广告

电动汽车充电器: 安规电容器的新要求

2021-02-10 Vishay公司Florian Weyland博士、Wolfgang Rettlinger和Thom 阅读:
用于抑制电磁干扰的电容器,也称安规电容器,是电池组和电源中的永久固定物。随着开关电源广泛用于计算机、打印机、电视和手机充电器等众多应用,安规电容器已在每个家庭中使用。由于汽车电气化及电源电压日益提高,安规电容产品正在越来越多的应用于汽车工业,并对此提出了新的要求。

在全球市场中,汽车制造商面临汽车电气化程度越来越高的压力。这不仅意味着需要安装新的辅助驾驶系统,而且需要在市场上推出电动汽车 (EV),无论混合动力汽车 (HEV) 还是全电动汽车。zBDednc

立法机构正在推动这一趋势, 为减少二氧化碳的排放创造条件。以电化学能量存储系统取代传统汽油或柴油燃料系统是使用电动汽车的前提。众所周知,电动汽车的电池不是用油气充电,而是在电源插座或充电桩上采用直流电压充电。因此,车辆需要具有相应AC/DC转换功能的电子充电装置,即所谓的车载充电器 (OBC)。zBDednc

这方面,这类充电器可以比作手机与其电源的关系,只是功率更高,并且可在更恶劣的环境下工作,因为汽车可能在寒冷的西伯利亚、炎热的沙漠、潮湿的热带、崎岖不平的道路上行驶。因此,汽车工业安规电容器的某些要求是不同的,这就是为什么OBC必须使用特殊的符合汽车标准的安规电容器。zBDednc

一般要求

安规电容器将高频干扰信号—电磁干扰 (EMI) 和射频干扰 (RFI) —传输到底盘接地或中性导体上,从而使干扰短路。降低EMI可确保汽车电子部件的电磁兼容性 (EMC)。此外,安规电容器必须能够拦截过高的脉冲电压,防止耦合到供电系统中。安规电容器分为两类—X类电容器和Y类电容器 (图1)。zBDednc

图1: X类 (左图) 和 Y类 (右图) 安规电容器的连接 (图片来源:Vishay Intertechnology)zBDednc

X类电容器跨接在火线和零线之间。这种情况下,电容器故障不会导致触电的危险。X类器件还可细分为X1和X2电容器。根据规定,X1类电容器必须能够承受4KV的电压脉冲,X2电容器必须能够承受2.5 kV的脉冲。zBDednc

Y类安规电容器跨接在火线和设备外壳之间或零线和设备外壳之间。这种情况下,基本绝缘缺失,安规电容器发生故障时,人会处于危险之中。因此,Y类安规电容器必须具备较高的电气安全性。Y类器件还可细分为Y1和Y2安规电容器。Y1安规电容器必须能够承受8 kV电压脉冲,Y2安规电容器必须能够承受5 kV脉冲。zBDednc

除符合IEC 60384-14标准,安规电容器还必须经过官方机构的测试认证,如欧洲ENEC,美国Underwriter Laboratories,Inc. (UL),加拿大CSA Group,中国CQC (中国质量认证中心)。zBDednc

安规电容器有各种类型,包括薄膜电容器、片式陶瓷电容器和多层陶瓷电容器。薄膜电容器具有高容值, 容量稳定,可用温度范围内损耗因数稳定的优点。此外,金属化薄膜电容器具有自愈性的优点。在膜片发生故障击穿的情况下,如果施加电压会产生小电弧,导致薄膜铝涂层受损点周围氧化。这样可以隔离损坏点,防止更严重的损坏。zBDednc

由于具有自愈性,薄膜电容器是X 类电容器的首选。另一方面,片式陶瓷电容器耐压最高,是Y1类应用的首选解决方案。zBDednc

多层电容器占位面积小,高度低,是节省有限基板空间应用,降低装配成本的理想之选。多层电容器采用可靠的贵金属电极 (NME) 设计和湿法工艺制造,在高达+125 °C的工作温度下具有良好的散热性能,提高恶劣环境中的可靠性。zBDednc

汽车工业的特殊要求

用于EV / HEV充电设备的电容器类型取决于电路、预期电压脉冲,以及施加在安规电容器两端的交流电压。图2显示各种安规电容器解决方案应用领域容值和耐压的关系。zBDednc

