单相功率变换器交流侧的脉动功率会导致DC-link母线上产生低频纹波电压和纹波电流，影响直流侧设备的性能或寿命。通常采用在DC-link母线上并联电容方式来抑制此低频纹波分量：采用容量较大的铝电解电容和薄膜电容组成的无源电容模组方案；利用有源开关器件对电容电压进行控制构成的有源电容方案。无源电容方案无疑制约了变换器的功率密度，有源电容方案提高了电容利用率，所需要的电容可以大大减小，从而提升了功率密度。然而，DC-link电容除了作为能量缓冲器平滑DC-link母线电压，还作为储能装置在DC-link电压突然下降（如电网故障或扰动引起并网点的电压跌落等）的系统支撑时间（hold-up time）内，为系统提供必要的能量支撑，甚至向电网提供一定无功功率支持电网恢复。因此DC-link电容还需满足hold-up time性能指标，这无疑对功率变换器功率密度提出了一定的挑战。本文将对三种DC-link电容进行研究与设计，对比分析低频纹波抑制能力、hold-up time性能和功率密度，并进行实验验证。
　　首先，设计抑制低频纹波分量的DC-link电容。通过电路拓扑和数学建模分析单相PWM整流器DC-link母线的低频纹波电压的产生机理，选取无源电容、电流反馈型有源电容和电压反馈型有源电容进行参数设计和控制设计；在PLECS软件中搭建单相PWM整流器和DC-link电容仿真电路，对比分析三种DC-link电容的母线纹波电压和电流抑制效果。
　　然后，针对DC-link电容在hold-up time场合中的应用，重新设计三种DC-link电容中的储能电容部分，并加入hold-up time的控制环节。从提升功率密度的角度进行功率器件选型，选取高功率密度、低功率损耗的宽禁带GaN开关器件并计算功率损耗；基于器件的损耗和热阻对散热片选型；基于选型结果，分析三种DC-link电容的成本和功率密度；在PLECS软件中对三种DC-link电容的hold-up time性能进行仿真，与理论分析进行对比。
　　最后，搭建实验平台对两种DC-link电容进行实验验证与分析。搭建5.5kW单相PWM整流器、无源电容和电流反馈型有源电容硬件平台。实验验证两种DC-link电容的低频纹波电压抑制功能和hold-up time性能。在实现设计目标的基础上，所设计的电流反馈型有源电容硬件装置的功率密度高于无源电容，对变换器的功率密度有明显的提升效果。