如何为汽车和工业电源转换器实施稳健的小型 EMI 控制解决方案 (如何与汽车)

{本文由家电维修技术小编收集整理资料}确保设备和用户的安全对设计人员来说至关重要，而电容器则发挥着关键作用。在诸如电动汽车(EV)充电器、变频器(VFD)的电磁干扰(EMI)过滤器、LED驱动器等*中，以及诸如电容式电源和电源转换器等高能量密度应用中，元器件尺寸、重量和可靠性同样具有举足轻重的作用。确保设备和用户的安全对设计人员来说至关重要，而电容器则发挥着关键作用。在诸如电动汽车(EV)充电器、变频器(VFD)的电磁干扰(EMI)过滤器、LED驱动器等*中，以及诸如电容式电源和电源转换器等高能量密度应用中，元器件尺寸、重量和可靠性同样具有举足轻重的作用。所有这些应用面临共同的挑战是采购用于线对线的紧凑坚固型高压X1和X2安全电容器、用于线对地EMI滤波的Y2电容器，这些器件的额定温度/湿度/偏压(THB)等级为IIIB，可在-°C至+°C之间运行，并且符合国际电工委员会(IEC)-和汽车电子理事会(AEC)Q的要求。为了满足这些要求，设计人员可以使用小型聚丙烯薄膜X1、X2和Y2的EMI抑制安全电容器。这些产品符合IEC-要求，获得了AEC-Q标准认证且具有最高的IEC稳健性分类，适用于在恶劣环境条件下要求高可靠性和更长寿命的应用。这类小型自愈式电容器比传统X1、X2和Y2安全电容器要小得多，可以缩小印刷电路板（PC板）面积，减小重量和成本。本文将回顾安全电容器的电路应用，以及IEC-和AEC-Q测试和环境要求。然后比较X2聚丙烯薄膜电容器的并联和串联结构，并举例介绍KEMET适合Y2、X1和X2安全应用的小型电容器，这些电容器符合IEC-的要求，获得了AEC-Q认证。本文还给出了这类电容器的*建议。安全电容器的作用安全电容器有两个与安全有关的功能。安全滤波器过滤、抑制到达配电网的噪声，并保护设备免受由雷电、电机换向和其他源头引起的电压尖峰的潜在损害。安全电容器还能保护设备用户免受潜在的伤害。安全电容器是根据这两种功能来分类和定义的。从线路到中性点的差模EMI由X电容处理。Y电容器处理共模干扰（图1）。如果X电容器发生故障，就有可能发生火灾。如果Y电容器发生故障，有可能造成用户触电。X电容器采用短路情况下失效的设计，以触发保险丝或断路器并切断电源电压，从而消除火灾危险。Y电容器故障造成火灾危险的可能性非常低，因为这些电容器采用开路情况下失效的设计，以防触电。

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图1：X电容（蓝色）用于过滤线对线干扰的EMI，而Y电容（橙色）用于过滤线对地干扰。（图片来源：KEMET）除了分为“X”或者“Y”类外，EMI滤波电容器可按照额定工作电压及其峰值脉冲电压处理能力进行指定。在Y型电容器的情况下，还可按其是否具有基本绝缘或强化绝缘进一步分类。目前有许多适用这些电容器的标准，包括IEC-、UnderwritersLaboratories(UL)、UL、加拿大标准协会(CSA)C.2No.1以及CSA-。IEC-按峰值脉冲电压定义了X电容器的子类，按额定电压和绝缘类别定义了Y电容器。此外，还为不同的等级规定了不同形式的耐久性测试。X1、X2和Y2是最常用的安全电容器（表1）。·X电容器子类X3电容器的峰值电压脉冲等级小于或等于1.2kVX2电容器的峰值电压脉冲等级小于或等于2.5kVX1电容器的峰值电压脉冲等级超过2.5kv，小于或等于4.0kV·Y电容器子类Y4电容器的额定电压低于VACY3电容器的额定电压为V至VACY2电容器的额定电压从V至VAC，具有基本绝缘Y1电容器的额定电压高达VAC，具有双重绝缘

