在設(shè)計SiC 逆變器和 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器等寬帶隙子系統(tǒng)時，在一些應(yīng)用中，KEMET 的 I 類 MLCC、KC-LINK 可用作合適的高效電容器解決方案。

在 SiC 逆變器中，DC-Link 電容器需要能夠處理高紋波電流、高電壓、高溫 (150C) 和高頻。H 橋中的緩沖電容器需要能夠處理高 dV/dt、高紋波電流、高電壓、高溫 (150C) 和低電感。LLC 諧振轉(zhuǎn)換器中的諧振電容器可以是低壓或高壓，具體取決于應(yīng)用，頻率范圍通常在 100kHz 到幾 MHz 之間。它們需要低 ESR 和高紋波電流能力，并具有電容穩(wěn)定性與電壓和溫度的關(guān)系。??

I 類 MLCC 因其許多特性而適用于這些類型的應(yīng)用。C0G (NP0) 和 U2J 等 I 類電介質(zhì)在其整個工作溫度范圍內(nèi)具有非常穩(wěn)定的介電常數(shù)（“K”量級）（圖 1）。介電常數(shù)用于使用以下公式計算電容器的電容。

“K”越高，電容越高。X7R 和 X5R 等 II 類電介質(zhì)具有更高的介電常數(shù)，但它們在整個溫度范圍內(nèi)的電容變化更大（圖 1）。X7R 和 X5R 的電容變化幅度可達(dá) +-15%。

這種電容隨溫度的變化稱為電容溫度系數(shù) (TCC)。

圖 1：相對電容與溫度 (TCC)

另一個重要特性是電容電壓系數(shù) (VCC)。

圖 2 顯示了 II 類 X7R 電容器從 0V 到 50VDC 偏置的電容變化。隨著直流電壓的增加，電容減小。電容下降的量取決于電介質(zhì)材料、設(shè)計和施加的電壓。更高的電壓意味著 MLCC 層上的電場更高，這會增加這種影響。

電容隨電壓的穩(wěn)定性不僅是直流電壓，還包括交流電壓。如圖 2 所示，該電容器的實際電容測量值從 100mV 時的 -4.5% 變?yōu)?2.5Vrms 時的正 5%。當(dāng)我們在數(shù)據(jù)表中列出電容器的額定電容時，例如 4.7uF，我們以 1kHz 1Vrms 作為參考電壓進(jìn)行測量。

圖 2 還顯示了 C0G 電容器在施加偏置時的電容變化。電容不會隨直流或交流電壓發(fā)生變化。

圖 2：電容穩(wěn)定性與直流和交流電壓的關(guān)系

由于 i2R 損耗，等效串聯(lián)電阻 (ESR) 也是電源應(yīng)用中電容器需要考慮的重要特性。BaTiO3 是一種鐵電材料，因此與 I 類電介質(zhì)相比，它可以在電介質(zhì)和疇壁加熱以及更高的 ESR 內(nèi)創(chuàng)建疇區(qū)域。II 類 MLCC 的 ESR 比 I 類 MLCC 高兩個數(shù)量級是很常見的。圖 3 中可以看到 I 類 C0G/U2J MLCC 和 II 類 X7R 的 ESR 示例。

圖 3：I 類與 II 類的 ESR

電源應(yīng)用中的高 ESR 和高交流電流會導(dǎo)致過熱。圖 4 顯示 X7R 僅在 5Arms 時就升高了 40C，而 C0G 和 U2J 電介質(zhì)在 10Arms 時經(jīng)歷了大約 15C 的自溫升。

