Dingfeng Capacitor --- منع مكثف الانحناء في تصاميم السيارات ذات الجهد العالي أصغر من أي وقت مضى
وقت مسألة:2016-10-21


Dingfeng Capacitor ----- منع مكثف الانحناء في تصاميم السيارات ذات الجهد العالي أصغر من أي وقت مضى


توفر أنظمة العاكسون وشحن السيارات في مركبات هجينة أو كهربائية بالكامل مثالًا موضعيًا لتطبيق عالي الجهد الذي يواجه قيود المساحة الشديدة. عند استخدام المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (MLC) كمرشحات عبر خطوط الجهد العالي ، يمكن أن يؤدي الضغط إلى التصغير إلى قيام المصممين بتحديد الأجهزة في أصغر الحالات المتاحة ، مثل 0603. رقاقة 0603 توفر 75٪ من مساحة اللوحة التي تشغلها 1206 MLCC. ومع ذلك ، فإن هذه الأجهزة الصغيرة تتحدى مصنعي الأجهزة لتعظيم السعة داخل حجم الحزمة المخفضة وضمان الموثوقية.

المسافة القصيرة بين أطراف الجهاز ستؤدي إلى مخاوف تتعلق بالاعتمادية بسبب خطر أكبر من أن الزحف - الميل الطبيعي لحقل كهربائي لينتشر فوق سطح عازلة - قد يسمح بالتفرع بين أطراف المكثف (الشكل 1) عندما يكون كامل يتم تطبيق العمل الجهد. عادة ما ينتج عن ذلك فشل المكثف وقد يتسبب في ضرر حراري لمكونات أخرى قريبة. العوامل مثل ارتفاع الرطوبة في الغلاف الجوي أو التلوث على سطح مكون تزيد من احتمال الانحناء.


FAJH03_Capacitor_1_Oct2016
الشكل 1: الخط الأبيض هو الانحناء السطحي بين نهايات MLCC.

تحليل ظاهرة الانحناء

عندما يتم تطبيق انحراف التيار المستمر للجهد العالي على MLCC ، يتم تركيز تركيز الحقل الكهربائي في منطقة الإنهاء وأول قطب كهربائي مضاد داخل MLCC ، كما هو موضح في الشكل 2. يبدأ الاختلاف في الإمكانات في البناء على طول سطح الرقاقة ، وتأييد الهواء فوقه بمجرد الوصول إلى الأعطال الكهربائية للهواء.


FAJH03_Capacitor_2_Oct2016
الشكل 2: الظروف الكهربائية حول سطح المكثف الذي يمكن أن يسمح بتأثير الانحناء.
بمجرد الوصول إلى الجهد التأريض للهواء المتأين ، يتم إنشاء مسار موصل ، مما يسمح للطاقة في المجال الكهربائي المركز في منطقة إنهاء التفريغ. ينتقل هذا التفريغ عبر الهواء على طول سطح المكثف وعلى مساحة ذات جهد أقل بدلاً من المكثف. أثناء التفريغ ، هناك قوس كهربائي مرئي ومسموع عبر سطح الرقاقة.

يمكن أن يحدث هذا النوع من الانحناء عند الفولتية المطبقة حوالي 300 V. بالنسبة لبعض المكثفات عالية الجهد ، قد يكون هذا أقل من الجهد المقنن للجهاز. إذا حدث الانحناء بين سطح الإنهيار وعبر المواد العازلة للجسم الخزفي إلى أول قطب كهربائي داخلي ، فإن هذا عادة ما يؤدي إلى انهيار العزل الكهربائي للمكثف ، مما يؤدي إلى حالة دائرة قصيرة تؤدي إلى فشل كارثي.

منع الانحناء
حاول باعة مكثف عددا من المناهج لمنع الانحناء. واحد من هذه هو تطبيق طلاء البوليمر أو الزجاج على طول سطح الشريحة لملء أي فراغات وتوفير سطح أملس لديه حساسية أقل بطبيعة الحال إلى الزحف.
ويساعد ملء هذه الفراغات بالمواد العازلة أيضًا على استبعاد الملوثات ويحسن استقرار العزل الكهربائي عبر سطح الرقاقة. تحسين هذا الاستقرار يقلل من تأين الهواء ويزيد من الجهد التأسيس على طول السطح.
استخدم المصممون الطلاء السطحي على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور في تطبيقات الجهد العالي لعقود. لقد أثبتت هذه التقنية فعاليتها ولكن مع وجود عيب أساسي في تكلفة تطبيق الطلاء. سوف يتجنب المصممون هذه التكاليف ما لم تعتبر ضرورية للغاية لتلبية معايير السلامة الكهربائية المحددة. خطر آخر هو أن الطلاء السطحي يمكن أن يتضرر أثناء عمليات المناولة والتجميع. إن الإخلال بالطلاء يقلل من قدرة المسافة الزاحفة ويجعل المكثف عرضة للتلوث والقوس (الشكل 3). بالإضافة إلى ذلك ، عند اختيار جهاز يحتوي على طلاء مطبَّق مسبقًا ، من المهم التأكد من أن مواد الطلاء متوافقة مع جميع مواد التجميع والعمليات والشروط المعمول بها. قد يؤدي عدم التوافق إلى فشل مبكر في طلاء السطح.

