同惠電子TH2638A高速精密電容測量儀應(yīng)用于新能源汽車

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃發(fā)展，新能源汽車更是憑借其低碳環(huán)保和低使用成本等優(yōu)點而備受廣大消費者的青睞。

在新能源汽車中，電機、電池和電機控制技術(shù)是新能源汽車的三大核心。電機控制技術(shù)的核心需要高效電機控制的逆變器技術(shù)，高效電機控制的逆變器技術(shù)則需要一個功能強大的IGBT模塊和一個與之匹配的DC-Link電容器。IGBT模塊的重要性不言而喻，而DC-Link電容器的性能優(yōu)劣同樣不容忽視，因而對于該電容器的可靠檢測是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

關(guān)于電容，我們知道，由于材料、生產(chǎn)工藝以及其他因素的影響，自然界中不存在純凈的電容，一般會包含寄生參數(shù)，如下圖所示：

電容串聯(lián)等效模型圖

在電容的串聯(lián)等效模型中，實際電容是由本身電容 Cs、引線電阻 Rs(ESR)，引線電感 Ls (ESL)串聯(lián)構(gòu)成。

電容器的阻抗頻率特性圖

根據(jù)阻抗頻率圖我們可以看到：

①當(dāng)頻率 << 諧振頻率時，Ls(ESL) 造成的影響忽略不計，可以等效為是 Cs 和 Rs(ESR) 串聯(lián);

②當(dāng)頻率 ≈ 諧振點時，Ls(ESL) 的影響不能忽略;

③當(dāng)頻率 >> 諧振頻率時，Cs 的影響忽略不計，可以等效為是 Rs 和 Ls(ESL) 的串聯(lián)。

以前大容量電容一般應(yīng)用在低頻領(lǐng)域，所以有些客戶對 Ls(ESL) 的關(guān)注就很少，往往會把重心放在 Cs、Rs(ESR) 上，但隨著近幾年新能源汽車的快速發(fā)展，越來越多的大容量電容被應(yīng)用在新能源里面，而且實際使用的頻率也越來越高，這時候引線電感 Ls(ESL) 的大小直接能影響電容的質(zhì)量評定，所以需要精確測量。

敲重點!DC-Link薄膜電容的特點↓↓↓

a) 容量高，可高達(dá)1000μF甚至更高

b) 頻率特性穩(wěn)定，產(chǎn)品高頻特性好，工作頻率約為10kHz

c) 低ESR(串聯(lián)等效電阻)，最小可達(dá)0.2-0.5mΩ，甚至更小，耐紋波電流能力強

d) 低ESL(串聯(lián)等效電感)，最低可達(dá)<10nH，減小了在開關(guān)頻率下的震蕩效應(yīng)，因此可忽略掉吸收電容

e) 產(chǎn)品安全性好，耐過壓能力強，抗浪涌電壓能力大于1.5倍的額定電壓

f) 沒有極性，能承受反向電壓

g) 額定電壓可達(dá)800V以上，不需要串聯(lián)和平衡電阻

提問&解答

Q：如何精準(zhǔn)且快速測試DC-Link?

A：這是一個世界性難題。在以往，測試大電容的常見方法一般有兩種，分別為：

一、高低頻測試法：

由圖一可以看到實際電容的阻抗頻率特性與理想電容式完全不同，由圖二可以看到隨著頻率增加，XL=ωL和Zc是越來越接近的，通常理論認(rèn)為，當(dāng)頻率越高，一般為1MHz或者更高的時候，根據(jù)阻抗計算公式：

先用低頻去測試 Cs、Rs(ESR)，然后用高頻測試 Ls(ESL)，Rs(ESR)。這種測試方法要求高低兩種測試頻率必須遠(yuǎn)離諧振點，才能降低 Ls(ESL)，Cs 造成的誤差影響。

