為滿(mǎn)足汽車(chē)應(yīng)用的苛刻性能和惡劣環(huán)境條件,組件制造商開(kāi)發(fā)了專(zhuān)業(yè)級(jí)鉭電容器,以確保長(zhǎng)期的電氣性能穩(wěn)定性。專(zhuān)業(yè)的鉭技術(shù)滿(mǎn)足了汽車(chē)行業(yè)對(duì)在電氣和機(jī)械應(yīng)力下保持高性能標(biāo)準(zhǔn)的堅(jiān)固電容器的需求。已經(jīng)進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn),加強(qiáng)了電容器的結(jié)構(gòu),并使其在各種應(yīng)用中具有更強(qiáng)大的性能。
京瓷 AVX 推出了配備該公司 FLEXITERM 軟端接技術(shù)的汽車(chē)級(jí)多層壓敏電阻 (MLV),該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于數(shù)個(gè)汽車(chē)級(jí)多層陶瓷電容器 (MLCC) 上超過(guò) 15 年。與汽車(chē)引擎蓋下應(yīng)用(例如直接連接到電池導(dǎo)軌的發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器)中的競(jìng)爭(zhēng)解決方案相比,F(xiàn)LEXITERM 軟端接技術(shù)提高了可靠性以及機(jī)械和熱機(jī)械性能。
雖然電容器版本沒(méi)有太大變化,但現(xiàn)在有許多新的電源應(yīng)用,例如替代能源、電動(dòng)汽車(chē) (EV)、儲(chǔ)能等。本文將比較各種技術(shù)并考慮一些使用示例。
鋁電解電容器的保養(yǎng)和饋電的一個(gè)重要因素是清潔。橡膠端封對(duì)氯化或石油基清潔溶劑特別敏感。這不像 30 年前使用氟利昂基脫脂劑清潔電路板時(shí)那樣嚴(yán)重,但如果您不小心,在補(bǔ)漆或返工期間仍然可能出現(xiàn)問(wèn)題。最糟糕的是,污染導(dǎo)致的故障不會(huì)立即出現(xiàn),而是在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)。適當(dāng)使用水和異丙醇是公認(rèn)的清潔溶劑。與往常一樣,請(qǐng)遵循電容器制造商的建議。
鋁電解類(lèi)型是需要非常大電容值的首選組件。它們?cè)趲缀跛薪^對(duì)尺寸不是首要設(shè)計(jì)因素的電子設(shè)備中無(wú)處不在。鋁電解類(lèi)型具有數(shù)百伏量級(jí)的大額定電壓和數(shù)千微法量級(jí)的巨大電容值。有專(zhuān)門(mén)品種的“超級(jí)電容器”,其電容值超過(guò)整法拉,這些主要用作電池替代品,而不是大容量去耦。
陶瓷電容器沒(méi)有固有的磨損機(jī)制,高介電 2 類(lèi)電容器 (X7R) 在使用過(guò)程中會(huì)由于施加電壓和老化而損失超過(guò) 85% 的電容,但即便如此,它們也不會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的故障。陶瓷電容器非常有用,除非需要大于微法拉區(qū)域的值,因此對(duì)于體去耦應(yīng)用,需要其他類(lèi)型。在這里,我們看看替代方案。
現(xiàn)在,在許多使用電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用中,該技術(shù)需要不同的速度。變速驅(qū)動(dòng)器(VSD)在電機(jī)工業(yè)應(yīng)用中的驅(qū)動(dòng)效率方面發(fā)揮著重要作用,無(wú)論是在設(shè)計(jì)階段還是在車(chē)間。
