在某種程度上，xEV 的增長是由這些類型車輛的更多可用性以及來自政府的壓力推動的，這些政府將車輛的更大程度的電氣化視為實現其承諾的具有挑戰性的碳減排目標的一種方式。然而，在與 xEV 相關的所謂“里程焦慮”得到解決之前，這種增長將保持一定程度。克服范圍焦慮所需的整體效率提升不僅僅來自創新的電源轉換拓撲，還需要仔細考慮和選擇組件，以最大限度地減少自身的損失。

雖然汽油動力汽車很容易加油，但 xEV 的充電基礎設施有點閑置，讓司機擔心在旅途中電量耗盡。因此，汽車設計師面臨的一個關鍵挑戰是提供更大的電池續航里程。增加電池尺寸會增加重量和成本，因此通常會弄巧成拙。因此，xEV 中消耗能量的每個組件都需要提供高效率，以允許車輛在一次充電后行駛更遠。

寬帶隙 (WBG) 革命

近年來，基于硅的半導體器件得到了顯著改進，并且能夠提供可接受的高效運行水平。然而，在許多關鍵應用領域（包括 xEV），即使是最好的現代 MOSFET 和 IGBT 也會出現損耗，這對車輛的續航里程有顯著影響。

關于 WBG 材料（例如碳化硅 (SiC)）的優勢，已經有很多文章，這些材料能夠在比硅材料更高的頻率和溫度下工作。憑借更低的靜態損耗 (R DS(on) ) 和更低的柵極電荷 (Q g )，可降低開關損耗，WBG 正在開啟電力電子領域的新時代。

汽車設計師不斷嘗試在 xEV 設計中減小尺寸和減輕重量。由于其較低的運行損耗，需要較少的熱管理，并且較高的運行頻率允許減小相關磁性元件和電容器的尺寸（和成本）。雖然 SiC 器件的成本高于其硅器件，但磁性元件和電容器的成本節省抵消了這一點，允許以不高于（有時低于）等效硅設計的 BOM 成本構建基于 SiC 的電源解決方案。

UnitedSiC最近推出了他們的第四代（第 4 代）SiC 技術，該技術包括基于高密度溝槽 SiC JFET 結構的符合 AEC-Q101 的 750V 額定 SiC JFET 器件。它與低壓硅 MOSFET 共同封裝以形成共源共柵布置。由于 JFET 元件緊湊，因此與面積相比實現了極低的導通電阻值 (1.26 mΩ-cm 2 )。

這種新器件 (UJ4C075018K4S) 的體二極管呈現出有趣的正向壓降 (V FSD ) 和反向恢復電荷 (Q RR ) 值。這是由于 SiC 芯片變薄，從而有利于電學和熱學特性。當該管芯連接到銅 (Cu) 引線框架時，會使用銀 (Ag) 燒結材料，因為其導熱性比傳統焊料好得多。最終，好處是結殼熱阻降低，與競爭器件相比，軟開關應用中的運行速度要快得多。

由于第 4 代設備支持 750V 運行，因此它們可用于更小的 xEV，例如個人車輛，而無需指定具有 900V 或 1200V 額定值的昂貴設備，從而在成本過高的情況下提供 SiC 的優勢。

高頻操作和尺寸減小的挑戰

車輛變得越來越復雜和精密，因此，電子內容比以往任何時候都多。憑借數十個（如果不是數百個）電子控制單元 (ECU) 和復雜的車載信息娛樂 (IVI) 系統，車輛的正確和安全運行依賴于對電噪聲的有效抑制。xEV 中的大量開關電流使這一挑戰變得更加困難，而且需要為車輛到一切 (V2X) 通信實施敏感的通信設備，這進一步加劇了這一挑戰。

在包括 xEV 在內的電子設計的各個方面，小型化是設計人員的關鍵目標。雖然這帶來了改進的人體工程學、增強的性能和降低的成本，但它也可能導致實現這一目標所需的小型組件的可靠性問題。

隨著越來越多的設備被裝入更小的空間，對電噪聲/干擾的敏感性增加。這對于 WBG 設備來說是一個特殊的挑戰，因為頻率升高需要更復雜的設計才能滿足監管機構的發射標準。

用于在惡劣環境中抑制 EMI 的電容器技術

新材料和改進的制造工藝是電容器制造商應對 EMI 抑制挑戰的兩種方式。這種方法增強了在通常會降低可靠性和/或性能的挑戰性條件下運行的能力。然而，即使采用這些新方法，在高溫、潮濕和偏置 (THB) 條件下提供可靠性和性能仍然是一個挑戰。

金屬化聚丙烯薄膜（MKP）由于其電氣性能和自愈能力，是一種重要的EMI抑制電容器材料。然而，由于鋅金屬化中的電化學腐蝕，高水平的 THB 會加速降解。

由于在高 THB 下運行變得越來越必要，IEC 60384-14 等標準定義了滿足要求的測試方法。這些測試在汽車、能源、消費和工業應用等行業中很常見，可用于評估在長達 25 年的惡劣條件下的運行情況。

KEMET 多年來一直致力于開發能夠滿足這些嚴格測試的電容器技術，同時滿足設計人員和最終用戶的小型化和可靠性要求。第一個惡劣環境解決方案是 F862、X2，這是一種基于 MKP 的技術，獲得了 AEC-Q200 汽車使用認證。此后的迭代（F863、X2）為面向消費者的應用程序提供了更緊湊、更具成本效益的解決方案。

適用于惡劣環境的最新一代 EMI 抑制電容器是新型 R52、X2 器件。該技術不僅超越了之前的所有解決方案，還通過了 IEC 60384-14 的 IIB 類穩健性測試，在 85°C 和 85% RH 下達到了 500 小時的額定電壓，如圖 1 所示。

圖 1：THB 測試期間的 R52 電容漂移

將引線間距為 15 mm 的 KEMET 0.47μF R52 器件與市場上的其他器件進行比較，表明 R52 器件的體積比目前可用的任何其他 X2 解決方案小至少 60%。

R52 技術適用于電容值高達 22μF 的大電流使用，允許它在需要的地方與電源電壓保持一致并跨越電源電壓使用。

圖 2：R52 在不同頻率下的電流能力

如圖 2 所示，R52 技術提供了對廣泛頻率的濾波，使其非常適用于變頻驅動器 (VFD) 和 xEV 快速充電系統以及電力線通信。

概括

毫無疑問，WBG / SiC 等半導體技術創新將因其提供的性能優勢而被廣泛采用，尤其是在高功率應用中。然而，現代設計的更高工作頻率和緊湊性，以及在惡劣環境中長時間工作的需要，給組件制造商帶來了重大挑戰。KEMET 的 R52 EMI 抑制電容器是一種在超高電容設備中平衡可靠性和小型化的解決方案，完全有資格在惡劣環境中使用。

審核編輯 黃昊宇