Bezpieczne ładowanie pojazdów elektrycznych dzięki kondensatorom ceramicznym z elastycznymi wyprowadzeniami

Wielowarstwowe kondensatory ceramiczne (MLCC) do pojazdów elektrycznych (EV)

Wielowarstwowe kondensatory ceramiczne (MLCC) mają stosunkowo niską równoważną indukcyjność szeregową (ESL) i równoważną rezystancję szeregową (ESR), dzięki czemu lepiej nadają się do zastosowań wysokiej częstotliwości, a dzięki szerokiemu wyborowi dielektryków, wartości pojemności i zakres tolerancji można zoptymalizować pod kątem zastosowania. Są to komponenty do montażu powierzchniowego z obudowami o bardzo wysokiej sprawności wolumetrycznej, co pomaga im sprostać ograniczeniom przestrzennym w pojazdach elektrycznych. Są również dużo bardziej odporne na stany nieustalone napięcia w porównaniu z aluminiowymi kondensatorami elektrolitycznymi i kondensatorami tantalowymi.

Wielowarstwowe kondensatory ceramiczne są szeroko stosowane, jednak mogą pękać przy narażeniu na naprężenia mechaniczne z powodu drgań. Pęknięcia narażają urządzenie na degradację poprzez zawilgocenie. Projektanci firmy Knowles Syfer rozwiązali ten problem, tworząc zakończenia FlexiCap, które oferują zwiększoną tolerancję na zginanie komponentów (ilustracja 2).

Ilustracja 2: Konstrukcja FlexiCap wykorzystuje zastrzeżoną, elastyczną podstawę zakończeniową z polimeru epoksydowego pod typową barierą kołpaka końcowego, aby zapewnić większą odporność na uszkodzenia spowodowane zginaniem płytki. (Źródło ilustracji: Knowles Syfer).

Elastyczna podstawa zakończeniowa zastosowana we FlexiCap jest nakładana na elektrody. Materiał ten jest polimerem epoksydowym nasyconym srebrem, który jest nakładany przy użyciu konwencjonalnych technik zakończeniowych, a następnie utwardzany termicznie. Jest elastyczny i pochłania część odkształceń mechanicznych między płytką a zamontowanym wielowarstwowym kondensatorem ceramicznym (MLCC).

W rezultacie komponenty z zakończeniami FlexiCap wytrzymują większe odkształcenia mechaniczne w porównaniu z komponentami z zakończeniami spiekanymi. FlexiCap zapewnia również zwiększoną ochronę przed pękaniem mechanicznym oraz w zastosowaniach, w których występują szybkie zmiany temperatury. Dla projektantów pojazdów elektrycznych rezultatem jest większy stopień tolerancji na zginanie płytek w procesach technologicznych, co przekłada się na zwiększoną wydajność i mniej awarii w terenie.

Co również ważne, dla pojazdów elektrycznych, kondensatory firmy Knowles Syfer z certyfikatem bezpieczeństwa są dostępne z kwalifikacją AEC-Q200. Uznaje się, że części posiadają „kwalifikację AEC-Q200”, jeśli przeszły rygorystyczny zestaw prób wytrzymałościowych dotyczących między innymi temperatury, wstrząsu cieplnego, odporności na wilgoć, tolerancji wymiarowej, odporności na rozpuszczalniki, wstrząsy mechaniczne, drgania, wyładowania elektrostatyczne, łatwość lutowania i elastyczność płytki.

Pod względem elektrycznym, linia wyrobów z certyfikatem bezpieczeństwa charakteryzuje się wysokim napięciem wytrzymywanym dielektryka (DWV) wynoszącym 4kV= i 3kVRMS. Są to krytyczne cechy systemów ładowania pojazdów elektrycznych (EV) 800V, co do których wymagane są szerokie marginesy prób i bezpieczeństwa.

Przykłady wielowarstwowych kondensatorów ceramicznych (MLCC) do pojazdów elektrycznych (EV)

Linia produktów firmy Knowles Syfer z certyfikatem podwyższonego bezpieczeństwa zawiera kondensatory o szerokim zakresie wartości, zarówno wyposażone w zakończenie Flexicap, jak i posiadające kwalifikację AEC-Q200, dzięki czemu są szczególnie odpowiednie do stosowania w pojazdach elektrycznych. Na przykład kondensatory C0G/NP0 1808JA250101JKTSYX o pojemności 100pF i napięciu znamionowym 250V~ do zastosowań klasy Y2 (linia-ziemia) i 305V~ w zastosowaniach klasy X1 (linia-linia), przy tolerancji ±5%. Są one zamknięte w obudowach 1808 o wymiarach 0,195 x 0,079in, czyli 4,95 x 2,00mm (ilustracja 3).

