近年安裝在電動汽車上的車載充電器 （On Board Charger，以下簡稱OBC）的輸出功率越來越高，有的機種輸出功率會達到22KW。為了在輸出功率增加的情況下保持OBC本身的尺寸不被增大，設(shè)計本身仍需緊湊。因此在諧振電路中也需要用到比傳統(tǒng)產(chǎn)品更耐高功率密度的高耐壓、低損耗的電容器。

　　為了滿足這一需求，TDK新推出了一系列額定電壓為1250V C0G特性的車載等級MLCC。
　　接下來我們將通過LLC諧振轉(zhuǎn)換器中諧振電容器的示例，來介紹1250V C0G特性的MLCC。
　　為什么 MLCC 是諧振電路電容器的選擇？
　　它具有以下特點，適合在車載 OBC和無線充電的諧振電路中作為諧振電容使用。
　　·高容許電壓和容許電流
　　o可以用較少的數(shù)量組成諧振電容，有利于小型化。
　　o
　　·C0G特性：即使溫度變化或施加DC/AC電壓，靜電容量的變化也很小。
　　o可以保持諧振頻率恒定并實現(xiàn)穩(wěn)定的能量傳輸特性。此外，由于損耗低，因此可以抑制發(fā)熱并提高傳輸效率。
　　o
　　·滿足 AEC-Q200的車載品質(zhì)
　　o本產(chǎn)品符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)（汽車電子元件可靠性測試和鑒定標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。）o
　　·公差有兩種類型：J 公差 （±5%） 和 G 公差 （±2%）。
　　o通過高精度諧振，有助于提高傳輸效率。
　　評估目的
　　LLC 諧振轉(zhuǎn)換器作為高效 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，被廣泛用于車載 OBC等用途中。 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器中使用的諧振電容器會承受單顆電容器難以承受的高電壓和電流。 因此，需要將電容器以多顆串聯(lián)·多顆并聯(lián)方式使用，使其承受的電壓電流均在規(guī)定范圍內(nèi)。 使用容許電壓較高的電容，不僅可減少串聯(lián)數(shù)量，還能用更少的并聯(lián)數(shù)量達到需要的靜電容量。
　　在本解決方案指南中，我們將介紹通過使用額定電壓為 1250V 的 MLCC來實現(xiàn)諧振電容整體發(fā)熱的減少和小型化的。

　　評估電路配置（LLC 諧振轉(zhuǎn)換器）

　　圖 1 顯示了用于評估全橋 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器的電路圖。
　　諧振電容器 Cr 的容值為 50 nF，配置電容器組，使其容許電壓和容許電流均在規(guī)格范圍內(nèi)。將薄膜電容更換為陶瓷貼片電容并評估以下項目。
　　LLC 轉(zhuǎn)換器工作條件
　　輸入電壓 Vin
　　輸出電壓 Vo
　　輸出功率 Po
　　工作頻率 Fsw
　　諧振電容 Cr
　?。?00V
　?。?75V
　?。?.3kW
　?。?33kHz

　?。?0nF

　　要評估的電容器
　　薄膜電容器
　　MLCC（C0G 特性、額定電壓：630V）
　　MLCC（C0G 特性、額定電壓：1250V）
　　評估項目
　　工作波形
　　諧振電容器的表面溫度
　　安裝面積、產(chǎn)品高度
　　■評估電路
　　全橋 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器
　　■工作條件
　　Vin = 400V
　　Vo = 475V
　　Po = 4.3kW
　　Fsw = 133kHz
　　Cr = 50nF

　　調(diào)整電容類型和組成來評估(請參照表1)

　　圖 1. 評估電路（全橋 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器）
　　A 公司 薄膜電容器
　　TDK  MLCC（C0G/630V）
　　TDK MLCC（C0G/1250V）
　　外觀
　　單顆電容規(guī)格
　　品名
　　-
　　CGA5L4C0G2J103J160AA
　　CGA6P1C0G3B103J250AC

　　工作波形比較--相當(dāng)于薄膜電容

　　圖 2 顯示了 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器運行時施加到電容器組的電壓和電流。
　　可以看到即使更改了電容器組的配置，其施加的負(fù)載也是相同的。
　　薄膜電容器（10nF）
　　MLCC（C0G/630V/10nF）
　　MLCC（C0G/1250V/10nF）
　　配置
　　2個串聯(lián) 10個并聯(lián) 50nF
　　2個串聯(lián) 10個并聯(lián) 50nF
　　1個串聯(lián)，5個并聯(lián)，50nF
　　工作波形
　　電壓
　　882Vpp
　　880Vpp
　　880Vpp
　　電流
　　12.9Arms
　　12.8Arms

