针对汽车电子及电源市场应用的多层陶瓷电容

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关键字：汽车电子   电源   多层陶瓷电容   Knowles   
当今社会追求更优的经济发展模式以及更低的二氧化碳排放量，这一动因促使汽车电子市场朝着与以往发展轨迹完全不同的路径前行。过去的几十年当中，汽车系统的电气负载已从简单的照明和充电进化为涵盖引擎管理及控制、传感器及安全，当然也包括娱乐功能， 这使得汽车更为智能化也更加复杂。 这一趋势和转变也促使多层陶瓷电容器（MLCC）朝着更高压和更高温应用的方向发展，Peter Scutt在楼氏集团电容器事业部位于英国的制造基地的如是说。

                               
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伴随这一趋势，我们看到在高强度照明、安全系统、传动与控制和动力系统方面应用了更多的电子设备，以便获取更佳的驱动效果。在传动系统方面使用电气负载取代传统的机械和液压负载，这一举措提高了工作效率，从而使得业界更为关注电动汽车概念——混合动力车（HEV）和纯电动车（EV）。

然而对电动汽车的更多需要和需求，也给传统的12V电源系统带来了更多的挑战。同样，更高的耐压，对于更有效、更灵活地处理动力传动负载，也至关重要。开关式电源（SMPS）为这一转变需求提供了基础。更高等级规格的元器件的应用，例如多层陶瓷电容等，带来了电力电子设备的进步，使这一切得以实现。

电力电子电路的应用使得系统更小更轻，从而为提升能效建立基础。多层陶瓷电容采用的电介质材料的进步，如X8R系列材料，提升了电容容值和额定电压（上限3kV）。更大的多层陶瓷电容尺寸和Syfer品牌的专利产品StackiCapTM的应用，进一步提升了电容容值和容值密度。

为了响应不断变化的市场需求，楼氏电容的Syfer品牌最近大幅拓展了AEC-Q200汽车电子认证电容的范围：额定电压上限提升至3kV，安规电容（X&Y）应用于交流充电电路,X8R材质电容耐受150℃高温，尺寸最大可至3640，StackiCapTM电容提升容值密度实现高压高容,开路失效电容（Open Mode）以及内串联电容（Tandem）进一步提高可靠性。

普通介质材料的温度特性经常成为应用的局限因素。而就Syfer品牌的产品而言，一般可承受-55℃至150℃的温度变化（如右图所示）。

                               
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更宽温度范围内的应用
除了AEC-Q200认证系列之外，Syfer品牌还开发出了能经受更宽温度变化范围的产品。这些产品适用于特定汽车电子和工业应用，这类应用要求产品能承受更大范围温度变化，特殊要求是耐受上限200℃的高温。基于大量的在厂测试数据，我们可以对更高温度下使用的产品给出相关建议。尽管未经过AEC-Q200认证，这类超高温的电容产品，已达到Syfer品牌的严苛的质量要求和可靠性要求。需注意的是，尽管这类产品可在200℃高温环境下工作，其电性能将无法完全符合C0G、X5R、X7R或X8R的常规规格。

                               
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相关背景
多层陶瓷电容的可靠性与工作电压和工作温度直接相关。电压和温度都对可靠性加速因子有影响，但温度带来的影响是非线性：随着温度上升，可靠性加速因子将显著上升。

                               
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热应力本身就足够造成电气失效。当介质内部产生的热量超过散发出去的热量，就会发生热击穿。这会造成导电性上升，产生更多的热量，并最终带来无法控制的不稳定性，通常表现为非常快速的温度上升。电容器放电过程中产生的局部热击穿，可以带来极高的温度以至于熔化介质材料。决定某一特定元件是否适用于高温环境时，客户必须考虑热应力，以及温升对诸如容值、耗散因子和绝缘电阻等基本电气性能产生的影响。

我们的建议
针对高达200℃应用的元器件，我们也进行了可靠性测试。由于热应力会对元器件的可靠性带来不利影响，我们不建议普通电容用于125℃以上——以下两种情况除外：
A：当温度不超过160℃时，大多数的普通电容性能依旧稳定，但我们建议用户选用高出正常情况下至少30%电压的电容器。
例如：若正常情况下采用0805 50V 10nF的元件，则我们建议改用0805 100V 10nF的产品——需注意，不推荐0805 63V 10nF的元件，是因为其电压上升幅度仅为26%。
B：当温度超过160℃时，我们的测试数据显示元器件的可靠性影响程度呈现指数上升，类似于上文热应力曲线图所示。这使得我们很难为用户就160℃至200℃间的电容选用，设立一套简单的规则。
因此，针对160℃以上的应用，Syfer品牌建议用户联系我们楼氏电容的技术团队描述应用情况，我们的技术人员会据此推荐最适用的电容器。这将确保用户获取的是最可靠、最经济的解决方案。
例如：针对170℃的特殊应用，推荐的电容尺寸可能为1206，但是要在200℃的温度环境下应用同样的容值和工作电压，可能需要选用1812尺寸的电容。


注释：Dielectric Laboratories (DLI)、Novacap、Syfer和Voltronics已合并重组为一个新的公司实体——楼氏集团电容器事业部(Knowles Capacitors)，这是美国上市公司楼氏集团(Knowles Corporation)旗下的一个分支。这一新的电容事业部的制造历史合计逾175年。