ZHCUBT0 February 2024
4.5.2 PWM 频率对直流总线电压纹波的影响
总线电容器的一个主要功能是使总线电压变得平滑，并在开关时刻提供瞬态电流，从而使总线电压的纹波足够小。
当 PWM 开关频率增加时，对总线电容的要求会降低。由于 FET 的开关时间变短，电容器所需的电荷量变小，因此使用更高的 PWM 开关频率可以降低所需的总线电容值。
通常使用电解电容器作为总线电容器。电解电容器可以提供足够的电容，但也存在体积大、寿命短、高频特性差等缺点。相比之下，陶瓷电容器更稳定且尺寸更小，但陶瓷电容器可提供的电容有限。以下测试尝试通过增大 PWM 频率来用陶瓷电容器代替电解电容器。
通过在不同频率下测试电解电容器和陶瓷电容器的总线纹波，确定是否可以使用较小的陶瓷电容器。该测试使用了 60μF 和 100μF 陶瓷电容器（PN：C3225X7R2A106K250AC × 6 或 10）和 100μF 电解电容器（PN：ECA2AM101）。
图 4-18 48VDC、8kHz–80kHz PWM、PH_I = 5ARMS 时的直流链路电压交流纹波
如图 4-18 所示，随着频率增加，总线上的纹波逐渐降低，因此可以使用电容较小的电容器。但陶瓷电容器在低频 (< 80kHz) 下的电压纹波要大得多。该 10μF 陶瓷电容器在 50V 电压下的实际电容仅为 2.2μF，因此图 4-18 中对应于 60μF 和 100μF 陶瓷电容器的实际有效电容为 13.2μF 和 22μF。所以，其纹波大于 100μF 电解电容器的纹波。
当 PWM 频率增加到 80kHz 时，100μF 陶瓷电容器和电解电容器的电压纹波是类似的。因此，GaN 的超低开关损耗可用于将 PWM 频率提高到 80kHz。同时，为了减小尺寸，可以将电解电容器替换为容量相同的陶瓷电容器。
图 4-19 陶瓷电容器电容与电压间的关系曲线