表1：IEC-标准下，X电容器按峰值脉冲电压分类的示例和Y电容器按额定电压和绝缘类型分类的示例。（表格来源：KEMET）安全电容器的替代品由于具有不同的额定电压和不同的运行能力，只有某些类型的X和Y电容器可以用来替代其他具有相同或更高额定电压的电容器。例如，Y1电容器具有相同的电压等级，但绝缘等级较高，可以作为Y2电容器的替代品使用。Y电容器采用故障开路设计，可用来代替X电容器。但X电容器为了故障短路而设计，不能替代Y电容器（表2）。虽然X电容器可以充分过滤EMI，但不符合Y电容器的线对地安全标准。类型替代X1Y1或Y2X2X1、Y1、或Y2Y2Y1Y1无表2：某些Y电容器可以用作X电容器，但X电容器不能替代Y电容器。（表格来源：KEMET）自愈自愈能力是指金属化电容器从暴露于电介质击穿造成的瞬间短路中恢复并迅速再生的能力。聚丙烯被认为是自愈方面的最佳材料。聚丙烯的表面含氧量高，可以烧掉（清除）故障区域周围的电极材料。故障清除后，会有一些不明显的电容损失，而电容器的其他电气特性也会恢复到额定值。除了使用聚丙烯薄膜外，金属化材料及其厚度也是自愈的重要因素。如果电容器未经过精心设计，针对自愈的优化会使其更容易受到极端环境条件的影响。因此，如THB等更高水平的合格性测试会有益于这些电容器。THB合格性THB合格性测试通常适用于汽车、能源和工业应用，用于衡量其部件的长期可靠性。THB测试加速了元件退化，并在规定的交流或直流偏置条件下、在规定的时间后测量电气参数。IEC-、AMD1:标准规定了三个THB等级（A和B）、II（A和B）和III（A和B）（表3）。要满足最高级(IIIB)要求，包括在°C和%RH下暴露小时。为了通过测试，薄膜电容器必须证明：·电容变化≤%·耗散系数变化(Δtanδ)≤*-4（在1kHz时，对于额定值大于1μF的电容器）·耗散系数变化(Δtanδ)≤*-4（在kHz时，对于额定值大于≤1µF的电容器）·绝缘电阻≥初始极限的%或至少MΩ。等级测试条件A测试条件BI+°C/%RH+°C/%RH天小时II+°C/%RH+°C/%RH天小时I+°C/%RH+°C/%RH天1,小时表3：最新版IEC-标准给出了THB测试的六个选择。（表格来源：KEMET）小型X2电容器当需要X2电容器时，设计人员可以采用KEMET的RB系列径向聚丙烯薄膜电容器，其电容范围为0.1-µF，并在符合ULV-0可燃性要求的模塑壳中采用自熄性树脂进行封装（图2）。这种小型电容器的引线间距为-.5mm，平均而言，其体积比标准X2电容器小%，是一种更小更轻的解决方案。这种电容器符合AEC-Q要求，在IEC-THB测试中达到了IIIB级。例如，RBIK的额定电压为VDC，电容为0.μF±%，而RB*0M的额定电压为VDC，电容为0.μF±%。

图2：RBX2电容器采用自熄性树脂封装和符合UL可燃性要求的模塑外壳。（图片来源：KEMET）X1/Y2安全电容器KEMETRB系列X1/Y2安全电容器的电容值范围为0.-1.2μF，额定电压高达1,VDC，公差为±%或±%。RB电容器的封装与RB电容器类似，其引线间距为-.5mm，体积小且具有IIIB级THB性能。像RBFT0K（pF)、VDC）这样的RB电容器，在°C下的额定工作时间为小时。RB和RB安全电容器都适用于电动汽车的车载充电器、风能和太阳能电源转换器、VFD和其他工业应用，以及基于SiC和GaN的电源转换器设计。*要求金属化聚丙烯薄膜安全电容器在电气和环境方面都非常稳健，并能为*作者提供高水平保护，但在PC板上*时需要特别注意。聚丙烯的熔点在℃和℃之间。当使用液态温度为°C的传统锡铅(SnPb)焊料时，可采用一些简单的技术将这些电容器牢固地*到电路板上。RoHS指令要求以及元件小型化，使聚丙烯薄膜电容器的*变得更加复杂。该指令要求使用锡银铜(SnAgCu)或锡铜(SnCu)合金。新合金的常见*温度为°C至°C，会导致元件上的热应力增加，可能使其性能退化或永久损坏。较高的预热和波峰焊温度会给小型聚丙烯薄膜电容器等小型元件造成*性的热条件。KEMET建议用户在使用聚丙烯薄膜安全电容器时，执行IEC-1第2板的波峰焊曲线（图3）。

图3：为了防止在*聚丙烯薄膜安全电容器时出现热损伤，KEMET建议用户按照IEC-1第2版中的波峰焊曲线进行*作。（图片来源：KEMET）当需要手动*时，KEMET建议将烙铁头的温度设定为°C（最高+°C）。手动*应*为3秒或更短的时间，以免损坏元件。对于通孔式聚丙烯薄膜电容器，则不建议采用典型的回流*法。KEMET还建议，不应将这些电容器放入用于连接表面贴装元件的粘合剂固化炉。电容器应在表面贴装部件的粘合剂固化后再添加到印刷电路板上。如果需要通孔元件参与粘合剂固化过程或者进行回流*，请就详细的烤箱允许温度曲线咨询厂家。结语设计人员需要在满足关键的设计要求的同时，确保设备和用户安全。X和Y安全电容器用于保护设备免受过多的电磁干扰，保护用户免受伤害。使用KEMET坚固可靠的小型化聚丙烯金属化薄膜安全电容器，设计人员可以满足IEC-IIIB级HTB和AEC-Q的要求。这些电容器支持一系列工业、电动汽车和WBG电源转换器应用中的紧凑、轻量和低成本解决方案。（作者：JeffShepard）