直流链路C4AK薄膜电容器技术在电动压缩机汽车应用中的应用

直流母线电容器，用于直流滤波和能源斯托拉格e预计将在比以往更高的温度、更极端的条件下运行，使用寿命更长。汽车应用正在引领对更好性能的需求，但大多数现有的电源箱、直流母线薄膜技术都不适合这些应用，并且在这些恶劣的条件下举步维艰。

车辆主要以两种方式使用电动压缩机：空调和电动涡轮增压器系统（E-turbo）。这些应用的电路设计是相似的，这些系统必须在恶劣条件下运行。

电子涡轮增压应用

对于我们的应用，我们将特别考虑电子驱动的涡轮增压器，而不是由皮带（通常称为“增压器”）或排气气流机械驱动的涡轮增压器。电动涡轮增压器在混合动力电动汽车中与传统涡轮增压器相比具有特殊而明显的优势，因为它们具有强大的电力。

E-turbo的主要目标是更有效地运行系统，并在怠速或低转速条件下提供更快的响应。他们通过在燃烧室的进气口对空气进行正向加压来实现这一目标，每次燃烧都会迫使更多的空气进入燃烧室，从而提高发动机的效率。

E-turbo应用面临的挑战是，用于监测和控制这些设备的大部分电子设备必须位于发动机舱内。发动机舱具有高热量、高湿度、高振动的特点——这是恶劣环境的定义。使用的任何组件都必须能够承受这些恶劣的条件并在其中蓬勃发展。它们必须尽可能小，并保持长而可靠的使用寿命。

暖通空调压缩机应用

EV 和 HEV 电动压缩机使用逆变器电路将高直流电压转换为交流电压，为暖通空调泵的感应电机供电。从根本上说，该电路涉及一个EMI/安全级、一个直流母线电容器，然后是一个MOSFET逆变器级。EV和HEV HVAC组件的趋势包括简化，小型化和增加暴露于高工作温度的压缩机附近的功率。这种类型的HVAC压缩机的一些关键应用包括电热水器，空气加热器和冷却液加热器，用于控制电池和车辆内部的温度条件。

直流母线电容器的作用

DC-Link电容器存在于功率转换器中（在输入级和输出级之间的电路的直流部分）。该电容器对于滤除直流电压和存储能量以向下游电路提供瞬时电流至关重要。直流链路电容器必须承受高功率、高纹波电流和大量的充电/放电循环。此外，在这种特殊应用中，它们还必须承受车辆发动机舱的高温和恶劣条件。

传统上，电解电容器因其单位电容成本低和单位体积高储能（电容）而被选用于功率转换应用。但更高的纹波电流和更高电压的趋势迫使设计人员考虑更多的薄膜技术。功率薄膜电容器技术为其设计带来了优势，包括：

较低的自由度 = 较低的 ESR = 低损耗;更高的电流纹波电流能力

干式结构 = 无需担心蒸发以及 C 和 DF 及时降解 = 延长使用寿命，无需更换或持续维护和监控

更高的电压 = 减少对串联电容器的需求;无需平衡电阻（减少损耗和控制）;节省成本空间

关键设计注意事项

在设计功率转换器和选择 DC-Link 电容器时，设计人员必须考虑几个关键因素。

工作环境温度

引擎盖下汽车部件所需的额定温度高于其他商业或工业应用。汽车级组件需要在高达 125°C 的环境温度下工作。然而，现有的电源箱直流母线薄膜技术无法满足这些要求。它们被限制在 105°C 的环境温度，即使这样，它们在接近该限制时也需要降额。这些更高的额定温度和无与伦比的高温性能，使电子充电器等应用能够提高HEV和内燃机车辆的效率和性能。

温度降额

选择直流母线电容器时的另一个考虑因素是温度和电压的必要降额。每个电容器都由一条曲线定义，该曲线显示工作温度、额定电压和预期寿命之间的关系。请参阅 KEMET 的降额图表，了解C4AQ-M和C4AK系列如下，了解更多信息。