Ilustracja 3: Fizyczne wymiary wielowarstwowego kondensatora ceramicznego 1808JA250101JKTSYX (z lewej), razem z zalecanym układem pól lutowniczych (z prawej). (Źródło ilustracji: Knowles Syfer)

Typowym kondensatorem X7R jest model 1812Y2K00103KST firmy Knowles Syfer o pojemności 10000pF ±10% 2kV w obudowie 1812 o wymiarach 4,5 x 3,2 x 2,5mm. Zarówno kondensator 1808JA250101JKTSYX, jak i 1812Y2K00103KST mają znamionowy zakres temperatur od -55°C do +125°C. Omawiana linia produktów jest dostępna w obudowach o rozmiarach 1808, 1812, 2211, 2215 i 2220, w zależności od zastosowanego dielektryka, wartości pojemności i napięcia znamionowego.

Innym przykładem może być oferowany przez firmę Knowles Syfer kondensator 1808JA250101JKTS2X o pojemności 100pF, 250V~ (klasa X2), 1kV=, C0G/NP0 o tolerancji ±5%. Kondensator 2220YA250102KXTB16 o pojemności 1000pF, ±10%, 250V, X7R.

Należy zauważyć, że wymagania produkcyjne dotyczące montażu i lutowania kondensatorów z zakończeniami FlexiCap są takie same jak w przypadku wielowarstwowych kondensatorów ceramicznych (MLCC) ze standardowym zakończeniem spiekanym, więc nie wymagają specjalnego traktowania. Ponadto, odnosząc się ponownie do ilustracji 3, kondensatory mikroelektroniczne firmy Knowles można montować przy użyciu układów pól lutowniczych zgodnych z normą IPC-7351 „Wymagania ogólne dotyczące projektowania montażu powierzchniowego i standardów wzorów powierzchni płytek”. Opisano również sposób zmniejszania naprężeń mechanicznych za pomocą innych czynników, takich jak zmniejszenie szerokości pól lutowniczych do szerokości mniejszej niż szerokość układu mikroelektronicznego.

Podsumowanie

Wielowarstwowe kondensatory ceramiczne (MLCC) Flexicap firmy Knowles Syfer z kwalifikacją AEC-Q200 doskonale sprawdzają się w pojazdach elektrycznych (EV), zwłaszcza w systemach akumulatorów 800V, w których niezbędne jest zwiększone napięcie probiercze i margines bezpieczeństwa, aby poradzić sobie z przepięciami i stanami nieustalonymi. Zakończenia FlexiCap sprawiają, że kondensatory są w stanie wytrzymać większe obciążenia mechaniczne. Ze względu na to oraz na spełnienie normy AEC-Q200, oferują one projektantom unikalną kombinację możliwości, stabilności i certyfikacji bezpieczeństwa.

Źródło: Zapewnienie bezpiecznego i niezawodnego ładowania pojazdów elektrycznych dzięki wielowarstwowym kondensatorom ceramicznym z elastycznymi zakończeniami

Kontakt w Polsce: poland.support@digikey.pl

Autor: Rolf Horn

Rolf Horn, Applications Engineer at DigiKey, has been in the European Technical Support group since 2014 with primary responsibility for answering any Development and Engineering related questions from final customers in EMEA, as well as writing and proof-reading German articles and blogs on DK’s TechForum and maker.io platforms. Prior to DigiKey, he worked at several manufacturers in the semiconductor area with focus on embedded FPGA, Microcontroller and Processor systems for Industrial and Automotive Applications. Rolf holds a degree in electrical and electronics engineering from the university of applied sciences in Munich, Bavaria and started his professional career at a local Electronics Products Distributor as System-Solutions Architect to share his steadily growing knowledge and expertise as Trusted Advisor.

Hobbies: spending time with family + friends, travelling in our VW-California transporter and motorbiking on a 1988 BMW GS 100.