هناك أيضا مخاوف من وجود فجوات في الهواء تحت المكونات المركبة والفراغات في وتحت طلاء الايبوكسي. هذه الفجوات والفراغات تسمح لنفس احتمالات التقوقع كجهاز غير مغلف.


FAJH03_Capacitor_3_Oct2016
الشكل 3: عيوب في الطلاء يمكن أن تترك الجهاز عرضة للانحناء.

سلسلة الكهربائي

تقنية بديلة ، كما هو موضح في الشكل 4 ، هي بنية "سلسلة-إلكترود". يوضح الجزء الأول من الرسم التخطيطي كيف يمكن توصيل خمس مكثفات فردية 1000-فلف -1000-فسل في سلسلة لتشكيل مصفوفة ترفع قدرة الانهيار إلى 5000 فولت على الرغم من أن الحقل الكهربي الإجمالي الذي تمت تجربته هو نفسه لمكثف واحد. . ومع ذلك ، فإن العيب الكبير هو أن يتم تقليل السعة الإجمالية إلى 200 µF. يوضح الجزء الثاني من الرسم التخطيطي أن كتلة المكثفات الموضوعة في بنية واحدة أحادية الشكل لها نفس خصائص أجهزة السلسلة الخمس.
FAJH03_Capacitor_4_Oct2016
شكل 4: قمة - خمسة مكثفات فردية في السلسلة. أسفل - متجانس سلسلة-إلكترود البناء يثير الجهد الانهيار ولكن ، مثل الفرد ، يقلل من السعة.

قام عدد من الشركات المصنعة ، بما في ذلك KEMET ، بتطبيق تقنية العائمة - الكهربائي ، أو المكثف المتسلسل ، في عدد من الأجهزة التي تغطي قيم منخفضة إلى متوسطة السعة. تتميز هذه الأجهزة بتصميم قطب كهربائي داخلي متتالي يشكل مكثفات متعددة بشكل فعال في سلسلة داخل الجهاز. وبالرغم من أنه يقلل بالتأكيد القابلية للانحناء السطحي ، فإن هذا النوع من التوصيلات المتسلسلة هو أيضًا فعال للغاية كتكنولوجيا تخفيف الشقوق المرنة التي تقلل من خطر فشل الدائرة القصيرة للمكثف. لا يستطيع الكراك المرن عبور الأقطاب الكهربائية عند طرفي المكثف. ويمكنه فقط أن يقطع الأقطاب الكهربائية التي تنشأ من أحد طرفي المكثف وتلك التي تطفو بين المناطق النشطة. حتى إذا انتشر التصدع في أحد المناطق النشطة ، فقد يفقد الجهاز السعة ولكن لن يخفق عادة بسبب عدم وجود مسار موصل بين الأقطاب الكهربائية المتصلة بالنهايات المتعارضة. لهذا السبب ، يفشل القطب العائم.

تقنية ArcShield

تستخدم تصميمات مكثف ArcShield قطبًا داخليًا إضافيًا للدرع ، كما هو موضح في الشكل رقم 5 ، والذي يعارض التأثيرات التي يمكن أن تسبب انحناء السطح بدون عيوب طلاء أو تركيب متسلسل كهربائي. في التصميم القياسي ، يكون المجال الكهربائي على السطح قريبًا جدًا من المحطة ، في حين أن تصميم ArcShield يحتوي على حاجز طاقة أكبر نظرًا لوجود قطب درع ذي قطبية مشابهة إلى الإنهاء.



FAJH03_Capacitor_5_Oct2016

شكل 5: قطب الدرع يقلل من شدة المجال في منطقة سطح المكثف والعداد الأول
القطب.
عندما يتم تطبيق تحيز عالي الجهد على ArcShield MLCC ، يتم تأسيس فرق محتمل بين الإنهاء المتعاكس وبنية القطب المقابل ، ولكن يتم تركيز تركيز الحقل الكهربائي إلى أقطاب الدرع بدلاً من سطح الإنهاء وأول قطب مضاد له. . ويقلل هذا من الاختلاف في الإمكانات على طول سطح الشريحة ويحسن بشكل كبير القدرة على مسافة كرباجية حتى في الحالات الأصغر وعند وجود مسامية عالية في السطح العازل للكهرباء.



FAJH03_Capacitor_6_Oct2016
الشكل 6: تأتي المكثفات ArcShield في حزم قياسية.

استعراض آثار الدرع
يتداخل معيار X7R MLCC المتداخل مع ثلاث آليات أساسية لفشل الجهد العالي. هذه هي الانحناء بين محطة وأقرب القطب من قطبية عكسية ، تمتد بين المحطات ، والانهيار الداخلي.
تتعامل المكثفات الخزفية من ArcShield مع آليات الفشل هذه عن طريق إضافة قطب كهربائي للحماية ، مما يمنع الانحناء بين المحطات الطرفية وأي قطب كهربائي قريب. تشتمل هذه الأجهزة أيضًا على مناطق نشطة أكثر سمكًا تزيد من جهد الانهيار بشكل فعال.