针对 xEV 快速充电趋势的高压 MLCC方案
摘要
随着电动汽车需求的增加，为了实现更快的电池充电，趋势正逐步转向快速充电系统。
对此，三星电机提供1210 inch、22nF、1000V MLCC CL32C223JIV1PN#，适用于电动汽车OBC内需要高电压的快速充电系统。
这是一款高压/高可靠性产品，可用于电动汽车内的 AC-DC转换器。
电动车OBC需要高压MLCC应对快速充电
电动车的 OBC是从外部充电设备获取电能并为车辆内部电池进行充电的装置，是决定车辆续航性能以及单次充电量的核心部件之一。（图1）OBC 不仅承担 12V低压的 LDC功能，还与转换器、逆变器、电池等组件一起负责电力转换功能。
为了提高电动汽车的充电速度，OBC内部所使用的电压和频率呈上升趋势。但随着 OBC输出功率的增大，其内部可能会出现发热问题，因此为了应对这些问题，需要使用高压 MLCC。
[[图1. 电动车内部 OBC （车载充电机）结构]]
通过采用C0G MLCC的谐振电路设计解决发热问题
在传统方案中，OBC通常采用薄膜电容(Film Cap) 。然而，为了实现快速充电，需要施加更高的电压，但单靠薄膜电容难以应对，从而引发了发热问题。为了应对这一问题，大多数OBC制造商通过设计高效谐振变频电路(LLC)来提高电力传输效率。(图2)
[图2. 谐振电路设计的优势]
应用于该电路的C0G MLCC相较于薄膜电容，在高温、高频环境下提供了更高的可靠性，并且支持更低的ESR。(图3)
| High Capacitance | Temperature | Frequency Characteristics | Size | Low ESR |
|---|---|---|---|---|---|
| MLCC(C0G) | ○ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
Film Cap | ◎ | ◎ | ○ | ○ | ○ |
采用高压C0G MLCC实现搭载量减少及空间效率的提升
另外，使用高电压 C0G MLCC 时，相较于薄膜电容或普通 C0G MLCC，电容器的数量及贴装面积都会减少，从而提升空间效率。如图4所示，
① 将薄膜电容替换成普通C0G MLCC 时，数量相同，但可以减少贴装面积，
② 替换为高压（1000V）C0G MLCC 时，数量和贴装面积都可减少。
但在这种情况下, 必须考虑MLCC的额定电压和电流带来的温度上升(self-heating)来设计电路。
Category | Film Cap | ① C0G MLCC | ② High-Voltage C0G MLCC |
|---|---|---|---|
Capacitance (nF) | 22 | 22 | 22 |
Composition (Total Quantity) | 2s10p (20pcs) | 2s10p (20pcs) | 1s5p (5pcs) |
Total Capacitance (nF) | 110 | 110 | 110 |
Rated Voltage | 600V | 630V | 1000V |
| Size (mm) | 18 × 13 | 3.2 × 2.5 | 3.2 × 2.5 |
Total area (mm²) | 4,680 | 160 | 40 |
[图4. film电容器/C0G MLCC/高电压 C0G MLCC 的比较]
三星电机1210 inch 22nF 1000V解决方案
本次Technical Article， 介绍了三星电机的1000V高压、1210 inch、22nF、C0G MLCC CL32C223JIV1PN#，该款产品为应对快速充电时内部发热问题，采用电压分配安全设计和自主研发技术，可在高电压环境下稳定运行。
产品的数据表可从三星电机官方网站下载。
此外，公司还拥有多种1206 inch的产品线，并计划在2025年量产最高容量为33nF的1000V 1210 inch的MLCC。(图5)
Mass Production Under Development
Size inch (mm) | Capacitance | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
10pF | 22pF | 47pF | 100pF | 220pF | 470pF | 1nF | 2.2nF | 4.7nF | 10nF | 22nF | 33nF | |
0603 (1608) | 250V | 250V | 250V | 250V | 250V | 250V | 250V |
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0805 (2012) | 630V | 630V | 630V | 630V | 630V | 630V | 630V | 630V | 250V |
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1206 (3216) | 1000V | 1000V | 1000V | 1000V | 1000V | 1000V | 1000V | 630V | 630V | 630V | 250V | 250 |
1210 (3225) |
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| 1500V (1.2nF) |
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| 1250V | 1000V | 1000V |
| 630V | ||||||||||||
[图5. 高电压 C0G MLCC Lineup]
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