舉個例子：經(jīng)常有客戶用1MHz去測試大電容來得到 Ls(ESL) 值，但因為 Cs 的存在，同時 1MHz 這個頻率離諧振點并不足夠遠(yuǎn)，所以這種方法測試得到的 Cs，Ls(ESL) 這兩個值都只能算是近似值，精度有限，但同惠TH2840、TH2838H和TH2829系列都可以給您一份滿意的測試結(jié)果。

二、諧振法：

根據(jù)阻抗頻率圖，我們可以看到大電容的諧振點阻抗最低，所以用掃頻儀產(chǎn)生信號源，同時測試電容的阻抗，尋找諧振點，然后通過計算就能算出 Cs 和 Ls(ESL)。

這種方法對掃頻源產(chǎn)生的信號源要求很高，要求步進(jìn)頻率越小越好，同時對阻抗的測試要求也很高，因為是掃頻，步進(jìn)頻率小，測試要求非常高，所以測試速度很慢，一般實驗室使用，很少應(yīng)用到生產(chǎn)線上。與此同時，由于測試的時候沒有專用的四端測試夾具，即使計算出來了Cs、Rs(ESR)、Ls(ESL)，結(jié)果也不一定準(zhǔn)確，但TH2839、TH2851都克服了這類問題，均可以為您進(jìn)行精密的阻抗分析。

三、同惠測試法

在實際應(yīng)用中，大電容的高頻特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)比理想狀態(tài)更復(fù)雜，因此，常規(guī)自動元件分析儀或者阻抗分析儀由于沒有專用的四端測試夾具，以及由于儀器內(nèi)阻過大，會造成實際加載測試端分壓過小，導(dǎo)致測試結(jié)果不穩(wěn)定甚至不準(zhǔn)確。

同惠TH2638A 高速精密電容測量儀對大電容的測試不同于以上兩種測試方法，也不同于常規(guī)自動元件分析儀和阻抗分析儀的測試方法，具有四大核心優(yōu)勢：

①專用的四端測試夾具

TH2638A標(biāo)準(zhǔn)的四端測試夾具，保證了小阻抗器件測試精度的問題。

②獨特的信號源輸出阻抗設(shè)計

TH2638A獨特的信號源輸出阻抗設(shè)計，不僅保證了加載到器件兩端的信號電平足夠高，而且提高了測試精度。

③超密的量程設(shè)計

TH2638A超密的量程設(shè)計，可以大大保證了測試的精度，重復(fù)性和一致性。

④采用雙頻測試

TH2638A 選用兩種頻率測試電容，通過算法算出 Cs，Rs(ESR)， Ls(ESL)，準(zhǔn)確率和測試速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高低頻測試法和諧振法。當(dāng)我們在測試大電容的三參數(shù)時，首先要選取兩個頻率，這兩個頻率不能隨便選取，要按照一定的方法選取才能保證測試精度，選取方法如下：

→TH2638A 熱機半小時后，用測試夾具短路清零，然后測試參數(shù)選擇 Cs-RS(ESR)，用測試夾具測量被測電容，分別用 100Hz， 1kHz，10kHz，40kHz，100kHz 測試被測電容，記錄測量結(jié)果，然后選取 Rs(ESR) 最接近的兩個頻率作為測試頻率。在 SETUP 里面設(shè)置上述選取的兩個頻率中的一個頻率為基頻，然后主測試界面里的測試頻率設(shè)置為另一個頻率，將功能改為 Cs-Rs-Ls 就能得到精準(zhǔn)的測試值。

作為新能源汽車中大容量電容難題“終結(jié)者”，TH2638A 系列高速精密電容測試儀使DC-Link電容可以在設(shè)定的頻率下穩(wěn)定測試高達(dá)1mF的容量、1μΩ穩(wěn)定值的ESR、0.01nH穩(wěn)定值的ESL，而且測試結(jié)果更接近于大電容實際使用場合的真實值，為廣大DC-Link電容器廠家提供了一個高效、高性價比的完美解決方案。

審核編輯：湯梓紅