xEV高速充電トレンドに応じる高電圧MLCCの提案
概要
電気自動車の需要が増加することに伴い、より早いバッテリー充電のため、高速充電システムへと変化しています。これに対応するため、サムスン電機は電気自動車OBC内への高電圧が要求される高速充電システムに対応可能な3225mm、22nF、1000V MLCC CL32C223JIV1PN#を提供します。これは高電圧・高信頼性を特徴とする製品であり、電気自動車OBC内のAC-DCコンバータに採用されます。
高速充電に対応するため、電気自動車OBC内で高電圧MLCCが必要
電気自動車OBC（On Board Charger）は、外部充電器から電力を受け取り、車両内のバッテリーを充電する装置であり、車両の走行性能と一回の充電で充電可能な容量を決定する電気自動車の核心的な部品の一つです。（Figure1）OBCは、12V低電圧のLDCだけでなく、コンバータ、インバータ、バッテリーなどと共に電力変換機能を担当しています。
充電速度を向上させるために、OBC内の使用電圧と周波数は高まる傾向になります。しかし、OBCの出力が増加するほど、内部での発熱問題が発生する恐れがあるため、このような問題に対応するための高電圧MLCCが要求されています。
[Figure1. 電気自動車内部のOBC構造]
C0G MLCCを使用した共振回路設計による発熱問題の解決
従来、OBCにはフィルムコンデンサ（Film Cap）が使用されていました。しかし、高速充電を実現するために高電圧を印加すると、フィルムコンデンサだけでは対応が難しく、発熱問題が発生します。こうした発熱問題に対応するため、多くのOBCメーカーでは高効率の共振型コンバータ回路（LLC）を設計し、電力伝送効率を向上させています。（Figure2）
[Figure2. 共振回路設計のメリット]
この回路に使用されるC0G MLCCは、フィルムコンデンサと比較して高温・高周波の環境で高信頼性を提供し、さらに低いESRを提供します。（Figure3）
| High Capacitance | Temperature | Frequency Characteristics | Size | Low ESR |
|---|---|---|---|---|---|
| MLCC(C0G) | ○ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
Film Cap | ◎ | ◎ | ○ | ○ | ○ |
高電圧C0G MLCC採用による搭載数削減および空間効率性の向上
また、高電圧C0G MLCCを使用する場合、フィルムコンデンサまたは一般的なC0G MLCCと比較してコンデンサの数量および実装面積が減少し、空間効率性を高めることができます。
下のFigure4のように、
①フィルムコンデンサを一般C0G MLCCで置き換える場合は数量は同一ですが、実装面積を削減できます。
②高電圧（1000V）C0G MLCCで置き換える場合は、数量と実装面積の両方を削減することができます。
ただし、このような場合は、MLCCの定格電圧と電流による温度上昇 (self-heating)を考慮して回路設計を行う必要があります。
Category | フィルムコンデンサ | ① C0G MLCC | ② 高電圧C0GMLCC |
|---|---|---|---|
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 |
[Figure4. フィルムコンデンサ/C0G MLCC/高電圧C0GMLCCの比較]
サムスン電機 3225mm、22nF、1000Vソリューション
今回のTechnical Articleでは、高速充電時の内部発熱問題に対応するために、高電圧環境でも安定して動作できるように電圧分散安全設計と独自の原材料開発技術を適用したサムスン電機の1000V高電圧、3225mm、22nF、C0G MLCC CL32C223JIV1PN#を紹介します。
データシートはサムスン電機の公式ウェブサイトよりダウンロード可能です。
さらに、多様な3216mmの製品ラインアップも保有しており、2025年には最大容量1000Vとなる33nF、3225mmの製品も量産する計画です。（Figure5）
Mass Production Under Development
Size mm (inch) | Capacitance | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
10pF | 22pF | 47pF | 100pF | 220pF | 470pF | 1nF | 2.2nF | 4.7nF | 10nF | 22nF | 33nF | |
1608 (0603) | 250V | 250V | 250V | 250V | 250V | 250V | 250V |
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2012 (0805) | 630V | 630V | 630V | 630V | 630V | 630V | 630V | 630V | 250V |
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3216 (1206) | 1000V | 1000V | 1000V | 1000V | 1000V | 1000V | 1000V | 630V | 630V | 630V | 250V | 250 |
3225 (1210) |
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| 1500V (1.2nF) |
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| 1250V | 1000V | 1000V |
| 630V | ||||||||||||
[Figure5. 高電圧C0G MLCCラインアップ ]
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