安全電容器，也稱為抗干擾電容器，是電源組和電源中的永久性固定裝置。開關(guān)電源廣泛用于計算機、打印機、電視和手機充電器等應(yīng)用中，廣泛應(yīng)用于每個家庭。由于車輛的電氣化及其不斷提高的電源電壓，它們在汽車行業(yè)的使用也越來越多，這使得新的要求成為必要。

在全球范圍內(nèi)，汽車制造商都面臨著推進汽車電氣化的壓力。這不僅意味著在車輛中安裝新的駕駛輔助系統(tǒng)，還意味著將混合動力 （HEV） 或純電動的電池驅(qū)動電動汽車 （EV） 推向市場。

立法者正在推動這一趨勢，為減少二氧化碳排放提供條件。使用電動機的前提是用汽油或柴油等傳統(tǒng)燃料換成電池等電化學(xué)儲能系統(tǒng)。眾所周知，電池不在氣泵處充電，而是在電源插座或使用直流電壓的充電站處充電。為此，車輛需要具有適當(dāng) AC/DC 轉(zhuǎn)換的充電電子設(shè)備，也稱為車載充電器 （OBC）。

在這方面，這些充電器可以與手機及其電源相媲美，只是功率更高，能量密度更高。但是，汽車行業(yè)對安規(guī)電容器的一些要求是不同的，這就是為什么 OBC 必須使用特殊的、符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的安規(guī)電容器。

一般要求

安全電容器將高頻干擾信號——電磁干擾 （EMI） 和射頻干擾 （RFI）——傳導(dǎo)到機箱接地或中性導(dǎo)體，從而使這種干擾短路。降低 EMI 可確保電磁兼容性 （EMC）。此外，安規(guī)電容必須攔截電源側(cè)的過高電壓，防止電源系統(tǒng)中的耦合。這些安規(guī)電容器分為兩類——X 電容器和 Y 電容器（圖 1）。

圖 1：X 類（左）和 Y 類（右）安全電容器的連接（圖片：Vishay Intertechnology）

X 電容器連接在相位和中性導(dǎo)體之間。在這種情況下，電容器故障不會導(dǎo)致危險的電擊。在 X 類設(shè)備中，還有另一個細(xì)分為 X1 和 X2 電容器。根據(jù)規(guī)定，X1 類電容器必須承受高達(dá) 4 kV 的脈沖，而 X2 類電容器必須承受 2.5 kV 的脈沖。

Y 類安全電容器用于相線或中性線與可觸及的設(shè)備外殼之間。在這種情況下，基礎(chǔ)絕緣被繞過，如果安全電容器發(fā)生故障，人員可能會處于危險之中。因此，Y 類安規(guī)電容器需要提高電氣安全性。在 Y 類中，還細(xì)分為 Y1 和 Y2 安規(guī)電容器。Y1 安規(guī)電容必須承受 8 kV 的電壓脈沖，Y2 安規(guī)電容必須承受 5 kV 的脈沖。

安規(guī)電容符合 IEC 60384-14 標(biāo)準(zhǔn)，必須經(jīng)過官方機構(gòu)的測試和認(rèn)證。

安全電容器有多種設(shè)計，包括薄膜電容器、陶瓷圓盤電容器或多層陶瓷電容器 （MLCC）。在這些版本中，薄膜電容器具有可實現(xiàn)的高電容、穩(wěn)定的電容以及在可用溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的耗散因數(shù)等優(yōu)點。此外，金屬化薄膜電容器具有自愈作用。如果由于薄膜中的故障而發(fā)生擊穿，如果施加電壓，則會出現(xiàn)小電弧。該電弧導(dǎo)致薄膜鋁涂層中受損點周圍的氧化。此過程隔離損壞點，防止更大的損壞。

薄膜電容器因其自愈特性而成為 X 類電容器的首選。另一方面，陶瓷圓盤電容器提供最高的電壓抗擾度，是 Y1 類應(yīng)用的首選解決方案。

汽車行業(yè)的特殊要求

MLCC 也適合用作 X 類或 Y 類電容器。但是，它們僅滿足作為 X1 類或 Y2 類組件的汽車級安全電容器的要求。

用于 EV/HEV 車輛充電電子設(shè)備的電容器類型取決于其電路、預(yù)期的電壓脈沖和施加在安全電容器上的交流電壓。圖 2 顯示了各種安規(guī)電容器解決方案的應(yīng)用領(lǐng)域，它是電容和耐受交流電壓的函數(shù)。

