Komponenty pasywne dla pokładowych systemów ładowania

Elektryfikacja pojazdu stawia specjalne wymagania dotyczące stosowanych w nim elementów pasywnych: oprócz obowiązkowej certyfikacji AEC-Q200, PPAP, IATF, komponenty muszą charakteryzować się wysoką niezawodnością i wytrzymałością. Co równie ważne, każde rozwiązanie musi być zoptymalizowane pod względem kosztów i powinno być dostępne przynajmniej w dwóch  źródłach na rynku.

System ładowarki pokładowej przekształca na wejściu prądu przemiennego z sieci energetycznej na prądu stały dostarczany do  akumulatora. Aby spełnić standardy bezpieczeństwa i zapewnić ochronę przed brudem, wilgocią lub mgłą solną, system jest zwykle umieszczany w aluminiowej obudowie. Typowe, minimalne wymagania temperaturowe to zakres od -40°C do +85°C. Typowy schemat blokowy komputera pokładowego składa się z 4 głównych elementów:

• Filtr zakłóceń elektromagnetycznych (EMI)

• Etap korekcji współczynnika mocy (PFC)

• Etap rezonansowy

• Filtr wyjściowy

Filtr zakłóceń elektromagnetycznych (EMI)

Filtr EMI, zwany również filtrem tłumiącym EMI, wyłapuje szumy pochodzące z sieci i chroni przed szkodliwym wpływem zakłóceń elektromagnetycznych. Filtry te usuwają niepożądany prąd dostarczany przez przewody lub kable, jednocześnie umożliwiając swobodny przepływ prądu o pożądanych parametrach. Filtry EMI, które tłumią szumy pochodzące z sieci, są również nazywane filtrami linii zasilania EMI. Filtry EMI zawierają kondensatory X i Y oraz dławiki trybu wspólnego.

W zależności od technologii, dławiki trybu wspólnego w filtrach EMI muszą przenosić wysokie prądy, o wartości 35A lub więcej. Zazwyczaj stosuje się tutaj cewki indukcyjne MnZn. Ze względu na wysoki zakres temperatur pracy, wynoszący 150°C dla serii YAGEO Common Mode Choke SC, mogą one przenosić duże prądy przy niskich stratach. W zależności od wymagań klienta, dostępna jest wersja pozioma, niskoprofilowa lub pionowa, która zajmuje mniej miejsca na płytce.

Korekcja współczynnika mocy (Power Factor Correction, PFC)

PFC kompensuje różnice mocy spowodowane przesunięciem częstotliwości. Na etapie tym niezbędne jest zastosowanie kondensatora łącza DC do stabilizacji napięcia wyjściowego PFC DC, a cały etap można podzielić na dwa główne kroki: sam stopień PFC, po którym umieszczony jest  kondensator DC Link.

Stopień PFC wykonuje funkcję wykrywania prądu, którą można zrealizować za pomocą rezystorów lub boczników wykrywających prąd. Seria YAGEO Shunt (PE, PA lub PU) oferuje szeroki zakres rozmiarów i rezystancji obudowy z mocą do 36W. Dzięki swojej konstrukcji niektóre serie mogą pracować nawet w temperaturze 275°C. Cewka indukcyjna PFC o dużej mocy jest najważniejszą częścią etapu PFC. YAGEO oferuje szeroką gamę cewek indukcyjnych firmy Pulse Electronics. Na etapie PFC potrzebne są również kondensatory ceramiczne, które mogą być idealną opcją dla spełnienia wymagań odnośnie  częstotliwości w technologii Wide Band Gap.

Drugim ważnym komponentem jest kondensator DC Link. Do wyboru są trzy różne technologie kondensatorów: elektrolityczne aluminiowe, foliowe lub ceramiczne.

Aluminiowe kondensatory elektrolityczne obejmują szeroką gamę produktów do 1000µF i nadają się do wysokich prądów tętnienia. Seria YAGEO ALA to produkt Snap-In THT o wysokiej odporności na wibracje do 20G i długiej żywotności, sięgającej 10 000 godzin i więcej w maksymalnej temperaturze pracy. W wersji prostokątnej YAGEO oferuje pierwszą na rynku serię ALR o idealnej wydajności wolumetrycznej i zdolności wibracyjnej do 40G.

Seria kondensatorów foliowych DC Link C4Ax THT jest również dostępna w szerokim zakresie do 210µF i z produktami wysokotemperaturowymi do 125°C lub w razie potrzeby do 135°C. YAGEO oferuje produkty specjalnie zaprojektowane do pracy w trudnych warunkach, oferując wysokie prądy tętnienia i zakres wysokiego napięcia powyżej 1000V.

Jako kondensator łącza DC można też wybrać  kondensatory ceramiczne wykonane w technologii SMT. Można wybrać albo zespół kondensatorów składający się z wielu kondensatorów MLCC, albo pojedynczych układów scalonych, takich jak seria KC-Link, pierwszy na rynku MLCC klasy 1 dla prądów do 15A. Szczególnie w przypadku wysokich temperatur pracy lub zastosowań wymagających wysokiej częstotliwości może to być najlepsze rozwiązanie. W przypadku konieczności oszczędności miejsca na płycie, YAGEO oferuje unikalną technologię KONNEKT, łączącą maksymalnie 4 MLCC z kondensatorem ułożonym w stos w procesie przejściowego spiekania w fazie ciekłej (Transient Liquid Phase Sintering Process). Technologia ta pozwala na zaoszczędzenie 75% miejsca na płytce i tyleż samo czasu na montaż w technologii P&P.

Etap rezonansowy

Etap rezonansowy to w istocie filtr rezonansowym LLC, w razie potrzeby wykonany z izolacją galwaniczną. Jako kondensator tłumiący zazwyczaj można zastosować jeden lub więcej kondensatorów ceramicznych połączonych równolegle i/lub szeregowo. Kondensatory foliowe YAGEO serii R75 lub R76 osiągają wysokie wartości pojemności do 33µF, napięcia do 2000V i zakresy temperatur do 125°C.

Filtr wyjściowy

Końcowy etap filtra wyjściowego prowadzący do wewnętrznego zasilacza samochodu kontroluje parametry całego pokładowego systemu ładowania (On-Board Charging Systems, OBC). Zazwyczaj na tym etapie stosowana jest cewka indukcyjna filtra trybu różnicowego. Jako kondensatory wyjściowe można wybrać kondensator foliowy DC Link lub dowolną serię kondensatorów ceramicznych.

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy © Arrow