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用于电动车高压滤波电路的小型化电容器

当今社会追求更优的经济发展模式以及更低的二氧化碳排放量,这一动因促使汽车电子市场朝着与以往发展轨迹完全不同的路径前行。过去的几十年…

当今社会寻求更优的经济开展形式以及更低的二氧化碳排放量,这一动因促进轿车电子商场朝着与以往开展轨道彻底不同的途径前行。曩昔的几十年傍边,轿车体系的电气负载已从简略的照明和充电进化为包含引擎办理及操控、传感器及安全,当然也包含文娱功用,这使得轿车更为智能化也愈加杂乱。

随同这一趋势,咱们看到在高强度照明、安全体系、传动与操控和动力体系方面运用了更多的电子设备,以便获取更佳的驱动作用。在传动体系方面运用电气负载代替传统的机械和液压负载,这一行动进步了作业效率,然后使得业界更为重视电动轿车概念——混合动力车(HEV)和纯电动车(EV)。

然而对电动轿车的更多需求和需求,也给传统的12V电源体系带来了更多的应战。相同,更高的耐压,关于更有用、更灵敏地处理动力传动负载,也至关重要。开关式电源(SMPS)为这一改变需求供给了根底。此外,电力电子设备的前进也对更高等级规范的元器件的运用提出了需求,例如对更高耐压、更高容值和更小尺度的电容器的需求。

传统上,高耐压、高容值的电容器一般经过电解电容或许薄膜电容来完成,其体积一般较大。虽然经过多年的开展,高耐压、高容量的电容器的小型化发展仍是非常有限。当时获得的发展首要在高耐压方面,但是很难一起统筹高容量;或许是到达高容量但是电压一般小于50V,很显然,这无法满意轿车电子商场的运用需求。

为了一起获取高耐压和高容量,业界常见的做法是根据DSCC 87106/88011和MIL-PRF-49470的规范将多个陶瓷电容器叠加在一起,这种做法占有空间较大且较重,而且价格昂贵。因而,业界一向存在着对更轻、更小的高耐压、高容量的电容器的需求。

过往技能约束

陶瓷电容器的失效形式决议了规划上的约束,而多种失效形式的存在也约束了中、高耐压电容器的容值进步。

有些失效形式是外在的,如机械应力或热应力导致的开裂,但一起咱们也需求深入探讨内涵失效形式,这在制作商的管控规模之内。

多层陶瓷电容器在规划上的约束要素,随年代的不同而发生着改变。前期多层陶瓷电容器面对的首要约束要素,是电介质资料自身的点缺陷和杂质,这些要素影响了资料的质量和纯度,如图1,然后约束了电容器内部层数的上限和每层厚度的最小值。

跟着电介质资料自身质量的进步和操作流程的改善,约束要素改变为电介质资料自身的强度,而该要素一旦得到了处理,咱们本能够预期制作出更大更厚的电容器,而不用忧虑发生介质击穿或点失效,如图2。

但是一种新的失效形式呈现了,咱们称之为压电应力开裂,一般指压电效应或许电致形变现象,如图4所示。这种失效形式迄今为止仍是多层陶瓷电容制作所面对的约束要素。它影响大多数的钛酸钡二类(Class II介质,并约束了1210以上尺度、200V以上耐压的陶瓷电容器的容值规模)。

如图3所示,开裂一般沿着一层或两层介质层贯穿整个电容的中部。大多数的处理方案是将多个电容器经过增加引脚进行叠加,然后在给定尺度下进步容值,但这需求耗费很多人力,花费较多本钱,并会发生牢靠性问题。别的的处理方案运用特别电介质配方,但一起以献身介电常数作为价值,并影响终究可获得的容值巨细。



图4. X7R多层陶瓷电容在直流偏压下的形变

处理方案

如图5所示,StackiCap是一种应对压电失效约束的的片式陶瓷电容的处理方案。其运用的专利技能GB Pat./EP2013/061918立异性地在电容器内部加入了一层压力缓冲层,使得该电容器既可展示出多个叠加电容的功能,一起在制作和加工流程上又具有单个电容器的长处。

压力缓冲层运用现成的资料体系组合,并经过规范的制作流程。压力缓冲层加在机械应力最大的一个或多个部位,然后缓解因为压电形变而带来的机械应力。根据目前为止的试验,压力缓冲层能够将多层电容器在内部分红2段、3段或4段,然后大幅缓解内部形变带来的机械应力,一起经过FlexiCap柔性端头技能开释端头上的机械应力,这样咱们就不需求将多个电容器进行叠加了,咱们也就不需求再给电容器拼装引脚,然后便利规范化的卷带包装以及自动化贴装。


图6. SEM显微图:“海绵”状压力缓冲层的截面

小型化

在大幅进步容值的一起,StackiCap可完成元件尺度的明显缩小。以下图片直观地展示了StackiCap的优越性。

图7显现了现已研制的StackiCap的各规范产品尺度:1812,2220,2225和3640。后续研制的5550和8060在此未作图示。图8显现了最多5颗电容叠加的引脚电容组件,单个电容尺度为2225,3640,5550和8060。图9和图10显现了单个StackiCap电容器所能代替的电容组件。一个极点的比如是8060,1kV,470nF的电容现在可被单颗2220,1kV,470nF的StackiCap代替;3640,1kV,180nF的电容现在可被单颗1812,1kV,180nF的StackiCap代替,体积别离缩小到本来的1/10和1/7。

产品系列规模

表1:StackiCap与一般电容比照表

牢靠性测验认证

StackiCap现已过如下牢靠性测验:

(1) 寿数测验。StackiCap系列电容在125℃,1倍或1.5倍的额外电压下继续作业1000小时。

(2) 85/85测验。StackiCap系列电容在85℃/85%RH条件下继续作业168小时。

(3) 弯板测验。StackiCap系列%&&&&&%被安装在Syfer/Knowles的测验用PCB上进行弯板测验,以评价元件的机械功能。

(4) AECQ200 轿车电子认证测验。

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