บทบาทสำคัญของ MLCC ในโมดูล DC-DC ของรถยนต์ไฟฟ้า: การลดสัญญาณรบกวนและเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้า

I. บทบาทของโมดูล DC-DC ในสถาปัตยกรรมระบบไฟฟ้าของรถยนต์ไฟฟ้า

ในรถยนต์ไฟฟ้า (EVs) ระบบไฟฟ้าต้องแปลงแรงดันไฟฟ้าจากแบตเตอรี่แรงดันสูง (400V หรือ 800V) ให้เป็นแรงดันไฟฟ้า DC ที่เหมาะสมสำหรับระบบย่อยแรงดันต่ำต่างๆ เช่น สายไฟ 12V, 5V และ 3.3V ตัวแปลงไฟฟ้าแบบ DC-DC บัก (DC-DC buck converter) มีบทบาทสำคัญในการแปลงแรงดันลงอย่างมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้

โดยทั่วไป โมดูลเหล่านี้ทำงานที่ความถี่ระดับหลายสิบถึงหลายร้อยกิโลเฮิรตซ์ ทำให้เกิดสัญญาณรบกวนจากการสวิตช์ความถี่สูง แรงดันพัลส์ (ripple voltages) และการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ซึ่งมีความต้องการสูงต่อประสิทธิภาพขององค์ประกอบตัวกรองแบบพาสซีฟ

II. เหตุใด MLCC จึงเป็นตัวเก็บประจุที่ได้รับความนิยม?

MLCCs ไม่มีใครเทียบได้ในโมดูล DC-DC เนื่องจากโครงสร้างภายในที่สมมาตร ความต้านทานอนุกรมเทียบเท่า (ESR) ต่ำมาก ความเหนี่ยวนำไฟฟ้าแบบพาราซิติกต่ำที่สุด และการตอบสนองความถี่สูงที่ยอดเยี่ยม คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ MLCCs เหมาะสำหรับงานกรอง บายพาส และดีคัปปลิ้ง

เมื่อเปรียบเทียบกับตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลติกหรือแทนทาลัม MLCCs มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าและมีการดริฟต์ของอุณหภูมิต่ำกว่า ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญในสภาพแวดล้อม EV ที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูงภายใต้แรงดันทางความร้อนและกลไก

III. กรณีศึกษาการใช้งาน: MLCCs ในโทโพโลยีคอนเวอร์เตอร์แบบบัก

เรามาพิจารณาโทโพโลยีคอนเวอร์เตอร์แบบบักโดยทั่วไปเพื่อวิเคราะห์ว่า MLCCs ถูกนำไปใช้ตามยุทธศาสตร์อย่างไร:

การกรองสัญญาณขาเข้า

MLCCs ที่ติดตั้งระหว่างแรงดันขาเข้าสูงกับทรานซิสเตอร์สวิตช์ช่วยลดแรงดันไฟฟ้ากระชากที่เกิดจากการสวิตช์ความเร็วสูงและช่วยควบคุม EMI

การดีคัปปลิ้งสัญญาณขาออก

MLCCs ที่ต่อกันแบบขนาน (เช่น ตัวเก็บประจุ X7R ขนาด 10μF จำนวนสามตัว) ในขั้นตอนขาออกจะช่วยดูดซับคลื่นรบกวนและให้สัญญาณ DC ที่สะอาดและเสถียรไปยังโหลด

บายพาสที่พิน VCC ของคอนโทรลเลอร์

ตัวเก็บประจุเซรามิกแบบหลายชั้น (MLCC) ขนาด 1μF–2.2μF พร้อมฉนวนชนิด C0G ที่ติดตั้งใกล้กับพิน VCC จะช่วยให้แหล่งจ่ายไฟสำหรับวงจรควบคุมปราศจากสัญญาณรบกวน ป้องกันการทำงานสวิตช์ที่ผิดปกติ

IV. ข้อพิจารณาเกี่ยวกับบรรจุภัณฑ์และฉนวน

ประสิทธิภาพของตัวเก็บประจุเซรามิกแบบหลายชั้น (MLCC) ขึ้นอยู่ไม่เพียงแค่กับค่าความจุและความดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้ แต่ยังขึ้นอยู่กับชนิดวัสดุฉนวนและขนาดบรรจุภัณฑ์ด้วย:

แนวทางการลดค่าความจุของตัวเก็บประจุแบบหลายชั้น (MLCCs) สำหรับการออกแบบระบบไฟฟ้าในรถยนต์ไฟฟ้า (EV)

สำหรับการใช้งานในรถยนต์ไฟฟ้า (EV) สิ่งสำคัญคือต้องใช้กฎการลดค่าความจุที่เหมาะสมกับตัวเก็บประจุแบบหลายชั้น (MLCCs) เนื่องจากแรงดันไฟฟ้ากระชากและอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง จึงเป็นแนวทางปฏิบัติมาตรฐานที่จะออกแบบให้ MLCCs ทำงานที่ 50–70% ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้

นอกจากนี้ เพื่อเพิ่มความมั่นคงทางกลและความทนทาน ควรหลีกเลี่ยงการใช้แพ็กเกจขนาดใหญ่ซ้อนกัน แต่ควรใช้ตัวเก็บประจุขนาดกลางหลายตัวต่อกันแบบขนานแทน

VI. แนวโน้มในอนาคต: ตัวเก็บประจุแบบ High CV และ MLCCs สำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์

เทคโนโลยีของตัวเก็บประจุแบบหลายชั้น (MLCCs) กำลังพัฒนาไปในทิศทางของความจุสูง (High CV) ขนาดเล็กลง (01005/0201) และช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้น (-55°C ถึง +150°C) เพื่อให้สอดคล้องกับมาตรฐานสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ เช่น AEC-Q200

ผู้ผลิตชั้นนำบางรายยังพัฒนาตัวเก็บประจุแบบหลายชั้น (MLCCs) ที่มีเทอร์มินอลแบบยืดหยุ่นเพื่อเพิ่มความทนทานทางกลหลังจากการบัดกรี และลดความเสี่ยงการแตกร้าวภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

MLCC | ตัวเก็บประจุสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า | การกรองกระแส DC-DC | การบายพาสความถี่สูง