圖 4：I 類與 II 類的溫升

這些部件的 RMS 電壓和電流能力也是重要的設(shè)計考慮因素。

在電流受限區(qū)域，由于 i2R 損耗產(chǎn)生的熱量，電容器受到限制。下面是大多數(shù)工程師在大學(xué)里學(xué)到的功率公式。

在這種情況下，“I”是 RMS 電流，“R”是電容器的 ESR。耗散功率可用于通過將“P”乘以 MLCC 的熱阻 ( ) 來計算溫升。該公式可以在下面找到。

圖 5 顯示了溫升與交流電流的關(guān)系。設(shè)計工程師在選擇零件時必須注意三個溫度區(qū)。

表 1：溫度與風(fēng)險

圖 5：溫升與電流的關(guān)系

在電壓限制區(qū)域，我們需要考慮不同的交流電壓會發(fā)生什么。取公式：

ESL 大約為 1nH，因此它在交流電流上可以忽略不計，直到非常高的頻率。

容抗可以改寫為 1/(2*pi*f*C)。

如果交流電流保持恒定，這里有幾件事需要注意。

較低的頻率會導(dǎo)致較高的交流電壓。

較低的電容導(dǎo)致較高的交流電壓。

即使紋波電流不會引起過熱，也需要考慮峰值交流電壓。KEMET 的交流額定電壓規(guī)則/公式可以在下面找到并顯示在圖 6 中。確保不超過交流電壓非常重要。

圖 6：C0G 交流電壓額定值

圖 7 一起顯示了電壓和電流限制區(qū)域。在較低頻率下，電容器的限制因素是交流電壓，而在較高頻率下，電容器的限制因素是交流電流。

圖 7：基于 20°C 允許溫升的限流區(qū)域

KEMET 的 I 類 MLCC、KC-LINK 專為緩沖器、諧振和 DC-Link 應(yīng)用而設(shè)計。它旨在滿足客戶對 WBG 應(yīng)用的要求。該系列具有高斷裂模量 (MOR)，是其他電介質(zhì)類型的 2 倍以上。它能夠承受高板彎曲（> 3 mm），因此大尺寸的機(jī)械性能良好。這也有助于實現(xiàn)出色的熱循環(huán)性能。與金屬化聚丙烯薄膜技術(shù)相比，我們的 C0G MLCC 可以在非常高的溫度下運行。KEMET 在 260C 下進(jìn)行了加速壽命測試，旨在確定我們 150C 額定產(chǎn)品的磨損。8500 年的計算 MTTF 顯示磨損不是問題。

KEMET 使用其新的封裝技術(shù) KONNEKT，使用稱為瞬態(tài)液相燒結(jié) (TLPS) 的工藝將組件的端子粘合在一起，從而形成單個可表面貼裝的封裝。TLPS是低熔點金屬或合金與高熔點金屬或合金的低溫反應(yīng)，形成反應(yīng)后的金屬基體或合金，在兩個表面之間形成冶金結(jié)合。

KONNEKT 有兩種不同的安裝方式：標(biāo)準(zhǔn)方向和低損耗方向。圖 3 顯示了 4-MLCC 堆棧的低損耗安裝（左）和標(biāo)準(zhǔn)方向安裝（右）的 i2R 加熱。與低損耗相比，標(biāo)準(zhǔn)取向具有更高的自熱。?

加熱是由于標(biāo)準(zhǔn)取向比低損耗取向具有更高的 ESR。低損耗的 ESR 遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)取向。圖 8 顯示了低損耗和標(biāo)準(zhǔn)取向的 ESR 之間的比較。低損耗方向的熱阻可以比標(biāo)準(zhǔn)方向小 3 倍。低損耗取向表現(xiàn)出較低的 ESR、較低的每瓦溫度梯度和較低的總溫升。需要注意的是，當(dāng) 2 個芯片堆棧較小時，這種影響會變得最小。

圖 8：KONNEKT 芯片的低損耗與標(biāo)準(zhǔn)（傳統(tǒng)）方向的 ESR

將我們的 KC-LINK 芯片與 KONNEKT 堆疊時，低損耗定向比標(biāo)準(zhǔn)定向提供了一些優(yōu)勢：更低的 ESR、更低的電感和更高的 SRF。無鉛堆疊還導(dǎo)致用于電容器的面積更小。

總而言之，WBG 諧振電路需要低損耗大電流電容器。BME Ni C0G MLCC 解決方案在高溫和高壓下具有高可靠性、高紋波電流能力、高 MOR 和撓性。瞬態(tài)液相燒結(jié)技術(shù) (KONNEKT) 可用于焊料替代（TLPS 是無鉛的），在給定的焊盤尺寸和垂直方向上實現(xiàn)更高電容的無鉛封裝具有更高的 SRF、更低的 ESR 和更少的紋波加熱。帶有 KC-LINK 的 KONNEKT 增加了電路板密度并為客戶提供了更多的大容量電容。

審核編輯：劉清