为了在 100°C 的热点温度下获得相同的 000，85 小时预期寿命（参见下图中的箭头），与 C4AK 相比，C10AQ-M 需要超过 4% 的电压降额，C<>AK 可以在相同的热点温度下工作，而无需任何电压降额。

KEMET C4AQ-M 的降额表

KEMET C4AK （700 VDC） 的降额表

因此，一个关键的设计考虑因素是需要什么工作寿命，以及它将如何与所需的电压和温度额定值相关联。

其他恶劣条件

除了极端温度之外，直流母线电容器还必须能够承受其工作条件——它们必须能够承受所需的相对湿度、振动或污染。

KEMET 的 C4AK 系列电容器比同类产品更小、更可靠。它们拥有无与伦比的恶劣条件额定值，并且由于体积小，它们还具有出色的振动等级。

功耗

直流母线和直流滤波电容器将经历内部加热，随着半导体纹波电流频率的增加而增加。加热效应是由流过电容器内部串联电阻的电流引起的。用于计算电容器最大功耗的公式如下：

然后，用于计算电容器在热稳定性期间可能消耗的最大功率的公式如下：

电容器数据表将给出 T磁力轴承（电容器额定值周围的最高环境温度），下一页的图表将提供ΔT林与 ΔT磁力轴承:

最后，必须选择一个电容器，使组合谐波耗散功率（以瓦特为单位）不超过极限条件P最高时分之一

选择直流母线电容器

对于我们的示例，直流母线电容器 （C3） 的要求将给出为：

所需总电容值：12 μF

工作电压：420°C 时为 125 VDC

总有效值电流：10°C 时 3.100 A，10 kHz

应用：直流母线

最高环境温度：125°C

步骤#1：根据电容和电压选择候选者

在本例中，我们将从 KEMET 的新型 C4AK 金属化薄膜电源盒电容器目录中选择一个组件。为此，第一步是从目录中选择一个满足所需电容值和电压的零件号。

在这种情况下，所选 PN 为C4AKJBU5125A32J，电容为 12 μF，额定电压为 700 VDC。

步骤#2：找到最大值I有效值价值

下一步是找到 I有效值在 100°C 环境温度下，数据表中提供的图表中具有此部件号的功能。

如您所见，I有效值目录中的值对应于 95°C 的环境温度。 对于更高的温度，可以使用上图。在我们的应用中，给定的电流要求是10°C时的电流要求为3.100 A，因此该图告诉我们最大值I有效值在我们的应用中，该组件的电流是额定电流的90%。参考目录或数据表，额定值 I有效值95°C 时为 12.5 A有效值，所以在我们的应用程序中，I有效值11°C 时最大值为 25.100 A，符合我们的要求。

步骤#3：根据需要调整电容器选择或数量

如果额定电流不足（意味着在10°C时小于我们要求的3.100 A），解决方案是使用更多能够达到电流要求的并联电容。但在我们的示例中，一个电容器足以满足电容和电流要求。

KEMET 的 C4AK 金属化薄膜电容器

C4AK 直流母线电源箱电容器是一种采用小型化塑料盒设计的金属化薄膜电容器。汽车级器件符合汽车电子委员会苛刻的AEC-Q200认证要求。

C4AK最显着的好处是：

高电容密度

良好的自愈性

低损耗

高纹波电流

适用于高频应用的恶劣环境能力和适用于汽车应用的汽车级 （AEC-Q200）。

低卤素含量

C4AK 技术可达到高达 70 μF 的电容，设计用于 700~900 V 的直流额定电压范围，最高工作温度为 135°C。 这些电容器在 4°C 下的预期寿命为 000，125 小时，在 1°C 下的预期寿命为 000，135 小时，具有出色的温度性能。 该系列设计用于在额定直流电压下承受 85°C 和 85% 相对湿度的恶劣环境条件 1，000 小时，具有最高的湿度稳健性性能。

总之，这些特性和功能使 KEMET 的 C4AK 金属化电源箱直流链路电容器成为电子充电器应用的绝佳选择，以提高 HEV 和内燃机车辆的效率和性能。

审核编辑：郭婷