到越來(lái)越普遍地采納，而低電感電解電容器有助于在機器人和其他工業(yè)設備中降低成本，提升性能。
聚丙烯薄膜和電解電容器都適用于大功率工業(yè)應用中的大容量平滑和去耦等任務(wù)，這些包括開(kāi)關(guān)模式電源的輸出以及穩定變頻電機驅動(dòng)器和固定頻率發(fā)電機的直流鏈路等。相對于其他電容器技術(shù)，電解電容器在小尺寸下仍可提供較高電容，且成本較低，并且通常在高達約600V的應用中更受歡迎。
每個(gè)真正的電容器都會(huì )有相應的電感，當高頻紋波電流通過(guò)器件時(shí)會(huì )產(chǎn)生電壓尖峰。專(zhuān)為低寄生電感而設計的電容器可以減小這些電壓峰值的幅度，從而允許設計人員使用較低電壓等級的功率半導體器件。此外，采用低電感器件還可以減少每組所需的電容器數量，從而有助于降低總體成本，并減小尺寸和重量。
電容器的寄生電感
一個(gè)理想電容器能夠將所有存儲的能量瞬間傳輸到負載，而實(shí)際應用中電容器則不同，由于具有不想要的寄生元件，而這些元件可以視為與電容串聯(lián)的等效電感和電阻（ESL和ESR）。不需要的電感會(huì )造成包括導致感應電壓尖峰等影響，可能會(huì )損壞連接到電路的敏感元件。此外，雜散電感和器件電容之間的相互作用也會(huì )導致噪聲，從而影響電路穩定性和功率質(zhì)量。
一般來(lái)說(shuō)，電感傾向于阻礙電流的變化，其影響的大小取決于頻率。容抗隨頻率升高降低，而感抗則隨頻率升高而趨于增大。這兩種電抗在電容器的自諧振頻率處變得大小相等，但相位相反，產(chǎn)生抵消效應，使總電抗為零，電容器的阻抗完全由ESR引起：
在自諧振頻率以下，該元件表現為一個(gè)電容器，并且阻抗隨著(zhù)頻率的增加而趨于減小。隨著(zhù)頻率的增加，阻抗特性開(kāi)始偏離并在自諧振頻率處達到最小值。高于該頻率，電感特性占主導地位，阻抗增加。降低電容器的ESL會(huì )提高自諧振頻率。
低電感電容器需求
大容量電容（bulk capacitance）是能夠從低電感電解電容器中受益的一個(gè)應用，它通常會(huì )受到高頻開(kāi)關(guān)的影響。此外，工業(yè)逆變器驅動(dòng)等直流鏈路應用需要低ESL電容器，以最大限度地減少自發(fā)熱，同時(shí)增強對功率器件的保護。標準電解直流鏈路電容器的ESL以及相關(guān)連接、電纜和其它元器件一起產(chǎn)生電壓尖峰，需要在每個(gè)逆變器相橋臂（phase leg）上放置一個(gè)緩沖器。降低電容器本身的ESL可以使總體電感降低，甚至達到可以完全消除每個(gè)逆變器相橋臂緩沖電路的程度。
內部電容設計
影響較大型螺釘端子電解電容器ESL的主要內部元件包括板接端子（deck terminal）、內部連接片和繞組，如圖1所示。通過(guò)優(yōu)化內部布局，可以有效降低ESL，消除電容器電流產(chǎn)生的所有磁場(chǎng)，這可以通過(guò)諸如減小繞組元件和端子之間的距離，以及減小接線(xiàn)片之間的距離等技術(shù)來(lái)實(shí)現。圖1比較了標準電容器與低電感型號的內部布局，說(shuō)明了重新設計這些特性如何將電感降低多達40%。
圖1：影響電容器電感的因素，以及在高壓鋁電解電容螺絲端子中將ESL降低多達40%的效果。
優(yōu)化端子設計
如圖2所示，減小端子之間的距離會(huì )產(chǎn)生電感消除效應。此外，也需要降低端子的高度以縮短總導體長(cháng)度。端子下方若有較大表面積，能夠允許內部連接片的間距更小，以最大限度地改善電感消除效果。這種設計還可利用多個(gè)并聯(lián)的接線(xiàn)片。
圖2：降低端子高度并使其間距更近，以及帶來(lái)的端蓋設計相關(guān)變化。
低電感電容器進(jìn)展
降低整個(gè)電路的電感可以降低電源線(xiàn)上電壓尖峰幅度（參見(jiàn)圖3），而電解電容器是其中一個(gè)影響因素。從圖3可見(jiàn)，由陡峭邊緣脈沖引起的峰值降低最為顯著(zhù)。降低電力線(xiàn)上的峰值電壓具有多種優(yōu)勢，其中包括允許設計人員采用較低額定電壓的功率半導體器件，從而能夠降低成本以及提高功率密度。此外，電容器組的構建可以使用數量更少的電容器來(lái)實(shí)現相同的性能，從而降低變頻器的成本、重量以及對空間的要求。
圖3：電壓瞬態(tài)示例，這可以通過(guò)選擇更好的電容器來(lái)緩解瞬態(tài)影響（使用具有更好ESL特性的元件）。
結論
降低電源電容器的ESL有助于減少工業(yè)自動(dòng)化、機器人、電源管理和智能工廠(chǎng)設備等應用的物料清單。由于較低的ESL會(huì )提高電容器的自諧振頻率，從而能夠在更高開(kāi)關(guān)頻率的電路中使用，并可以降低峰值電壓尖峰，同時(shí)允許使用額定值較低的功率半導體器件。通過(guò)幫助降低噪聲，較低的ESL也有助于提高開(kāi)關(guān)模式電源輸出的功率質(zhì)量。
低ESL電解電容器體現了許多設計創(chuàng )新，其中包括減少互連長(cháng)度，利用電感消除技術(shù)等等。在較高電壓下，ESL降低的比例可實(shí)現最大化，目前測量到的電容器ESL改善可高達40%。
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