近距离了解电动汽车中的谐振电容器

电动汽车(EV)的主要目标之一是提高其动力转换装置的效率。电力转换的效率越高,电动汽车一次充电后的行驶距离就越远。例如,减少DC-DC(或DC/DC)转换器中的损耗,可使转换器和整车的能效提高、设计进一步简化并减少元件的发热。

DC/DC 转换器有多种类型,本文将重点介绍谐振 DC/DC 转换器。谐振转换器是一种基于开关的转换器,其中包含一个谐振槽,用于控制输入到输出的功率流。谐振转换器通常用于高压应用,以平滑波形、提高功率因数并降低高频功率开关(如 MOSFET 和 IGBT)造成的开关损耗。LLC 电路在谐振转换器应用中经常用到,因为它能在整个工作范围内实现零电压开关 (ZVS) 和零电流开关 (ZCS),支持更高的开关频率,减少元件占用空间,并降低电磁干扰 (EMI)。

图 1. 谐振转换器框图(资料来源:STMicroelectronics)

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谐振转换器建立在谐振逆变器的基础上,该逆变器使用开关网络将直流输入电压转换为方波,然后将方波加到谐振电路中。 如图 2 所示,谐振槽由谐振电容 Cr、谐振电感 Lr 和变压器的磁化电感 Lm 串联而成。LLC 电路选择性地吸收方波特定谐振频率上的最大功率,并通过磁共振释放正弦电压。该交流波形经变压器放大或缩小、整流和滤波后产生转换后的直流输出电压,从而滤除一切高阶谐波。

图 2. 简化的 LLC 谐振 DC/DC 转换器(资料来源:Electronic Design )

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在为 DC/DC 转换器选择合适的谐振电容器时,电容器的均方根电流 (RMS) 是需要考虑的最重要参数之一。它影响电容器的可靠性、电压纹波和转换器的整体性能(取决于谐振电路的拓扑结构)。散热也受均方根电流(RMS)和其他内部损耗的影响。

事实上,在电动汽车转换器系统和其他大功率应用中,电容器的自发热是一个普遍关注的问题。对于谐振电容器,我们通常推荐具有稳定容值及高精度、低损耗的多层陶瓷电容器(MLCC)以防止过热现象的产生。楼氏电容(KPD)专业制造的MLCC相关系列产品可满足这一应用需求,欢迎垂询!

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本文转载自:Knowles楼氏电容微信公众号