想輕鬆解決電動汽車充電器難題？ Vishay 安規電容器為您解答

由於電動車的蓬勃發展，相對應的充電安全也必須受到重點關注，以下是車載充電器對安規電容器部份大致的規範及介紹

為保護電路和人員，電動汽車 / 混動汽車 (EV / HEV) 車載充電器對安規電容器提出更加嚴格的要求。

用於抑制電磁干擾的電容器，也稱安規電容器，是電池組和電源中的永久固定物。隨著開關電源廣泛用於計算機、印表機、電視和手機充電器等眾多應用，安規電容器已在每個家庭中使用。由於汽車電氣化及電源電壓日益提高，安規電容產品正在越來越多的應用於汽車工業，並對此提出了新的要求。

在全球市場中，汽車製造商面臨汽車電氣化程度越來越高的壓力。這不僅意味著需要安裝新的輔助駕駛系統，而且需要在市場上推出電動汽車 (EV)，無論混合動力汽車 (HEV) 還是全電動汽車。

立法機構正在推動這一趨勢, 為減少二氧化碳的排放創造條件。以電化學能量存儲系統取代傳統汽油或柴油燃料系統是使用電動汽車的前提。眾所周知，電動汽車的電池不是用油氣充電，而是在電源插座或充電樁上採用直流電壓充電。因此，車輛需要具有相應AC/DC轉換功能的電子充電裝置，即所謂的車載充電器 (OBC)。

這方面，這類充電器可以比作手機與其電源的關係，只是功率更高，並且可在更惡劣的環境下工作，因為汽車可能在寒冷的西伯利亞、炎熱的沙漠、潮濕的熱帶、崎嶇不平的道路上行駛。因此，汽車工業安規電容器的某些要求是不同的，這就是為什麼 OBC 必須使用特殊的符合汽車標準的安規電容器。

安規電容器將高頻干擾信號—電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI) —傳輸到底盤接地或中性導體上，從而使干擾短路。降低 EMI 可確保汽車電子部件的電磁兼容性 (EMC)。此外，安規電容器必須能夠攔截過高的脈衝電壓，防止耦合到供電系統中。安規電容器分為兩類—X 類電容器和 Y 類電容器 (圖1)。

X類安規電容器跨接在火線和零線之間。這種情況下，電容器故障不會導致觸電的危險。X 類器件還可細分為 X1 和 X2  電容器。根據規定，X1 類電容器必須能夠承受  4KV 的電壓脈衝，X2 電容器必須能夠承受 2.5 kV 的脈衝。

Y類安規電容器跨接在火線和設備外殼之間或零線和設備外殼之間。這種情況下，基本絕緣缺失，安規電容器發生故障時，人會處於危險之中。因此，Y 類安規電容器必須具備較高的電氣安全性。Y 類器件還可細分為 Y1 和 Y2 安規電容器。

Y1安規電容器必須能夠承受 8kV 電壓脈衝，Y2 安規電容器必須能夠承受 5kV 脈衝。

除符合 IEC 60384-14 標準，安規電容器還必須經過官方機構的測試認證，如歐洲 ENEC，美國 Underwriter Laboratories，Inc. (UL)，加拿大 CSA Group，中國  CQC (中國質量認證中心)。

安規電容器有各種類型，包括薄膜電容器、片式陶瓷電容器和多層陶瓷電容器：

1	薄膜電容器 具有高容值, 容量穩定，可用溫度範圍內損耗因數穩定的優點。此外，金屬化薄膜電容器具有自愈性的優點。在膜片發生故障擊穿的情況下，如果施加電壓會產生小電弧，導致薄膜鋁塗層受損點周圍氧化。這樣可以隔離損壞點，防止更嚴重的損壞。由於具有自愈性，薄膜電容器是 X 類電容器的首選。
2	片式陶瓷電容器 耐壓最高，是 Y1 類應用的首選解決方案。
3	多層電容器 占位面積小，高度低，是節省有限基板空間應用，降低裝配成本的理想之選。多層電容器採用可靠的貴金屬電極 (NME) 設計和濕法工藝製造，在高達 +125 °C 的工作溫度下具有良好的散熱性能，提高惡劣環境中的可靠性。

用於 EV / HEV 充電設備的電容器類型取決於電路、預期電壓脈衝，以及施加在安規電容器兩端的交流電壓。圖 2 顯示各種安規電容器解決方案應用領域容值和耐壓的關係。

