适用于恶劣环境的 10 大电容器

新兴应用（如 5G 通信）和不断发展的汽车要求（例如高级驾驶辅助系统 （ADAS）、自动驾驶和电动汽车车载充电器）都需要更高性能的电容器。这可能意味着从更高的电容值到更高的工作温度，再到在恶劣环境条件下工作的坚固性。与此同时，董事会空间非常宝贵。

在许多情况下，电容器制造商正在开发新的工艺和设计以满足不断增长的需求。这些跨越从陶瓷到薄膜再到聚合物的电介质。

以下是过去一年推出的 10 款满足这些新要求的顶级电容器。

针对飞机和卫星应用等极端恶劣的环境，Exxelia 开发了一种新的薄膜电介质，该公司称之为薄膜电容器的突破性技术。新型微型微层 （MML） 电容器具有超高能量密度，是薄膜电容器中单位体积电容最高的。因此，薄膜电容器系列还节省了电路板空间和重量，同时减少了元件数量。

Exxcelia 说，新的薄膜电介质不是以圆柱形结构缠绕，而是由聚合物薄膜的堆叠层构成，类似于 MLCC。“这种新的介电材料允许更高的单位体积电容，从而显着节省重量和空间。”

主要规格包括 1 μF 至 1，000 μF 的宽电容范围和 50 V 至 1，000 V 的电压。工作温度范围为 –55˚C 至 140˚C。高达 125˚C 的电压不会降额。

该公司将 MML 电容器称为能量密度为 400 J/dm 3的游戏规则改变者。Exxelia 说，与传统的聚丙烯或聚酯电介质相比，这可以极大地减小尺寸和重量。该技术还提供高达 140˚C 的工作温度和瞬态电压保护。

此外，MML 电容器允许薄型配置。该公司还注意到，在飞机应用中使用控制和直流链路功能的几项研究表明，与其他薄膜技术相比，尺寸和重量减少了约 50%。一项研究表明，与 MLCC 电容器相比，重量减轻了 70% 至 90%，并且在施加电压时没有电容降额，并且在整个温度范围内漂移低于 5%。

Exxelia 表示，单个 MML 电容器可以替代堆叠的 MLCC 集群，这也提高了薄膜电介质的可靠性。此外，与堆叠式 MLCC 相比，MML 电容器具有固有的自愈特性，并且在整个温度范围内（±5% 最大值）的电容漂移低，并且介电损耗低，并且不易因热机械而开裂。压力。

新电容器的应用包括电源、直流链路、AC/DC/AC 电源转换器、商用/军用飞机、卫星平台和有效载荷、发射器、除颤器和井下工具中的充电/放电或发电功能。

MML 电容器有四种不同的系列，带有通孔、SMD 或铜端子。DIL 配置的样品现已上市，具有以下额定值：10 µF、±10%、600 VDC；13.5 µF，±10%，600 VDC；和 36 µF、±10%、600 VDC。

汽车的新设计

Murata Manufacturing Co.， Ltd. 推出了一款超薄 LW 反向、低等效串联电感 （ESL） 多层陶瓷电容器 （MLCC），用于 4VDC 额定汽车应用，有助于降低阻抗。Murata 表示，随着 ADAS 不断发展以提高安全性并在未来交付自动驾驶汽车，车载设备的 IC 变得越来越高性能，这对设计人员提出了降低电源线阻抗的挑战。

针对车载 ADAS 应用，LLC152D70G105ME01 去耦电容器可以在处理器封装的背面实现。该公司表示，这有助于降低电源线的阻抗，这要归功于村田专有的陶瓷元件薄层技术和薄板形成技术。符合 AEC-Q100 标准的 MLCC 尺寸为 0.5 × 1.0 mm，最大厚度为 0.22 mm，也可以靠近主板上的主处理器。

此外，LW 反向结构将电极翻转 90°，因此它们位于矩形芯片的长边上。Murata 说，这反转了长宽比，在高频应用中提供了噪声抑制。

关键规格包括 1.0 µF ±20% 的电容值和 –55˚C 至 125˚C 的工作温度范围。MLCC 还符合 RoHS 和 REACH 标准。

TDK的混合聚合物电容器

针对 48V 车载电源的汽车应用，TDK Corp. 最近推出的 B40640B* 和 B40740B* 系列混合聚合物电容器提供了非常高的纹波电流能力，与前代产品相比提高了 29%。纹波电流能力现在高达 35 A（20 kHz，125˚C）。

这些电容器的电容范围为 390 µF 至 720 µF，额定电压为 63 V，在 20 kHz 和 20˚C 下的等效串联电阻 （ESR） 极低，仅为 3.9 mΩ。TDK 表示，即使在 –40˚C 的工作温度下，ESR 也仅为 5.4 mΩ。

