近距離了解電動(dòng)汽車應(yīng)用中的緩沖吸收電容器

在之前的推文——樓氏電容｜深入了解電動(dòng)汽車應(yīng)用中的直流母線電容中，我們探討了在電源轉(zhuǎn)換器中使用直流母線電容作為中間緩沖器這一主題，今天的主題則是關(guān)于另一個(gè)有用的電源模塊元件——緩沖吸收電容器。

在之前的推文——樓氏電容｜深入了解電動(dòng)汽車應(yīng)用中的直流母線電容中，我們探討了在電源轉(zhuǎn)換器中使用直流母線電容作為中間緩沖器這一主題，今天的主題則是關(guān)于另一個(gè)有用的電源模塊元件——緩沖吸收電容器。緩沖電路是一種能量吸收電路，用于保護(hù)功率器件免受寄生電感引起的電壓尖峰和電磁瞬態(tài)干擾的影響。開關(guān)打開在本質(zhì)上會(huì)在設(shè)備上引起尖峰電壓，而緩沖器為多余的能量提供了一個(gè)替代的流動(dòng)路徑，使其被緩沖電容器吸收，抑制波形振蕩并經(jīng)由電阻或其他負(fù)載耗散。

在電動(dòng)汽車子系統(tǒng)中，絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是三端子功率半導(dǎo)體器件，通常作為快速高效的開關(guān)用于如逆變器、轉(zhuǎn)換器和電源等電力電子應(yīng)用中。IGBT經(jīng)常與各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的二極管模子結(jié)合在一起，形成更大的模塊。

圖 1. 基本的RC吸收電路（來源：維基百科）

例如，圖2中的電動(dòng)車逆變器負(fù)責(zé)將電池中的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，以在加速時(shí)驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)，在制動(dòng)時(shí)逆變器則又將交流電轉(zhuǎn)換回直流電。一個(gè)驅(qū)動(dòng)三相負(fù)載的電源模塊至少需要六個(gè)IGBT和六個(gè)配套的緩沖吸收電容Csnub來保護(hù)半導(dǎo)體功率器件。

圖 2. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中的逆變器

緩沖電容器會(huì)吸收100kHz至300kHz高頻工作環(huán)境中的噪聲從而保護(hù)電源開關(guān)模塊。理想的緩沖電容器應(yīng)具備以下幾個(gè)特性：

●在高頻（100 kHz及以上）環(huán)境工作下的高電壓承受能力

●低ESR(等效串聯(lián)電阻)

●低損耗因子

●低自熱性

●高容量

針對(duì)以上特性要求，樓氏電容（KPD）推薦使用規(guī)格范圍在600V-2kV，nF-μF級(jí)的C0G或X7R電容器。電容器的直流電壓等級(jí)將取決于半導(dǎo)體開關(guān)的阻斷電壓。

正溫度系數(shù)（PTC）加熱控制器是另一個(gè)需要用到緩沖電容器的電動(dòng)汽車子系統(tǒng)。與可以使用內(nèi)燃機(jī)的廢熱加熱機(jī)艙的燃油車不同，電動(dòng)汽車使用高壓PTC加熱控制器作為供暖、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)的熱源。

PTC加熱器使用特殊的材料，在溫度較低時(shí)其電阻也較低，從而允許全電流流動(dòng)并產(chǎn)生熱量；隨著溫度的升高，PTC材料的電阻也會(huì)增加——這一特性作為一種自動(dòng)安全功能可對(duì)電流加以限制從而防止過熱。加熱控制器中的電源單元（PSU）電路需要高壓電容器以作緩沖和初級(jí)-次級(jí)隔離之用——樓氏電容（KPD）制造的型號(hào)為1206-3640，1kV-2kV，1nF-1μF的X7R電容器是您的理想之選。

鑒于IGBT和功率模塊在電動(dòng)汽車應(yīng)用中的不可或缺，設(shè)計(jì)師們選擇符合應(yīng)用要求和行業(yè)認(rèn)證的高壓緩沖電容器至關(guān)重要。