三星推出 1500V 超高压 MLCC 以提高电动汽车动力系统效率

三星电机推出了一系列用于 xEV 高压动力系统的 1210 (3.2 × 2.5 mm) 尺寸新型超高压 MLCC，针对现代电动汽车中的车载充电器 (OBC) 和逆变器系统。

这些三星电机 MLCC 电容器将 1000–1500 V 额定值与 C0G/X8G 温度特性和高达 33 nF 的电容值相结合，从而在紧凑设计中实现更高的功率密度和更高的可靠性。

主要功能和优点

• 额定电压高达 1500 V
  • 覆盖 1000 V、1250 V 和 1500 V 等级，支持 800 V 逆变器总线和高压 OBC 拓扑，例如 CLLC 谐振转换器。
• 汽车级高温 C0G/X8G 电介质
  • C0G 指定温度范围为 -55 °C 至 +125 °C 且电容变化为 0 ± 30 ppm/°C 的器件在典型的汽车环境和引擎盖下范围内提供非常稳定的电容和低损耗。
  • X8G 指定温度范围为 -55 °C 至 +150 °C、0 ± 30 ppm/°C 的部件支持在热功率器件附近或紧密封装的功率模块中使用。
• 小型化 1210（3.2 × 2.5 毫米）封装
  • 在相对较小的外壳尺寸中提供高电压和 nF 范围的电容，从而实现电源模块和高密度 OBC 板的紧凑布局。
• 高压 C0G/X8G 的扩展电容范围
  • 新器件将制造商的高压 C0G/X8G 产品线在 1000-1500 V 电压下扩展至 1.2 nF-33 nF，弥补了设计人员以前必须依赖薄膜电容器或更大的 MLCC 的差距。
• 具有故障安全设计的选项
  • 多个部件号均采用“故障安全设计”结构，旨在改善绝缘击穿情况下的性能并帮助保护系统。
• 以 xEV 动力系统可靠性为目标
  • 采用专有陶瓷、电极小型化和超精密分层工艺进行设计和批量生产，以满足电动汽车中不断增长的 MLCC 数量和可靠性要求。
• 支持自定义设计
  • 制造商明确为客户特定设计提供技术支持和样品，这对于平台级汽车项目非常有用。

典型应用

这些超高压 MLCC 针对 xEV 高压领域，可以在某些有利于尺寸减小和板级集成的功能中替代或补充薄膜电容器。

典型功能包括：

• 车载充电器 (OBC) 中的 CLLC 谐振回路
  • 用作输出功率高于 22 kW 的下一代 OBC 高频 CLLC 级中的谐振电容器，其中高额定电压和低损耗电介质对于效率和热性能至关重要。
• 800 V 级牵引逆变器系统
  • 部署在逆变器电源模块周围，用于缓冲网络以及直流链路和半桥节点上的本地去耦。
• 用于快速开关器件的缓冲电容器
  • 通过为瞬态能量提供受控的低电感路径，用于在 SiC 或快速 IGBT 开关开启或关闭时抑制开关噪声和电压过冲。
• xEV 动力系统中的通用高压节点
  • 适用于任何需要紧凑、稳定的高压电容器的地方，例如高压测量调节、辅助 DC-DC 级或 HV 域中的 EMI 优化布局。

由于这些器件是具有 C0G/X8G 特性的陶瓷 MLCC，因此它们最适合低损耗、稳定电容和可预测温度行为比极高大容量电容更重要的位置。

技术亮点

新闻稿中描述的当前产品阵容主要集中于四个具有特定电容和电压组合的 1210 壳 MLCC。这些器件共同扩展了 C0G/X8G MLCC 产品组合，覆盖 1000–1500 V，电容范围为 1.2 nF 至 33 nF，外壳尺寸为 1210。

产品概览表

零件号 尺寸（英寸/毫米） 电容 额定电压 TCC 设计类型 CL32G122KVV3PN#1210 / 3.2×2.51.2 nF1500 VX8G 故障安全设计CL32C103JXV3PN#1210 / 3.2×2.510 nF1250 VC0G 故障安全设计CL32C223JIV3PN#1210 / 3.2×2.522 nF1000 VC0G故障安全设计CL32C333JIV1PN#1210 / 3.2×2.533 nF1000 VC0G正常设计

工程师设计说明

在将这些超高压 MLCC 设计到 xEV 系统中时，一些实际考虑因素可以帮助避免问题并从其功能中获得最大收益。

电气和热考虑因素

• 遵守电压降额做法
  • 尽管部件的额定电压高达 1000–1500 V，但在汽车电源设计中，MLCC 的运行裕度低于最大额定电压是很常见的，特别是在具有重复瞬态或高 dv/dt 的应用中。
• 考虑交流纹波和谐振条件
  • 在 CLLC 谐振转换器中，电容器承受叠加在直流偏移上的交流电压和电流。检查数据表中的纹波电流限制和损耗行为，以确保 MLCC 在稳态运行中不会过热。
• 检查电容在温度和偏置下的稳定性
  • C0G/X8G 特性意味着与温度相关的电容漂移非常小，这是稳定谐振频率的理想选择。这些电压电平下的任何直流偏置依赖性都应在数据表图表中进行验证。
• 注意热环境
  • 在逆变器电源模块或 OBC 初级中，局部温度可能接近 X8G 部件的上限。使用热模拟或测量来确保结温和外壳温度保持在指定的限制内。

布局和机械集成

• 最小化 ESL 和环路面积
  • 对于缓冲器应用，请将 MLCC 尽可能靠近开关端子或模块引脚放置，并采用短而宽的走线，以最大限度地减少寄生电感并最大限度地提高过压抑制的有效性。
• 根据需要组合多个电容器
  • 为了实现特定的缓冲器或谐振值或分配电流，请考虑并联使用多个 MLCC，并遵守高压间隙和爬电距离的间距规则。
• 管理机械应力
  • 1210 尺寸的大型陶瓷电容器很容易出现电路板弯曲破裂的情况。使用正确的焊盘设计、受控的焊料圆角和 PCB 支撑来减少装配和车辆操作过程中的机械应力。
• 检查故障安全与正常设计
  • 在绝缘完整性对安全至关重要的情况下（例如，OBC 中的隔离栅），请验证故障安全设计版本是否具有所需的电容和电压，并查看其在故障条件下行为的数据表描述。

资格和文件

• 验证汽车资格状态
  • 对于 xEV 平台的批量生产，请在数据表中或通过制造商的支持渠道确认适当的汽车资格标准（例如 AEC-Q200 或制造商特定测试）。
• 符合系统级标准
  • OBC 和逆变器系统中的高压组件通常需要符合 ISO/IEC 高压安全和绝缘要求等标准。确保MLCC的额定电压、测试条件和绝缘性能符合系统级设计规则。
• 利用制造商支持
  • 由于三星电机为客户特定设计提供技术支持和样品，因此设计团队可以尽早参与建模数据、SPICE 模型、可靠性数据和寿命估计（新闻稿中可能未详细介绍这些数据）。

来源

本文基于三星电机产品新闻稿中提供的信息，该新闻稿描述了用于 xEV 高压动力系统的超高压 MLCC，并辅以制造商网站上的相关产品和数据表链接。

参考文献

1. 三星电机产品新闻：用于 xEV 高压动力系统的超高电压 MLCC
2. 三星机电产品页面 – CL32G122KVV3PN#
3. 三星机电产品页面 – CL32C103JXV3PN#
4. 三星机电产品页面 – CL32C223JIV3PN#
5. 三星机电产品页面 – CL32C333JIV1PN#