電容技術(shù)在汽車領(lǐng)域的升級與發(fā)展

電容這種基本元件，是任何硬件電路都離不開的，可以說這些元件不僅關(guān)系到硬件電路整體的穩(wěn)定性，還決定了電子設(shè)備質(zhì)量的優(yōu)劣。在電動(dòng)汽車應(yīng)用中，更是少不了電容這類器件的應(yīng)用。新能源車上的車載充電器（OBC）、DC/DC、主電機(jī)驅(qū)動(dòng)、輔驅(qū)等多個(gè)部位，就有著DC薄膜電容器廣泛的應(yīng)用。

（車用薄膜電容，nichicon）

而高信賴性的MLCC也是一路為駕駛保駕護(hù)航。還有一些基于壓電陶瓷技術(shù)、反鐵電電容器技術(shù)的特殊電容為基于SiC和GaN半導(dǎo)體的快速切換轉(zhuǎn)換器的緩沖器和DC鏈路提供了極其緊湊的解決方案?？梢哉f各類電容的合適使用將帶領(lǐng)新能源汽車領(lǐng)域OBC、DC/DC、Inverter設(shè)計(jì)更上一個(gè)臺階。

DC薄膜電容在新能源汽車應(yīng)用中廣泛應(yīng)用

在新能源汽車中，DC薄膜電容主要應(yīng)對的方向有三，EMI、旁路的耦合/去耦、濾波。當(dāng)然也會(huì)涉及儲(chǔ)能等其他應(yīng)用，但是最主要的應(yīng)用方向就是這三個(gè)。在這類應(yīng)用選型上，DC薄膜電容的自愈性、失效開路、低耗散系數(shù)在考量上的優(yōu)先級是更高的。

（圖源：TDK）

這些特性中又以自愈性最為關(guān)鍵。DC薄膜電容器良好的自愈能力意味著器件耐過壓能力強(qiáng)，高頻性好，可以明顯提高電動(dòng)汽車的性能、延長蓄電池的使用期限，從而解決新能源車車載量低，續(xù)航里程段的問題。DC薄膜電容的耐壓極限，以安規(guī)電容Y測試目前最高的水平可以達(dá)到4000V左右。

從模塊來看，車載充電器OBC上DC薄膜電容的使用是最多的，從EMI濾波到PFC電容，到DC-link電容，LLC諧振階段的電容，以及最后的輸出電容。在EMI應(yīng)用上的電容為了輔助OBC往小體積高功率方向的發(fā)展，現(xiàn)在也是盡可能往小體積做（前提是通過雙85測試）。有些會(huì)在器件上加上10mm腳距的選項(xiàng)，進(jìn)一步縮小尺寸，整體設(shè)計(jì)更緊湊。最成熟則是DC-link上的應(yīng)用，這一類應(yīng)用市面上已經(jīng)有很多成熟的應(yīng)用，在小尺寸之外會(huì)這類應(yīng)用更關(guān)注電流密度。

高信賴性MLCC如何助力新能源汽車發(fā)展

車載用高信賴性MLCC包括軟端子電容、支架電容和三端子電容。軟端子電容在端電極中加入了柔性樹脂層，可減少因應(yīng)力導(dǎo)致的“彎曲裂紋”問題。支架電容在端電極上安裝了金屬框架，具備大容值、低ESL和高信賴性的特點(diǎn)。而三端子電容則采用貫通式結(jié)構(gòu)，具備低ESL特點(diǎn)，可在廣頻帶中起到降噪去耦的作用。

現(xiàn)在很多車廠都要求廠家在12V電源回路中使用兩顆普通的MLCC來進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，也可以使用單顆高性能軟端子以保證回路的可靠性。其實(shí)不只在12V電源回路中，在任何需要緩解機(jī)械效應(yīng)的地方，都可以使用軟端子電容（如PCB板的分板處）。

支架電容傳統(tǒng)的支架結(jié)構(gòu)是將MLCC豎著往上堆疊，這種結(jié)構(gòu)最上端的MLCC和基板距離很遠(yuǎn)，會(huì)導(dǎo)致ESR/ESL上升。將MLCC橫向堆疊，可以有效降低ESR/ESL上升的風(fēng)向。不僅如此，這種堆疊方式還增加了可堆疊數(shù)量，能夠衍生出3顆電容并聯(lián)式的產(chǎn)品。高信賴性的MLCC還會(huì)對堆疊的金屬框架材料做優(yōu)化，進(jìn)一步降低阻抗成分。

（橫向堆疊方式，TDK）

隨著新能源汽車的發(fā)展，汽車的控制也需要達(dá)到PC、手機(jī)同等的控制功能，這一需求體現(xiàn)在需要更多的去耦電容來實(shí)現(xiàn)降噪。為了減少去耦電容的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)基板的小型化，三端子濾波電容采用特殊結(jié)構(gòu)解決此類問題。三端子電容則采用直流電可在內(nèi)部流通的貫通式結(jié)構(gòu)，可以很輕松地分離干擾信號。相對于普通端子，三端子電容在高頻領(lǐng)域的低阻抗尤為突出，具有很明顯的降噪特性。在ADAS和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)ECU等各式車載設(shè)備的電源回路中，都能發(fā)揮出很好的性能。

基于反鐵電電容器技術(shù)的特殊電容

好馬配好鞍，好的半導(dǎo)體器件配合好的被動(dòng)器件才能相得益彰。這種新型電容基于陶瓷材料PLZT，這種材質(zhì)具有高電介常數(shù)，可以在有限高度內(nèi)堆疊更多層數(shù)，保證高電容密度。與傳統(tǒng)的陶瓷電容器相比，其在施加應(yīng)用電壓下能達(dá)到其最大的電容值，這種電容隨電壓相應(yīng)增加的特性能更好地控制紋波電壓。

再加上其耐高溫的特性，這種新型電容SMD版本可以直接放在IGBT旁邊，最大限度降低電感值，因此在半導(dǎo)體器件開通關(guān)斷工作時(shí)，在它的幫助下不會(huì)產(chǎn)生明顯的過壓。目前這種元件僅有標(biāo)準(zhǔn)和軟端子兩種封裝方式，以后將增加更多尺寸和電壓等級選項(xiàng)。

小結(jié)

在高壓低容值范圍，陶瓷電容的覆蓋面是非常廣的，而鋁電解電容有較高的容值但是工作電壓相對較低。而薄膜電容器則介于二者之間，容值較高的同時(shí)工作電壓范圍也相對較廣。MLCC電容作為陶瓷電容的一種，在電容值覆蓋上也很廣，電壓也能達(dá)到較高的水平，只是不能達(dá)到有些陶瓷電容的超高壓。而基于反鐵電電容器技術(shù)的特殊電容目前僅有標(biāo)準(zhǔn)和軟端子兩種封裝方式，以后將增加更多尺寸和電壓等級選項(xiàng)。