坚固的电容器提供 60 g 的高振动强度，可在高达 150˚C 的温度下工作。根据电容值，尺寸在 14 × 25 mm 和 16 × 30 mm （D × H） 之间变化。符合 RoHS 标准的电容器采用轴向引线 （B40640B*） 和焊星 （B40740B*） 设计。这些器件针对采用 48V 车载电源的汽车应用。

Kemet（国巨集团的一部分）R53 系列微型聚丙烯薄膜 X2 电磁干扰 （EMI） 抑制电容器也专为恶劣的汽车环境而设计。它们还可用于需要更小、高电容 X2 级解决方案来抑制 EMI 的工业、消费和能源应用。

Kemet 的 R53 电容器

R53 系列提供 0.1 µF 至 22 µF 的电容值。平均而言，X2 EMI 电容器的体积比竞争器件小 60%，这会影响电路板空间、重量、成本和可靠性。引线间距范围从 15 毫米到 37.5 毫米。

与竞争解决方案相比，Kemet 表示它们要么具有更大的尺寸，要么在设计中需要并联电容器。R53 系列的额定电压为 310 VAC，频率为 50 或 60 Hz，适用于 X2 类线对线应用或与交流电源串联。

符合 AEC-Q200 标准的电容器非常适合用于 xEV 车载充电器中的 AC/DC 转换器、智能电网硬件、变频驱动器中的 EMI 过滤、LED 驱动器以及电容式等高能量密度应用电源，通常需要在恶劣的环境条件下运行。

R53 系列具有封装在自熄性树脂中的金属化聚丙烯薄膜和符合 UL 94 V-0 要求的外壳。Kemet 说，金属化聚丙烯薄膜与内部平行结构相结合，可提供自我修复特性，以防止灾难性故障并延长使用寿命。

针对高温汽车应用，AVX Corp. 的 TCO 系列高温、汽车级聚合物芯片电容器的额定工作温度高达 150˚C（在类别电压下）。它们还拥有低泄漏电流 （DCL） 和良性故障模式。目标应用包括高温、中低功率汽车、工业和电信应用。

这些聚合物电容器符合 AEC-Q200 无源元件应力测试资格要求，可确保在 85˚C、85% 相对湿度和额定电压下长达 1，000 小时的稳定性能。

该公司表示，这些电容器基于 AVX 的 TCQ 系列汽车聚合物电容器，采用 J 型引线结构，由钽阳极、五氧化二钽 （Ta 2 O 5 ） 电介质和导电聚合物电极组成，在推荐的使用条件下表现出良性故障模式。

AVX 表示，该系列在 0.1 CV 时表现出低 DCL，在 85˚C 和额定电压下每 1，000 小时具有 1% 的基本可靠性，串联阻抗为 0.1 Ω/V，置信度为 60%。

TCO 系列目前采用 D 型（EIA 公制 7343-31）封装，根据 J-STD-020 的等级为 MSL 3。关键规格包括 10 µF ±20% 容差的电容和 105˚C 时 50 VDC 的额定电压，在 100 kHz 时最大为 50 µA DCL 和 150-mΩ 最大 ESR。工作温度范围为 –55˚C 至 150˚C。

这些电容器符合 RoHS 标准，与无铅兼容，并且能够承受 260˚C 下的三个回流焊循环。这些器件适用于汽车驾驶室控制、信息娱乐和舒适系统；管理安全、电源管理和诊断系统的车身电子设备；和售后电子产品，例如行车记录仪、雷达探测器、导航系统、低音炮、放大器和头枕监视器，以及工业和电信设备中的 DC/DC 转换器和耦合/去耦电路。

安规电容

在解决恶劣环境应用的同时，其中一些新型电容器还可用于可再生能源市场，用于风力涡轮机监控和太阳能逆变器等应用。

一个例子是 Cornell Dubilier 的 PCD 系列大电流交流谐波滤波电容器，它提供双重、内置、故障安全保护系统，电容器的每一端都有一个。CDE 表示，虽然这些故障安全设备旨在防止外壳在使用寿命结束时破裂，但 PCD 系列电容器的设计非常可靠，在额定电压和温度下的使用寿命超过 60，000 小时。自我修复的金属化介电结构增加了它们的可靠性。

通常，这些类型的电容器在顶盖下方有一个开路压力装置，需要从底部螺柱安装该装置。“通过添加底部压力装置，PCD 的端子可以固定到刚性母线上，当底部提供适当的间隙时，允许激活底部安全装置，”CDE 说。

PCD 系列的电容额定值范围为 20 µF 至 125 µF，额定电压为 240 VAC 至 600 VAC，50/60 Hz。最大额定电流为 85 A。外壳直径范围从 63.5 到最大 116 mm。还提供定制的电容和电压额定值、尺寸和性能特征。有多种终端可供选择。