我們提到一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用是電源轉(zhuǎn)換器或逆變器的直流總線(xiàn)上的電容器,提供“穿越”或“保持”的需求是選擇鋁電解電容器或薄膜電容器類(lèi)型的一個(gè)差異化因素。舉個(gè)例子,看看每種類(lèi)型是如何適合的,也許很有啟發(fā)性。采用具有功率因數(shù)校正前端的 90% 效率、1kW 離線(xiàn) AC-DC 轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部直流母線(xiàn)以 400VDC 標(biāo)稱(chēng)工作,在轉(zhuǎn)換器停止調(diào)節(jié)之前降至 300VDC。
聚丙烯膜電容器是有感結(jié)構(gòu),用聚丙烯作為電介質(zhì)和鋁箔為電極繞制而成,導(dǎo)線(xiàn)采用鍍錫銅包鋼線(xiàn),使用環(huán)氧樹(shù)脂包封。體積小,重量輕;更好穩(wěn)定性和可靠性。引線(xiàn)直接點(diǎn)焊于電極,損耗小。廣泛用于電視機(jī),收錄機(jī),DVD及各種通訊器材電子儀器的直流、脈沖電路中。
設(shè)計(jì)電力電子設(shè)備的工程師發(fā)現(xiàn),從儲(chǔ)能到濾波器和去耦等多種功能都需要電容器。有不同的電容器類(lèi)型可供選擇,乍一看,它們的電容和電壓額定值似乎相同,但性能卻不盡相同。不正確的選擇充其量會(huì)導(dǎo)致昂貴的“過(guò)度設(shè)計(jì)”的解決方案,最壞的情況是導(dǎo)致產(chǎn)品不可靠或不安全。
功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心,主要用于改變電子裝置中電壓和頻率,及直流交流轉(zhuǎn)換等。只要在擁有電流電壓及相位轉(zhuǎn)換的電路系統(tǒng)中,都會(huì)用到功率零組件。
很明顯,高效率和小尺寸是 DC/DC 轉(zhuǎn)換器解決方案的關(guān)鍵基準(zhǔn)。作為一名系統(tǒng)工程師,我敏銳地意識(shí)到更高的效率是減少功率損耗、降低組件溫度以及在給定氣流和環(huán)境溫度環(huán)境下提供更多可用功率的藍(lán)圖。然而,將解決方案壓縮成一個(gè)小的 PCB 尺寸是另一個(gè)挑戰(zhàn)。
最近,我正在研究可用于為 FPGA 供電的不同參考設(shè)計(jì)和資源。我發(fā)現(xiàn)一種設(shè)計(jì)是為了易于使用而創(chuàng)建的,使用集成電感器模塊,一種是使用分立元件而具有成本效益的設(shè)計(jì),另一種是使用 PMBus 設(shè)備制成的設(shè)計(jì),為工程師提供了最大的靈活性來(lái)控制和監(jiān)控每個(gè)軌道。盡管所有這些設(shè)計(jì)各不相同,但一個(gè)共同點(diǎn)是電源管理解決方案占用了相當(dāng)大的電路板空間,其中包括穩(wěn)壓器、LDO、復(fù)位 IC、定序器、功率級(jí)等。
碳化硅 (SiC) FET 開(kāi)始在 PWM(脈沖寬度調(diào)制)和 SMPS(開(kāi)關(guān)模式電源)系統(tǒng)的固有效率已經(jīng)成為優(yōu)勢(shì)的市場(chǎng)中獲得關(guān)注。這項(xiàng)新技術(shù)的一些主要參與者展示了比之前的 IGBT 和傳統(tǒng) MOSFET 設(shè)計(jì)效率更高的電源系統(tǒng)。在夏威夷這樣的地方,電費(fèi)可能超過(guò) 0.35 美元/千瓦時(shí),這一點(diǎn)變得很重要。在歐洲和亞洲也有類(lèi)似的高電力成本需要處理。對(duì)于生活在電網(wǎng)之外的人來(lái)說(shuō),這也很重要。
電磁干擾(EMI)歷來(lái)是讓PCB設(shè)計(jì)工程師們頭疼的一個(gè)問(wèn)題,它威脅著電子設(shè)備的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。因此,我們?cè)谠O(shè)計(jì)PCB時(shí),需要遵循一定的原則,使電路板的電磁干擾控制在一定的范圍內(nèi),達(dá)到設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn),提高電路的整體性能。