汽車級薄膜電容器、片式陶瓷電容器和多層電容器甚至超過汽車工業的要求。應用要求及相關標準詳見下文。

汽車電子委員會 (AEC) 定義並發布汽車工業電子元件要求。AEC-Q200 要求描述了無源元件必須通過的測試，如圖 3 截選內容所示。

例如，Vishay 提供兩個符合汽車工業標準的陶瓷電容器系列，分別是按照 Y1 類認證的 AY1 系列和按照 Y2 類認證的 AY2 系列，其他產品還包括符合汽車工業要求的 Y2 類 MKP3386Y2 和 F340Y2 系列薄膜電容器，X2 類 F339X2、MKP339 和 F1772 系列薄膜電容器，以及 X1 / Y2 和 X2 類多層電容器 – C0G (NP0) 和 X7R 介質 VJ 系列安全認證電容器。

安規電容器需要適合不同的低溫和高溫設計要求。通常，陶瓷和多層電容器的工作溫度為 –55 °C 至 125 °C，薄膜電容器的工作溫度為 –55 °C 至 85 °C 或 105 °C。

隨著溫度的升高，器件失效機率增加，器件需要在允許的最大溫度下測試。也就是說，電容器必須在最大設計電壓下至少測試 1,000 小時。Vishay 產品高於這些要求，AY2 陶瓷電容器產品線在同樣條件下可正常工作 3,000 小時，多層安規電容器在 150 °C，1.7 x AC 額定電壓下可正常工作 2,000 小時。

此外，陶瓷電容器元件必須在 –55 °C 至 125 °C，薄膜電容器元件必須在 –55 °C 至 85 °C 或 105 °C，經受 1,000 次溫度循環。當溫度循環大且變化快時 (從最低上升到最高設計溫度不到一分鐘)，電容器內部熱膨脹或熱收縮可能導致裂紋或分層，或外殼與電容器分離。

汽車級電容器可在這些條件下正常工作。同時，適用於需要提高溫度波動安全性的非汽車應用。暴露在零度以下和長時間陽光照射下的太陽能電池板轉換器就是這種應用的一個很好的例子。

電容器需要具備防潮性。因此，陶瓷電容器必須在 85 °C 和 85 % 相對濕度，最大額定電壓條件下正常工作 1,000 小時。當溫度和濕度增加時，水分通過擴散穿過塗層材料，或者主要在塗層和未塗層之間轉移, 穿透殼體。

滲透的濕氣會導致電容器短路。為防止這種情況並確保防潮，塗層材料和塗覆工藝需要適合汽車應用。薄膜電容器的標準要求是 40 °C，相對濕度 93 %，額定電壓下為  1,000 小時。不過，Vishay 系列電容器適用於極端條件，高於 AEC-Q200  的要求，並通過 85 °C 和 85 % 相對濕度，額定電壓測試，如 F340Y2 為 1,000 小時，F339X2 為 500 小時。

汽車市場對電子元器件機械性要求也比其他應用高，如抗振動和機械衝擊的堅固性。Vishay汽車級安規電容器滿足這一要求。

綜上所述，安規電容器分為 X 類和 Y 類，可濾除高頻干擾信號 (EMC)，保護電路和用戶免受高壓浪涌的傷害。符合汽車標準的電容器可在極端環境條件下使用。必須由授權機構進行認證，以保證關鍵的安全性。AEC 發布了汽車應用必須通過的測試規範。

1）Florian Weyland 現任Vishay公司陶瓷電容器產品營銷經理。他是德國陶瓷協會會員，曾獲得Hans-Walter-Hennicke獎，並獲得2017年美國冬季研討會補助金。Weyland先生擁有達姆施塔特工業大學博士學位。

2）Wolfgang Rettlinger 現任 Vishay 公司薄膜電容器產品營銷高級經理。他擁有紐倫堡應用技術大學碩士學位。

3）Thomas Wächter 於1996年加入 Vishay 公司鉭電容器部，2002年開始從事公司表面貼裝 MLCC 系列產品銷售工作。他曾先後擔任 MLCC 歐洲部高級市場營銷經理，汽車級和商品級 MLCC 產品營銷總監。他擁有德國東巴伐利亞雷根斯堡應用科技大學碩士學位。