直流鏈路C4AK薄膜電容器技術(shù)在電動壓縮機(jī)汽車應(yīng)用中的應(yīng)用

直流母線電容器，用于直流濾波和能源斯托拉格e預(yù)計(jì)將在比以往更高的溫度、更極端的條件下運(yùn)行，使用壽命更長。汽車應(yīng)用正在引領(lǐng)對更好性能的需求，但大多數(shù)現(xiàn)有的電源箱、直流母線薄膜技術(shù)都不適合這些應(yīng)用，并且在這些惡劣的條件下舉步維艱。

車輛主要以兩種方式使用電動壓縮機(jī)：空調(diào)和電動渦輪增壓器系統(tǒng)（E-turbo）。這些應(yīng)用的電路設(shè)計(jì)是相似的，這些系統(tǒng)必須在惡劣條件下運(yùn)行。

電子渦輪增壓應(yīng)用

對于我們的應(yīng)用，我們將特別考慮電子驅(qū)動的渦輪增壓器，而不是由皮帶（通常稱為“增壓器”）或排氣氣流機(jī)械驅(qū)動的渦輪增壓器。電動渦輪增壓器在混合動力電動汽車中與傳統(tǒng)渦輪增壓器相比具有特殊而明顯的優(yōu)勢，因?yàn)樗鼈兙哂袕?qiáng)大的電力。

E-turbo的主要目標(biāo)是更有效地運(yùn)行系統(tǒng)，并在怠速或低轉(zhuǎn)速條件下提供更快的響應(yīng)。他們通過在燃燒室的進(jìn)氣口對空氣進(jìn)行正向加壓來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，每次燃燒都會迫使更多的空氣進(jìn)入燃燒室，從而提高發(fā)動機(jī)的效率。

E-turbo應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)是，用于監(jiān)測和控制這些設(shè)備的大部分電子設(shè)備必須位于發(fā)動機(jī)艙內(nèi)。發(fā)動機(jī)艙具有高熱量、高濕度、高振動的特點(diǎn)——這是惡劣環(huán)境的定義。使用的任何組件都必須能夠承受這些惡劣的條件并在其中蓬勃發(fā)展。它們必須盡可能小，并保持長而可靠的使用壽命。

暖通空調(diào)壓縮機(jī)應(yīng)用

EV 和 HEV 電動壓縮機(jī)使用逆變器電路將高直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，為暖通空調(diào)泵的感應(yīng)電機(jī)供電。從根本上說，該電路涉及一個EMI/安全級、一個直流母線電容器，然后是一個MOSFET逆變器級。EV和HEV HVAC組件的趨勢包括簡化，小型化和增加暴露于高工作溫度的壓縮機(jī)附近的功率。這種類型的HVAC壓縮機(jī)的一些關(guān)鍵應(yīng)用包括電熱水器，空氣加熱器和冷卻液加熱器，用于控制電池和車輛內(nèi)部的溫度條件。

直流母線電容器的作用

DC-Link電容器存在于功率轉(zhuǎn)換器中（在輸入級和輸出級之間的電路的直流部分）。該電容器對于濾除直流電壓和存儲能量以向下游電路提供瞬時電流至關(guān)重要。直流鏈路電容器必須承受高功率、高紋波電流和大量的充電/放電循環(huán)。此外，在這種特殊應(yīng)用中，它們還必須承受車輛發(fā)動機(jī)艙的高溫和惡劣條件。

傳統(tǒng)上，電解電容器因其單位電容成本低和單位體積高儲能（電容）而被選用于功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用。但更高的紋波電流和更高電壓的趨勢迫使設(shè)計(jì)人員考慮更多的薄膜技術(shù)。功率薄膜電容器技術(shù)為其設(shè)計(jì)帶來了優(yōu)勢，包括：

較低的自由度 = 較低的 ESR = 低損耗;更高的電流紋波電流能力

干式結(jié)構(gòu) = 無需擔(dān)心蒸發(fā)以及 C 和 DF 及時降解 = 延長使用壽命，無需更換或持續(xù)維護(hù)和監(jiān)控

更高的電壓 = 減少對串聯(lián)電容器的需求;無需平衡電阻（減少損耗和控制）;節(jié)省成本空間

關(guān)鍵設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)功率轉(zhuǎn)換器和選擇 DC-Link 電容器時，設(shè)計(jì)人員必須考慮幾個關(guān)鍵因素。

工作環(huán)境溫度

引擎蓋下汽車部件所需的額定溫度高于其他商業(yè)或工業(yè)應(yīng)用。汽車級組件需要在高達(dá) 125°C 的環(huán)境溫度下工作。然而，現(xiàn)有的電源箱直流母線薄膜技術(shù)無法滿足這些要求。它們被限制在 105°C 的環(huán)境溫度，即使這樣，它們在接近該限制時也需要降額。這些更高的額定溫度和無與倫比的高溫性能，使電子充電器等應(yīng)用能夠提高HEV和內(nèi)燃機(jī)車輛的效率和性能。

