談到 EV 電氣化係統的創新和升級，以往大家的目光往往會聚焦在主控製單元和功率元器件這些“紅花”上，而對一些外圍元器件——比如電容——的關注則不是那麼多，而實際上這些作為“綠葉”的元器件，會對設計整體的性能產生至關重要的影響。本文將以 Vishay 的薄膜電容在車載充電器上的應用為例，與大家深入的探討電動汽車中電容器的選型和應用。

 

從電解電容到薄膜電容

 

在(zai)電(dian)容(rong)器(qi)這(zhe)個(ge)大(da)家(jia)族(zu)中(zhong)，鋁(lv)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)是(shi)資(zi)曆(li)最(zui)老(lao)的(de)一(yi)位(wei)，以(yi)往(wang)在(zai)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)領(ling)域(yu)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)也(ye)非(fei)常(chang)廣(guang)泛(fan)。不(bu)過(guo)，隨(sui)著(zhe)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu)的(de)發(fa)展(zhan)，電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)的(de)一(yi)些(xie)短(duan)板(ban)也(ye)逐(zhu)漸(jian)顯(xian)露(lu)出(chu)來(lai)。這(zhe)時(shi)，就(jiu)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)性(xing)能(neng)更(geng)佳(jia)的(de)替(ti)代(dai)方(fang)式(shi)，這(zhe)個(ge)替(ti)代(dai)者(zhe)就(jiu)是(shi)薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)。

 

與電解電容相比，薄膜電容的性能優勢體現在耐壓高、ESR 低、無極性、性能穩定、壽命長等方麵，這使得其應用係統設計更簡化

、抗紋波能力更突出、在苛刻環境中使用更可靠。

 

圖1：薄膜電容器的性能優勢

 

ruguowomenjiangbomodianrongdetexing，yudiandongqichedeshiyongchangjingxiangduibi，huifaxianliangzheyouhengaodeqihedu，yincikeyishuobomodianrongshidiandongqichedianqihuadelixiangzhixuan！當然

，一顆可以“上車”使用的電容，還必須滿足更為嚴苛的車規（如 AEC-Q200）的約束，以及滿足在更惡劣環境中使用的測試規範，因此我們就需要沿著這樣的思路去進行選型和應用。

 

OBC中的薄膜電容

 

具體到電動汽車中的車載充電器（On-Board Charger，OBC），如何在設計中發揮出薄膜電容的性能優勢呢
？

 

圖2：OBC在電動汽車中的作用

 

一個 OBC 係統通常包括兩個主要的部分：將交流市電變成直流電的整流器電路

，以及生成充電所需直流電壓的 DC-DC 功率變化器。在這個過程中，可供薄膜電容施展身手的應用場景包括：

 

●    EMI 濾波

●    DC-LINK

●    輸出濾波

●    諧振腔

 

圖3：薄膜電容在OBC中的應用場景

 

對於這些應用，Vishay 都有相應的薄膜電容產品可供使用。而且特別值得一提的是
，所有這些 Vishay 的產品，都通過了 AEC-Q200 車規認證，並且在很多類別中都特別提供了可供高溫高濕（THB）環境使用的型號，給開發者選型提供了更多的自由度。下麵我們以幾個重點薄膜電容為例做詳細介紹。

 

EMI 濾波

 

為了消除 OBC 在交流輸入端的電磁幹擾（EMI）對電網和其他電子設備的影響，需要在 OBC 的輸入端加入 X 電容和 Y 電容：其中 X 電容主要是濾波作用，並聯在 L

、N 線之間濾除的差模信號；Y 電容接於 L 和地或 N 和地之間，對稱使用，用於共模濾波。

 

Vishay 可用於 OBC 的 X2 電容包括 MKP339 X2 和 F339 X2，這兩個電容都可以耐受 2.5kV 的脈衝衝擊，而主要的差別在於 MKP339 X2 有相對更廣的容值範圍可供選擇，而 F339 X2 是一顆對高濕環境耐受力較強的元件，符合 IEC 60384-14: 2013 / AMD1: 2016 grade IIB 規範，額定電壓下在 85°C，85% 相對濕度（RH）可完成 500 小時測試。

 

MKP339 X2（左） 和 F339 X2 THB（右）

 

表1：MKP339 X2 和 F339 X2 電容主要特性比較

 

表2：IEC 60384-14:2013/AMD1標準一覽

 