　　12.7Arms

　　圖2. 工作波形的比較
　　諧振電容器表面溫度的比較 - 可以減少發(fā)熱
　　圖 3 顯示了 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器工作期間電容器組的表面溫度。
　　由此可見，MLCC 的發(fā)熱幾乎相同，但薄膜電容器的自發(fā)熱比 MLCC 大。

　　這是因為C0G特性的MLCC的ESR要比薄膜電容的ESR更小，從而抑制了自發(fā)熱。通過使用MLCC可實現(xiàn)以更少的貼裝面積處理高功率。

　　薄膜電容器（10nF）
　　MLCC（C0G/630V/10nF）
　　MLCC（C0G/1250V/10nF）
　　外觀
　　熱成像

　　貼裝面積·產(chǎn)品高度的比較-貼裝面積減97%！

　　圖 4 展示了不同電容器組之間的貼裝面積比較·薄膜電容器與 MLCC （C0G/630V） 相比，即使使用數(shù)量相同，由于MLCC尺寸較小，可減少90%的貼裝面積。

　　·MLCC （C0G/1250V） 的額定電壓更高，可以減少串聯(lián)數(shù)量。 因此，即使容值相同，MLCC （C0G/1250V）規(guī)格也能用更少的數(shù)量達到諧振電容的目標(biāo)容值50nF。

　　因此，與 MLCC （C0G/630V） 規(guī)格相比， MLCC （C0G/1250V）規(guī)格可實現(xiàn)減少77%的貼裝面積。

　　圖 4. 電容器組
　　圖 5 顯示了產(chǎn)品高度的比較。 通過將薄膜電容器替換為 MLCC，可以縮小尺寸并減少安裝表面。
　　圖5. 產(chǎn)品高度比較
　　總結(jié)
　　在本解決方案指南中，我們以 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器中的諧振電容器為例，介紹使用額定電壓為1250V 的C0G特性MLCC可以實現(xiàn)減少整體發(fā)熱和小型化。
　　·即使改變組成電容器組的電容（將薄膜電容替換為MLCC），工作波形也幾乎相同。
　　·通過用MLCC替代薄膜電容器，可以減少貼裝面積、降低高度、減少表面貼裝和自發(fā)熱。
　　·此外，通過使用額定電壓為1250V的C0G特性MLCC，可以在滿足允許電壓和允許電流的同時減少使用數(shù)量和貼裝面積。
　　基于上述結(jié)果，使用高耐壓MLCC可以在小面積內(nèi)處理高功率，有助于實現(xiàn)高輸出型OBC的小型化。
　　產(chǎn)品陣容
　　TDK新推出了額定電壓為1250V的C0G 特性的車載等級MLCC。
　　和傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，其容許電壓和容許電流更高，容值隨著溫度變化和DC/AC電壓變化的波動小，很適合作為諧振電容用于諧振電路中。
　　有兩種公差可供選擇：±5% 和 ±2%。
　　點擊產(chǎn)品陣容的NEW可以確認(rèn)各個產(chǎn)品的詳細(xì)數(shù)據(jù)（默認(rèn)公差±5%）選擇諧振電容器的注意事項有哪些？
　　隨著使用頻率的變化，MLCC自身可承受的容許電壓、容許電流也會改變（圖 7）。 選擇諧振電容器時，請參考產(chǎn)品中心內(nèi)各產(chǎn)品頁面上的容許電壓圖和電流容限圖，并調(diào)整電容的串并方式，確保施加到電容器上的電壓和電流都不超過允許的電壓和電流。
　　容許電壓圖和容許電流圖是根據(jù)以下條件創(chuàng)建的。
　　·假設(shè)施加到 MLCC 上的電壓和電流波形為單一頻率的正弦波。
　　·自發(fā)熱溫度的評估環(huán)境是在室溫、自然對流條件下。
　　·安裝MLCC的電路板對于所施加的電流具有足夠的散熱能力，并在自然對流下的熱平衡狀態(tài)下進行評估。
　　·滿足上述條件，保證MLCC的自發(fā)熱溫升為20°C以內(nèi)的前提下，確定允許電壓和允許電流。
　　·此數(shù)據(jù)僅供參考，不保證可靠性。

　　允許的電壓和電流數(shù)據(jù)可以從以下 ZIP 文件。

　　CGA6P1C0G3B103J250AC
　　圖7. 電容的容許電壓圖和容許電流圖的示例