图2: 薄膜电容器、多层电容器与片式陶瓷电容器容值和耐压的关系 (图片来源:Vishay Intertechnology)zBDednc

汽车级薄膜电容器、片式陶瓷电容器和多层电容器甚至超过汽车工业的要求。工作原理如下。zBDednc

汽车工业标准

汽车电子委员会 (AEC) 定义并发布汽车工业电子元件要求。AEC-Q200要求描述了无源元件必须通过的测试,如图 3截选内容所示。zBDednc

例如,Vishay提供两个符合汽车工业标准的陶瓷电容器系列,分别是按照Y1类认证的AY1系列和按照Y2类认证的AY2系列,其他产品还包括符合汽车工业要求的Y2类MKP3386Y2和F340Y2系列薄膜电容器,X2类F339X2、MKP339和F1772系列薄膜电容器,以及X1 / Y2和X2类多层电容器– C0G (NP0) 和X7R介质VJ系列安全认证电容器。zBDednc

图 3: 汽车工业安规电容器要求概览 (图片来源: AEC)zBDednc

安规电容器需要适合不同的低温和高温设计要求。通常,陶瓷和多层电容器的工作温度为–55 °C至125 °C,薄膜电容器的工作温度为–55 °C至85 °C或105 °C。zBDednc

随着温度的升高,器件失效概率增加,器件需要在允许的最大温度下测试。也就是说,电容器必须在最大设计电压下至少测试1,000小时。Vishay产品高于这些要求,AY2陶瓷电容器产品线在同样条件下可正常工作3,000小时,多层安规电容器在150 °C,1.7 x AC额定电压下可正常工作2,000小时。zBDednc

此外,陶瓷电容器元件必须在–55 °C至125 °C,薄膜电容器元件必须在–55 °C至85 °C或105 °C,经受1,000次温度循环。当温度循环大且变化快时 (从最低上升到最高设计温度不到一分钟),电容器内部热膨胀或热收缩可能导致裂纹或分层,或外壳与电容器分离。zBDednc

汽车级电容器可在这些条件下正常工作。同时,适用于需要提高温度波动安全性的非汽车应用。暴露在零度以下和长时间阳光照射下的太阳能电池板转换器就是这种应用的一个很好的例子。zBDednc

电容器需要具备防潮性。因此,陶瓷电容器必须在85 °C和85 %相对湿度,最大额定电压条件下正常工作1,000小时。当温度和湿度增加时,水分通过扩散穿过涂层材料,或者主要在涂层和未涂层之间转移, 穿透壳体。渗透的湿气会导致电容器短路。为防止这种情况并确保防潮,涂层材料和涂覆工艺需要适合汽车应用。薄膜电容器的标准要求是40 °C,相对湿度93 %,额定电压下为1,000小时。不过,Vishay系列电容器适用于极端条件,高于AEC-Q200的要求,并通过85 °C和85 %相对湿度,额定电压测试,如F340Y2为1,000小时,F339X2为500小时。zBDednc

汽车市场对电子元器件机械性要求也比其他应用高,如抗振动和机械冲击的坚固性。 Vishay汽车级安规电容器满足这一要求。zBDednc

综上所述,安规电容器分为X类和Y类,可滤除高频干扰信号 (EMC),保护电路和用户免受高压浪涌的伤害。符合汽车标准的电容器可在极端环境条件下使用。必须由授权机构进行认证,以保证关键的安全性。AEC发布了汽车应用必须通过的测试规范。zBDednc