對於用於 EMI 濾波的 Y2 電容，可供選擇的 Vishay 薄膜電容也有兩款
，分別是 MKP338 6 Y2 和最新推出的 F340 Y2， F340 Y2 同樣是一顆通過“高濕高可靠性”認證的元件，在溫度 85°C
、相對濕度 85%、額定 AC 電壓條件下，經過 1000 小時溫濕度偏壓（THB）測試，電容值、損耗因數和絕緣電阻具有極高穩定性
，可讓開發者的設計在相同的性能下實現更高的魯棒性。

 

MKP338 6 Y2（左） 和 F340 Y2（右）

 

表3：MKP338 6 Y2 和 F340 Y2 電容主要特性比較

 

DC-LINK 直流支撐

 

在 OBC 中的整流電路和 DC-DC 轉化器電路之間，需要一顆 DC-LINK 電容來做電流支撐濾波
，其主要作用是吸收 DC-LINK 直流母線端的高脈衝電流
，防止在 DC-LINK 的阻抗上產生高脈衝電壓，防止負載端受到過電壓的影響。薄膜電容耐高壓
、大容量
、無極性等特性非常適合 DC-LINK 濾波應用。

 

Vishay 的 MKP1848 是 DC-LINK 電容的理想之選，它具有最高 400μF 的電容值，低 ESR 和優異的抗紋波能力
，超過 100,000 小時的使用壽命
，以及最高 105℃ 的工作溫度。同樣，Vishay 也提供了一款高濕高可靠的 MKP1848H 係列，滿足溫度 85°C、相對濕度 85%
、額定 DC 電壓條件下
，1000 小時溫濕度偏壓 (THB) 測試要求。

 

MKP1848（左） 和 MKP1848H（右）

 

輸出濾波
 

為了提升 OBC 直流輸出的瞬態響應特性，需要一顆大容量、低 ESR 的輸出濾波電容。為此，Vishay 提供了 MKT1820 低壓 DC-LINK 薄膜電容
，該係列產品最高容值達 560μF，額定電壓可選範圍寬（63Vdc-1000Vdc），同時高溫特性突出，有限時間內可在 150°C 下工作。值得一提的是，MKP1848 和 MKP1848H 也可用於 DC 輸出濾波，這使得該應用的可選薄膜電容的範圍更廣泛。從表 3 中
，可以看到這幾個 DC-LINK 電容的特性比較。

 

MKT1820

 

表4：MKP1848

、MKP1848H 和 MKT1820 電容主要特性比較

 

諧振腔

 

除了上述的薄膜電容產品，Vishay 在 2019 年末推出的交流和脈衝金屬化聚丙烯薄膜電容器 MKP385e，憑借高度穩定的脈衝強度和紋波電流性能，成為 OBC 諧振轉換器電路的理想之選。

 

MKP385e 係列 從 400VDC 至 2500VDC 提供八種額定電壓，額定電壓 630VDC 以下電容器采用單體結構，630VDC 以上產品采用係列薄膜結構，電容器額定容量為 0.001 µF 至 15µF，ESR 低至 4mW



，抗紋波電流能力高達 19.3A。可靠性方麵，MKP385e 最高工作溫度達 125°C，額定電壓下 60°C、93% RH 溫濕度及偏壓（THB）測試長達 56 天
，符合 IEC 60384-17 和 AEC-Q200 標準（D 版）。

 

MKP385e

 

我們將上述 Vishay 薄膜電容在中的 OBC 中的應用做一個歸納
，供大家參考。

 

圖4：Vishay 薄膜電容在中的 OBC 中的應用

 

通(tong)過(guo)以(yi)上(shang)的(de)介(jie)紹(shao)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，憑(ping)借(jie)自(zi)身(shen)的(de)特(te)性(xing)優(you)勢(shi)，在(zai)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)領(ling)域(yu)薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)取(qu)代(dai)傳(chuan)統(tong)的(de)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)，已(yi)經(jing)是(shi)大(da)勢(shi)所(suo)趨(qu)。由(you)於(yu)工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)已(yi)經(jing)看(kan)到(dao)了(le)薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)的(de)諸(zhu)多(duo)優(you)勢(shi)，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)汽(qi)車(che)相(xiang)關(guan)設(she)計(ji)中(zhong)
，薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)替(ti)代(dai)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)這(zhe)一(yi)趨(qu)勢(shi)尤(you)為(wei)明(ming)顯(xian)。讀(du)懂(dong)這(zhe)個(ge)趨(qu)勢(shi)
，你(ni)的(de)設(she)計(ji)才(cai)真(zhen)正(zheng)能(neng)夠(gou)經(jing)得(de)住(zhu)市(shi)場(chang)的(de)推(tui)敲(qiao)。

 

 

推薦閱讀：