圖 2：薄膜電容器、MLCC 和陶瓷圓盤電容器的分類以及電容范圍與耐受交流電壓的關(guān)系（圖片：Vishay Intertechnology）

還有汽車級薄膜和陶瓷電容器，甚至超過了汽車要求。下面描述了它是如何工作的。

汽車資質(zhì)

汽車電子委員會 （AEC） 定義并發(fā)布了對汽車行業(yè)電子元件的要求。AEC-Q200 要求描述了無源元件必須通過的測試。圖 3 顯示了一個摘錄。

例如，Vishay Intertechnology 提供兩個符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷電容器系列。這些是通過 Y1 類認(rèn)證的AY1 系列和根據(jù) Y2 類認(rèn)證的 AY2 系列 。產(chǎn)品范圍還包括 MKP3386Y2 和 F340Y2 系列的 Y2 類薄膜電容器以及 F339X2、MKP339 和 F1772 系列的 X2 類薄膜電容器，均符合汽車行業(yè)的要求。

圖 3：汽車行業(yè)對安規(guī)電容器的要求概覽（圖片：AEC）

安規(guī)電容器也需要適當(dāng)?shù)牡蜏睾透邷卦O(shè)計。因此，陶瓷電容器通常設(shè)計為在 –55°C 至 125°C 的溫度范圍內(nèi)工作，而薄膜電容器的工作溫度范圍為 –55°C 至 85°C 或 105°C（125°C 正在開發(fā)中）。由于組件故障的可能性隨著溫度的升高而增加，組件在其最大允許溫度下進行測試。

這意味著電容器必須在最大設(shè)計電壓下測試至少 1，000 小時。Vishay 的 AY2 陶瓷電容器系列超出了這些要求，在這些條件下可以可靠地使用 3，000 小時。

此外，對于陶瓷電容器，組件必須在 –55°C 到 125°C 之間以及對于薄膜電容器在 –55°C 到 85°C 或 105°C 之間承受 1，000 次溫度循環(huán)。在溫度變化快的大溫度循環(huán)（從最低設(shè)計溫度到最高設(shè)計溫度在不到一分鐘的時間內(nèi)）的情況下，熱膨脹或收縮可能導(dǎo)致電容器內(nèi)部出現(xiàn)裂縫或分層或部分蓋子可能分離從電容器。

符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的電容器經(jīng)過專門設(shè)計，能夠經(jīng)受住這些外部條件。這些組件的設(shè)計還使其適用于需要提高溫度波動安全性的非汽車應(yīng)用。

防潮性同樣是必要的。為此，陶瓷電容器必須在 85°C 和 85% 相對濕度下承受最大設(shè)計電壓 1，000 小時。在溫度和濕度升高的情況下，水會滲入蓋子。這是通過涂層材料的擴散發(fā)生的，或者主要是在涂層和未涂層導(dǎo)線之間的過渡處。滲入的水分會導(dǎo)致電容器短路。

為了防止這種情況并確保防潮性，涂層材料和覆蓋工藝適用于汽車應(yīng)用。薄膜電容器的要求是 40°C 和 93% 的相對濕度，額定電壓施加 1，000 小時。例如，Vishay 的 F340Y2 系列專為極端條件而設(shè)計，超過了 85°C、85% 相對濕度和 1，000 小時額定電壓的要求。

汽車市場對電子元件的機械要求，例如對振動和機械沖擊的魯棒性，也高于其他應(yīng)用。Vishay Intertechnology 憑借其符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的安全電容器實現(xiàn)了這一點。

總之，安規(guī)電容分為 X 類和 Y 類，可濾除高頻干擾信號 （EMC），保護電路和用戶免受高壓浪涌的影響。符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的電容器旨在承受極端環(huán)境條件。授權(quán)機構(gòu)認(rèn)證的必要性與安全關(guān)鍵性質(zhì)密切相關(guān)。AEC 發(fā)布了汽車應(yīng)用必須通過的測試法規(guī)。