PCD 电容器可用于高湿度环境。该公司表示，该系列已在 85˚C/85% RH 的温度-湿度偏差下进行了 1，000 小时的测试，根据 IEC 60384，将它们置于 III-B 类的最高气候类别中。

应用包括 UPS、交流调谐滤波器、交流输入滤波、线路调节、噪声抑制、变速驱动器和风力涡轮机监控。CDE表示，PCD是欧洲交流电源薄膜电容器的升级版，通常具有向下扩展的中断机制。当故障安全操作至关重要时，PCD 的双压灭弧室可提供最大的安装灵活性。

Vishay 的 SMDY1 陶瓷圆盘安全电容器

另一个安规电容器系列是 Vishay Intertechnology， Inc. 的 SMDY1，该公司声称这是业界首款 Y1 额定值为 500 VAC 和 1，500 VDC 的 SMD 陶瓷安规电容器。Vishay BCcomponents SMDY1 系列交流线路额定陶瓷圆盘安全电容器旨在承受恶劣的高湿度环境。它们可用于电源、太阳能逆变器、智能电表和 LED 驱动器中的 EMI/RFI 滤波。

Vishay 表示，最接近的竞争器件提供高达 1.5 nF 的电容和高达 300 VAC 的 Y1 额定值，没有 DC 额定值。

SMD 陶瓷安规电容器提供 4.7 nF（470 pF 至 4，700 pF）±20% 容差的行业高电容。它们还具有 IIB 类湿度等级（符合 IEC60384-14 附录 I）和 2a 湿度敏感度级别的更高耐湿性。工作温度范围为 –55°C 至 125°C。

由于采用表面贴装封装，电容器的外形更小，无需在 PCB 背面留出间隙空间。这些设备符合 RoHS 标准且不含卤素。

5G电容

三星电机开发了用于 5G 通信基站的高电容、高压 MLCC。3225 外壳尺寸 （3.2 × 2.5 mm） 的 MLCC 提供 10 µF 的高电容和 100 V 的高额定电压。它可以替代两到三个低电容 MLCC，从而减少组件的安装面积。

三星电机用于 5G 通信基站的 MLCC

该公司表示，每个5G基站使用的MLCC数量约为20，000个，是4G LTE的4倍，因此预计MLCC市场对基站的需求将快速增长。

三星表示，安装在 5G 通信基站上的 MLCC 必须具有高电容，以最大限度地减少组件安装面积并提供稳定的电源。此外，该公司补充说，由于基站使用高工作电压来降低功率损耗的特性，因此需要高压产品。

三星 MLCC 可以在温度和湿度以及冲击和振动等恶劣环境变化下可靠运行。据说 MLCC 可提供行业最佳的抗拉强度，并保证 3 毫米。

Taiyo Yuden Co.， Ltd. 的薄型和低 ESL AWK105 BJ474MN （4 V） 和 PWK105 C6474MN （2.5 V） MLCC 面向 5G 智能手机。尺寸为 0.52 × 1.0 × 0.1 mm，这些 MLCC 适用于薄型空间该公司表示，智能手机和可穿戴设备等受限设备用于解耦这些设备内部的 IC 电源线，这些设备对于 5G 服务变得更快、更复杂。

这些器件提供 0.47 μF 的电容，大约是相同尺寸和 0.22 μF 电容的传统电容器 （AWK105 BJ224MN） 容量的两倍。该公司表示，由于改进了传统的薄膜技术和纵向放置外部电极，实现了低 ESL。

新的宽带隙功率器件也对电容器设计产生影响。Knowles Corp. 的一个部门 Knowles Precision Devices 扩展了其 V 系列单层电容器产品线，推出了一种新的 100nF 电容器，该电容器可以提高 GaN 和 GaAs 放大器应用中的旁路性能。

Knowles 的 V 系列电容器

该公司表示，高频、可引线键合的 100nF 电容器适用于对小尺寸和微波性能至关重要的 GaN 和 GaAs 放大器应用。单层电容器支持高达 100 GHz 的微波和毫米波应用，针对一般隔直、低噪声放大器、功率放大器和高功率放大器、振荡器和滤波器。

V 系列电容器在更小的占位面积内提供更高的电容。该 100-nF 器件采用 0408 外壳尺寸，利用具有 X7R 特性的 II 类介电材料在宽频率范围内实现 DC 阻断和射频旁路。它们可用于滤波、调谐和耦合应用。

除了 X7R 温度稳定性之外，100nF 电容器还符合 RoHS 标准，并提供最高的湿度敏感度等级 （MSL-1）。电容器提供高电容密度，可以使用导电环氧树脂连接或使用 AuSn 焊接安装。

在射频旁路应用中，100nF 电容有助于消除电源线噪声。“电源噪声可能与射频信号混合，影响信噪比，并可能导致杂散输出，”Knowles 说，“旁路电容器为电源线上的射频能量在进入增益之前提供了一条有效的接地路径。 　　

      审核编辑：彭静