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电动汽车充电器 安规电容器的新要求

时间:2021-03-27 Vishay,薄膜电容器,多层电容器

电容器,也称为安全调节电容器,用于抑制电磁干扰,是电池组和电源中的永久固定装置。随着开关电源广泛应用于许多应用,如计算机、打印机、电视和手机充电器,每个家庭都使用安全电容器。

   

为了保护电路和人身安全,电动汽车/混合动力汽车(EV/HEV)车载充电器对安全电容提出了更严格的要求。

 

用于抑制电磁干扰的电容器,也称为安培电容器,是电池和电源的永久装置。随着开关电源广泛应用于电脑、打印机、电视机、手机充电器和许多其他应用领域,安全电容器已被应用于每个家庭。随着汽车电气化和供电电压的发展,安全电容器产品在汽车工业中的应用越来越广泛,对安全电容器产品提出了新的要求。

 

在全球市场上,汽车制造商面临着汽车日益电气化的压力。这不仅意味着安装新的驾驶辅助系统,还意味着在市场上引入电动汽车(EVs),无论是混合动力电动汽车(HEV)还是全电动汽车。

 

立法研究机构发展正在不断推动我们这一变化趋势, 为减少二氧化碳的排放创造一个条件。以电化学能量存储管理系统可以取代中国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,电动汽车的电池技术不是用油气充电,而是在电源插座或充电桩上采用直流电压充电。因此,车辆工程需要学生具有自己相应AC/DC转换主要功能的电子产品充电装置,即所谓的车载充电器 (OBC)。

 

在这方面,这种充电器可以比作手机和它的电源之间的关系,但它更强大,可以在更恶劣的环境下工作,因为汽车可能会在寒冷的西伯利亚、炎热的沙漠、潮湿的热带和崎岖的道路上行驶。

 

一般要求

 

安全电容器通过向底盘地面或中性导体传输高频干扰信号(电磁干扰 (EMI) 和射频干扰 (RFI) 来短路干扰。减少 EMI 可确保汽车电子元件的电磁兼容性 (EMC)。此外,安全电容器必须能够拦截过多的脉冲电压,并防止耦合到电源系统中。安全电容器分为两类 - X 类电容器和 Y 类电容器(图 1)。

 

图1:X级(左)和Y级(右)安全电容器的连接(来源:Vishay intertechnology)

X 级电容器位于火线和零线之间。在这种情况下,电容器故障不会导致触电的危险。X 类器件也可以细分为 x1和 x2电容器。根据规定,x1类电容器必须能够承受4千伏的电压脉冲,而 x2类电容器必须能够承受2.5千伏的脉冲。

 

y类安全电容器连接在火线和设备外壳之间或中性线和设备外壳之间。这种情况下,当基本绝缘缺失,安全电容失效时,人就会有危险。所以Y类安全电容必须有很高的电气安全性。y类器件也可以细分为Y1和Y2安全电容。Y1安全电容器必须能承受8 kV电压脉冲,Y2安全电容器必须能承受5 kV脉冲。

 

除符合IEC 60384-14标准,安规电容器发展还必须能够经过一个官方管理机构的测试进行认证,如欧洲ENEC,美国Underwriter Laboratories,Inc. (UL),加拿大CSA Group,中国CQC (中国教育质量安全认证服务中心)。

 

安全电容器有多种类型,包括薄膜电容器、片式陶瓷电容器和多层陶瓷电容器。

 

由于其自愈性能,薄膜电容器是 x 型电容器的首选。另一方面,陶瓷电容具有最高的耐压,是 y1级应用的首选解决方案。

 

多层电容器空间小,高度低,是节省有限基板空间应用,降低组装成本的理想选择。多层电容器采用可靠的贵金属电极设计,湿法制造。在工作温度高达+125°C时具有良好的散热性能,提高了恶劣环境下的可靠性。

 

汽车工业的特殊要求

 

EV/HEV充电设备使用的电容器类型取决于电路、预期电压脉冲以及施加在安全电容器两端的交流电压。图2显示了各种安全电容器解决方案应用领域中电容与耐压的关系。

 

图2:薄膜电容器、多层电容器和片式陶瓷电容器的电容与耐压的关系(来源:威世国际技术)

 

汽车级薄膜电容器、片式陶瓷电容器和多层电容器甚至可以超过中国汽车电子工业的要求。工作基本原理分析如下。

 

汽车工业标准

 

汽车发展电子技术委员会 (AEC) 定义并发布汽车企业工业大学电子元件要求。AEC-Q200要求进行描述了无源元件必须可以通过的测试,如图 3截选内容如下所示。

 

例如,Vishay 提供两个符合汽车行业标准的陶瓷电容器系列,即经 Y1 级认证的 AY1 系列和获得 Y2 级认证的 AY2 系列,以及满足汽车行业要求的 Y2 级 MKP3386Y2 和 F340Y2 系列。X2级F339X2、MKP339和F1772系列薄膜电容器,以及X1/Y2和X2级多层电容器-C0G(NP0)和X7R媒体VJ系列安全认证电容器。

 

图3:汽车行业电容器安全法规要求概述(来源:AEC)

 

安全电容器需要适合不同的低温和高温设计要求。一般来说,陶瓷和多层电容器的工作温度在55 ° c 至125 ° c 之间,薄膜电容器的工作温度在55 ° c 至85 ° c 或105 ° c 之间。

 

随着温度的升高,器件的失效概率增大,器件需要在最大允许温度下进行测试。也就是说,电容器必须在最大设计电压下测试至少1000小时。Vishay产品高于这些要求。AY2陶瓷电容器生产线在同等条件下可正常工作3000小时,多层安全电容器在150°C、1.7倍交流额定电压下可正常工作2000小时。

 

此外,陶瓷电容器主要元件必须在–55 °C至125 °C,薄膜电容器进行元件必须在–55 °C至85 °C或105 °C,经受1,000次温度可以循环。当温度以及循环大且变化快时 (从最低上升到国家最高目标设计工作温度检测不到中国一分钟),电容器通过内部产生热膨胀或热收缩可能影响导致出现裂纹或分层,或外壳与电容器研究分离。

 

在这些条件下,汽车级电容器可以正常工作。

 

电容器需要防潮。因此,陶瓷电容器必须在最高额定电压为 85 摄氏度和 85% 的相对湿度下正常工作 1,000 小时。随着温度和湿度的增加,水分通过涂层材料通过扩散,或主要在涂层和未涂层之间,穿透外壳。透水湿气会导致电容器短路。为了防止这种情况,并确保防潮,涂层材料和涂层工艺需要适合汽车应用。薄膜电容器的标准要求为 40 摄氏度,相对湿度为 93%,额定电压为 1,000 小时。但是,vishay 系列电容器适用于极端条件,高于 AEC-Q200 的要求,并通过 85 摄氏度和 85% 的相对湿度、额定电压测试,如 F340Y2 1000 小时和 F339X2 500 小时。

 

汽车市场对电子元件的机械要求高于其他应用,如抗振动和机械冲击的鲁棒性。Vishay汽车安全电容器符合这一要求。

 

综上所述,安全电容器分为 x 级和 y 级,可以滤除高频干扰信号(emc) ,保护电路和用户免受高压浪涌伤害。符合汽车标准的电容器可以在极端的环境条件下使用。认证必须由授权机构进行,以确保关键的安全性。美国原子能委员会公布了汽车应用必须通过的测试规范。

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