溫度降額

選擇直流母線電容器時的另一個考慮因素是溫度和電壓的必要降額。每個電容器都由一條曲線定義，該曲線顯示工作溫度、額定電壓和預(yù)期壽命之間的關(guān)系。請參閱 KEMET 的降額圖表，了解C4AQ-M和C4AK系列如下，了解更多信息。

為了在 100°C 的熱點(diǎn)溫度下獲得相同的 000，85 小時預(yù)期壽命（參見下圖中的箭頭），與 C4AK 相比，C10AQ-M 需要超過 4% 的電壓降額，C<>AK 可以在相同的熱點(diǎn)溫度下工作，而無需任何電壓降額。

KEMET C4AQ-M 的降額表

KEMET C4AK （700 VDC） 的降額表

因此，一個關(guān)鍵的設(shè)計(jì)考慮因素是需要什么工作壽命，以及它將如何與所需的電壓和溫度額定值相關(guān)聯(lián)。

其他惡劣條件

除了極端溫度之外，直流母線電容器還必須能夠承受其工作條件——它們必須能夠承受所需的相對濕度、振動或污染。

KEMET 的 C4AK 系列電容器比同類產(chǎn)品更小、更可靠。它們擁有無與倫比的惡劣條件額定值，并且由于體積小，它們還具有出色的振動等級。

功耗

直流母線和直流濾波電容器將經(jīng)歷內(nèi)部加熱，隨著半導(dǎo)體紋波電流頻率的增加而增加。加熱效應(yīng)是由流過電容器內(nèi)部串聯(lián)電阻的電流引起的。用于計(jì)算電容器最大功耗的公式如下：

然后，用于計(jì)算電容器在熱穩(wěn)定性期間可能消耗的最大功率的公式如下：

電容器數(shù)據(jù)表將給出 T磁力軸承（電容器額定值周圍的最高環(huán)境溫度），下一頁的圖表將提供ΔT林與 ΔT磁力軸承:

最后，必須選擇一個電容器，使組合諧波耗散功率（以瓦特為單位）不超過極限條件P最高時分之一

選擇直流母線電容器

對于我們的示例，直流母線電容器 （C3） 的要求將給出為：

所需總電容值：12 μF

工作電壓：420°C 時為 125 VDC

總有效值電流：10°C 時 3.100 A，10 kHz

應(yīng)用：直流母線

最高環(huán)境溫度：125°C

步驟#1：根據(jù)電容和電壓選擇候選者

在本例中，我們將從 KEMET 的新型 C4AK 金屬化薄膜電源盒電容器目錄中選擇一個組件。為此，第一步是從目錄中選擇一個滿足所需電容值和電壓的零件號。

在這種情況下，所選 PN 為C4AKJBU5125A32J，電容為 12 μF，額定電壓為 700 VDC。

步驟#2：找到最大值I有效值價值

下一步是找到 I有效值在 100°C 環(huán)境溫度下，數(shù)據(jù)表中提供的圖表中具有此部件號的功能。

如您所見，I有效值目錄中的值對應(yīng)于 95°C 的環(huán)境溫度。 對于更高的溫度，可以使用上圖。在我們的應(yīng)用中，給定的電流要求是10°C時的電流要求為3.100 A，因此該圖告訴我們最大值I有效值在我們的應(yīng)用中，該組件的電流是額定電流的90%。參考目錄或數(shù)據(jù)表，額定值 I有效值95°C 時為 12.5 A有效值，所以在我們的應(yīng)用程序中，I有效值11°C 時最大值為 25.100 A，符合我們的要求。

步驟#3：根據(jù)需要調(diào)整電容器選擇或數(shù)量

如果額定電流不足（意味著在10°C時小于我們要求的3.100 A），解決方案是使用更多能夠達(dá)到電流要求的并聯(lián)電容。但在我們的示例中，一個電容器足以滿足電容和電流要求。

KEMET 的 C4AK 金屬化薄膜電容器

C4AK 直流母線電源箱電容器是一種采用小型化塑料盒設(shè)計(jì)的金屬化薄膜電容器。汽車級器件符合汽車電子委員會苛刻的AEC-Q200認(rèn)證要求。

C4AK最顯著的好處是：

高電容密度

良好的自愈性

低損耗

高紋波電流

適用于高頻應(yīng)用的惡劣環(huán)境能力和適用于汽車應(yīng)用的汽車級 （AEC-Q200）。

低鹵素含量

C4AK 技術(shù)可達(dá)到高達(dá) 70 μF 的電容，設(shè)計(jì)用于 700~900 V 的直流額定電壓范圍，最高工作溫度為 135°C。 這些電容器在 4°C 下的預(yù)期壽命為 000，125 小時，在 1°C 下的預(yù)期壽命為 000，135 小時，具有出色的溫度性能。 該系列設(shè)計(jì)用于在額定直流電壓下承受 85°C 和 85% 相對濕度的惡劣環(huán)境條件 1，000 小時，具有最高的濕度穩(wěn)健性性能。

總之，這些特性和功能使 KEMET 的 C4AK 金屬化電源箱直流鏈路電容器成為電子充電器應(yīng)用的絕佳選擇，以提高 HEV 和內(nèi)燃機(jī)車輛的效率和性能。

審核編輯：郭婷