近距离了解电动汽车应用中的缓冲吸收电容器

在之前的推文——楼氏电容｜深入了解电动汽车应用中的直流母线电容中，我们探讨了在电源转换器中使用直流母线电容作为中间缓冲器这一主题，今天的主题则是关于另一个有用的电源模块元件——缓冲吸收电容器。缓冲电路是一种能量吸收电路，用于保护功率器件免受寄生电感引起的电压尖峰和电磁瞬态干扰的影响。开关打开在本质上会在设备上引起尖峰电压，而缓冲器为多余的能量提供了一个替代的流动路径，使其被缓冲电容器吸收，抑制波形振荡并经由电阻或其他负载耗散。

在电动汽车子系统中，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是三端子功率半导体器件，通常作为快速高效的开关用于如逆变器、转换器和电源等电力电子应用中。IGBT经常与各种拓扑结构中的二极管模子结合在一起，形成更大的模块。

图 1. 基本的RC吸收电路（来源：维基百科）

例如，图2中的电动车逆变器负责将电池中的直流电转换为三相交流电，以在加速时驱动牵引电机，在制动时逆变器则又将交流电转换回直流电。一个驱动三相负载的电源模块至少需要六个IGBT和六个配套的缓冲吸收电容Csnub来保护半导体功率器件。

图 2. 电机驱动电路中的逆变器

缓冲电容器会吸收100kHz至300kHz高频工作环境中的噪声从而保护电源开关模块。理想的缓冲电容器应具备以下几个特性：

• 在高频（100 kHz及以上）环境工作下的高电压承受能力
• 低ESR(等效串联电阻)
• 低损耗因子
• 低自热性
• 高容量

针对以上特性要求，楼氏电容（KPD）推荐使用规格范围在600V-2kV，nF-µF级的C0G或X7R电容器。电容器的直流电压等级将取决于半导体开关的阻断电压。

正温度系数（PTC）加热控制器是另一个需要用到缓冲电容器的电动汽车子系统。与可以使用内燃机的废热加热机舱的燃油车不同，电动汽车使用高压PTC加热控制器作为供暖、通风和空调（HVAC）系统的热源。

PTC加热器使用特殊的材料，在温度较低时其电阻也较低，从而允许全电流流动并产生热量；随着温度的升高，PTC材料的电阻也会增加——这一特性作为一种自动安全功能可对电流加以限制从而防止过热。加热控制器中的电源单元（PSU）电路需要高压电容器以作缓冲和初级-次级隔离之用——楼氏电容（KPD）制造的型号为1206-3640，1kV-2kV，1nF-1µF的X7R电容器是您的理想之选。

鉴于IGBT和功率模块在电动汽车应用中的不可或缺，设计师们选择符合应用要求和行业认证的高压缓冲电容器至关重要。