xEV 고속충전 Trend에 따른 고전압 MLCC 제안
요약
전기차의 수요가 확대됨에 따라 보다 빠른 배터리 충전을 위해 고속충전 시스템으로 변화되고 있습니다. 삼성전기는 전기차 OBC (On-Board Charger)에서 고전압이 필요한 고속충전 시스템에 적용할 수 있는 1210 inch, 22nF, 1000V MLCC CL32C223JIV1PN#를 제공합니다. 이는 고전압/고신뢰성 제품으로 OBC 내 AC-DC Converter에 적용됩니다.
고속충전 대응을 위해 전기차 OBC 내 고전압 MLCC 필요
전기차 OBC (On Board Charger)는 외부 전기 충전기에서 전력을 받아 차량 내 배터리를 충전하는 장치로, 차량의 주행 성능과 한 번에 충전할 수 있는 충전량을 결정하는 전기차의 핵심 부품 중 하나입니다. (Figure1) OBC는 12V 저전압을 위한 LDC(Low Voltage DC-DC Converter) 뿐만 아니라 Converter, Inverter, Battery 등과 함께 전력변환 기능을 담당하고 있습니다. 전기차의 충전 속도를 높이기 위해 OBC 내 사용 전압과 주파수가 높아지는 추세이며, OBC의 출력이 높아질수록 내부 발열 문제가 발생할 수 있기에 이러한 문제에 대응하기 위한 고전압 MLCC가 요구되고 있습니다.
[Figure1. 전기차 내부 OBC 구조]
C0G MLCC로 공진 회로 설계를 통한 발열 문제 해결
기존에는 OBC에 필름 커패시터 (Film Cap)를 사용했습니다. 하지만 고속충전을 실현하기 위해서 높은 전압을 인가하게 되면 필름 커패시터로는 대응하기 어려워 발열 문제가 발생합니다. 이러한 발열 문제를 대응하기 위해 대다수 OBC 제조사에서는 고효율 공진형 컨버터 회로 (LLC)를 설계하여 전력 전달 효율을 높이고 있습니다. (Figure2)
[Figure2. 공진 회로 설계 장점]
이 회로에 사용되는 C0G MLCC는 고온, 고주파수 환경에서 필름 커패시터 대비 높은 신뢰성을 제공함과 동시에 낮은 ESR을 지원합니다. (Figure3)
| High Capacitance | Temperature | Frequency Characteristics | Size | Low ESR |
|---|---|---|---|---|---|
| MLCC(C0G) | ○ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
Film Cap | ◎ | ◎ | ○ | ○ | ○ |
고전압 C0G MLCC 채용으로 탑재량 감소 및 공간 효율성 제고
또한 고전압 C0G MLCC를 사용할 경우, 필름 커패시터 또는 일반 C0G MLCC 대비 커패시터의수량 및 실장 면적이 감소하여, 공간 효율성을 높일 수 있습니다. 아래 Figure4와 같이,
①필름 커패시터를 일반 C0G MLCC로 대체 시 수량은 동일하나 실장 면적을 줄일 수 있고,
②고전압 (1000V) C0G MLCC로 대체 시 수량과 실장 면적 모두 감소시킬 수 있습니다.
단, 이와 같은 경우 MLCC의 정격 전압과 전류에 따른 온도 상승 (self-heating)을 고려하여 회로를 설계해야 합니다.
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 |
[Figure4. Comparison between Film Cap/C0G MLCC/High-Voltage C0G MLCC]
삼성전기 1210 inch, 22nF, 1000V Solution
이번 Technical Article에서는 고속충전 시 내부 발열 문제에 대응하기 위해 높은 전압 환경에도 안정적으로 작동할 수 있도록 전압 분배 안전 설계와 독자적인 원자재 개발 기술을 적용한 삼성전기의 1000V 고전압, 1210 inch, 22nF, C0G MLCC CL32C223JIV1PN#를 소개합니다.
Datasheet는 삼성전기 홈페이지에서 다운로드 할 수 있습니다.
더불어 다양한 1206 inch 라인업을 보유하고 있으며, 25년에는 1000V 최대 용량인 33nF, 1210 inch 제품도 양산할 계획입니다. (Figure5)
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 | ||||||||||||
[Figure5. 고전압 C0G MLCC Lineup]
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