责编:Amy GuanzBDednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:碳化硅肖特基二极管 碳化硅肖特基功率二极管在开关电源电路中的应用,更好的让电路工作在高频状态,减小电路中电感等元件体积重量,由于碳化硅肖特基二极管优良的耐温性能和低损耗特性,让电路中热沉的体积重量得到改善,便于优化电路的热设计,与此同时,应用了SOD123封装形式的该款器件,为功率二极管小型化提出了解决方案,更好的贴合对器件小型化和产品功率密度改善有要求的客户需求。该产品可应用于高频ACF,小功率GaN适配器,驱动部分自举电路,高频DC/DC电路等应用场合。G51XT碳化硅肖特基二极管已进入市场,有良好的市场反馈。
  • 瑞萨电子推出64位RISC-V CPU内核RZ/Five通用MPU,开创R 产品作为瑞萨现有Arm CPU内核MPU阵容的新成员扩充RZ家族的产品组合
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:车规级数字通讯隔离 Chipways汽车级电池组隔离器XL8820系列产品是同时满足AEC-Q100汽车可靠性标准和ISO 26262汽车功能安全标准的车规级隔离式通讯接口芯片。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:32Mb串口RAM-IS66/6 该产品融合了传统SRAM和DRAM的优势,具有容量大、速度快、引脚少、成本低的优点,并可提供具有高可靠性的车规级产品。产品接口简单,无需太多复杂接口设计,可有效增强系统性能,简化设计,减少系统总成本。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:业界首款车规级超高 GD25/55LT是业界首款超高速四通道的SPI NOR Flash产品系列 ,最高时钟频率达到200MHz,数据吞吐率高达200MB/s,是现有产品的3倍以上。内置ECC算法与CRC校验功能,在提高可靠性的同时延长了产品使用寿命,DQS和DLP功能为高速系统设计提供了保障。通过了车载AEC-Q100的认证。GD25/55LT系列产品是业内最高性能,超高可靠性的四通道SPI NOR Flash车规级解决方案,在满足车载应用对Flash即时响应需求的同时又满足了功能安全的要求。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:FORESEE车规级eMMC 2020年,江波龙电子旗下行业类品牌FORESEE发布车规级eMMC,并通过AEC-Q100验证,成为国内为数不多通过AEC-Q100验证的存储品牌之一。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:高速存储控制芯片HG 宏芯宇自主研发的全球首颗40nm的USB接口存储控制芯片HG2319,采用USB3.0技术,实现了闪存存储速度创新,一举将速度提升10倍,满足了人们高速传送高品质影像档案的速度要求,省电节能、更高兼容性、成本更低。采用BCH 90 Bit ECC纠错引擎,相比同业采用的72bit更加强化存储容错率,等同于增加闪存盘产品稳定性与寿命,透过领先的研发技术,HG2319目前是同业产品中最小面积的设计,成本领先同业。
  • 自耦变压器SPICE建模 自耦变压器又称为单绕组变压器,可分升压变压器及降压变压器;它是一种只有一组线圈的变压器,其中一个线圈作为另一线圈的一部份...
  • 拆解小米WatchS1智能手表,看看主板上的主要IC来自哪些 根据小米官方的描述,小米智能手表Watch S1型号中的S,取自“Super”的缩写,代表了强大。也代表着S1是面对高端市场的产品。那究竟是否如其名呢?
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:车用高性能电机驱动 1.可用于无感/有感的BLDC/PMSM电机、三相/单相感应电机、伺服电机驱动。 2.可应用于汽车电子、吊扇、落地扇、吸尘器、工业风机、水泵、压缩机、电动车、电动工具、航模等领域。 3.一款集成电机控制引擎(ME)和8051内核的高性能电机驱动专用芯片,ME集成了FOC、MDU、LPF、PID、SVPWM等诸多硬件模块,可由硬件自动完成有感/无感BLDC/PMSM电机的FOC驱动/方波驱动的运算和控制; 8051内核用于参数配置和日常事务处理,双核并行工作实现各种高性能电机控制。芯片内部集成有高速运算放大器、比较器、Pre-driver、高速ADC、CRC、SPI、I2C、UART、LIN、CAN、多种TIMER等功能,内置高压LDO,适用于BLDC/PMSM电机的方波、FOC驱动控制。 4.通过AECQ100车规认证。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:高性能大算力全场景 - AI性能跑分更强,超越Nvidia Orin - 应用当前先进的安全技术和研发流程 - 国内唯一可获得、支持快速量产的整车智能计算平台芯片
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:车规级高性能自动驾 2021年4月,黑芝麻智能发布车规级高性能自动驾驶计算芯片华山二号A1000 Pro,并于同年7月流片成功。华山二号A1000 Pro自动驾驶计算芯片是目前国产性能最强的车规级高性能自动驾驶计算芯片。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了