在電動車輛和混合動力車輛等應用中，直流電流會隨開關頻率的提高而不斷增大，因而對直流電源總線性能的要求就不僅限于IR壓降（即電壓降）和散熱了。隨著設計要求的提高，以及以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）開關為代表的寬禁帶器件（WBG）的日益流行，現(xiàn)在的直流電源總線必須在數(shù)百kHz的高頻率下保持非常低的電感特性。

總線必須具有低電阻和低電感，同時還必須有足夠的電容以消除電壓紋波。不幸的是，因為互連和內部寄生效應，能夠滿足低電感要求的電容器卻無法滿足低阻抗要求。要想實現(xiàn)多個相互沖突的目標，除了簡單地增加更多體電容外，還可以使用不同的方法來嘗試。

最近，桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories， SNL）的一個團隊開發(fā)出一種解決這個問題的有趣方法，并申請了專利。想知道“桑迪亞是誰或是什么？”，說來有點復雜。桑迪亞國家實驗室是由桑迪亞公司（霍尼韋爾的一個全資子公司）國家技術和工程方案部門管理和運營的，屬于美國能源部下屬的國家核安全管理局。

他們的設計采用類似于PC板的分層結構，兩個金屬平面中間用聚合物電介質隔開，以提供“平面（planar）”電容，如圖1所示。

圖1：電源總線看起來像一個PC板，但帶有聚合物電介質而不是玻璃環(huán)氧樹脂，因此可以用作平面電容器。（來源：桑迪亞國家實驗室）

如圖2所示，這種基本容抗是通過采用大量（數(shù)百個）小型多層陶瓷電容器（MLCC）來提高的，而不是常規(guī)的電解電容器或薄膜電容器，它們通過標準PC板通孔在平面之間相互連接。

圖2：組裝板頂視圖和底視圖顯示出大量MLCC器件，以及一個大型的不間斷“接地”平面。（來源：桑迪亞國家實驗室）

這種方法同時具有電氣優(yōu)勢和熱管理優(yōu)勢。如此多的電容器散開放置可降低高頻電流分量的并聯(lián)阻抗，而扁平陶瓷電容可以承受更高的溫度并促進氣流流動。它還有一些其它好處。在現(xiàn)有應用中，正極和負極（通常稱為接地）通常使用匯流排，正負極之間間隔很大。當磁場線穿過這個大范圍區(qū)域時，由于電流環(huán)路較大，有效電感也較高。而桑迪亞國家實驗室采用的這種平面方法可以減小電流環(huán)路面積，從而大大降低了電感。

他們開發(fā)的原型板使用2盎司的覆面PC板材料，尺寸約為6×11×0.062英寸（150×280×1.6毫米），配有336 0.15 μF / 1000 V MLCC電容（采用X7R電介質并符合AEC–Q200認證，適合汽車應用）。其模型和仿真結果表明，總電容為50.4 μF，足以將紋波保持在100 kHz時的目標值以下。

除了大量建模之外，他們還使用阻抗測量儀器在100 Hz至10 MHz范圍內測試了該設計方案（如圖3），結果與其模型非常吻合。他們還將其結果與豐田普銳斯混合動力車所采用的類似總線模型進行了比較，結果發(fā)現(xiàn)他們的總線性能更高、體積更小，并可以承受更高的溫度。

圖3：阻抗與頻率關系的測試結果表明，仿真單元和物理單元的性能非常接近，且優(yōu)于豐田普銳斯采用的總線性能。（來源：桑迪亞國家實驗室）

那么，這個“低電感直流電源總線”（專利號10，084，310）又是怎么回事呢？該專利涵蓋了建模、討論、分析、設計、構造和測試結果，當然，這些都需要用來解釋它們是如何構成低電感電源總線匯流排的。

但這些都不是最讓我興奮的地方。我曾經(jīng)閱讀或瀏覽過許多專利，大部分都相當枯燥，技術性很強。看完那些形式化的章節(jié)后，你會發(fā)現(xiàn)一些內容豐富的原始資料。簡而言之，一般會這樣寫道：“針對存在的問題，這是我們提出的創(chuàng)新解決方案，它的工作方式和原理是這樣的”。好吧，這個專利故事就講完了。

然而，這個專利讀起來卻更像是市場推廣文案或是供應商在EDN上發(fā)布的技術文章。前面的很多篇幅都用來討論市場需求和機遇、不同方法之間的取舍以及類似的考慮，直到最后才談及創(chuàng)新方案自身的細節(jié)。我感到有些困惑，因為我認為專利的發(fā)布僅取決于其技術優(yōu)勢，而不是任何市場分析或需求。畢竟，許多專利是授予那些獨特的、非顯而易見的設計，這些設計一般沒有或僅具有極小的商業(yè)前景，或只是為防止他人搶先而先下手為強。許多專利設計被束之高閣，有些專利所針對的是已經(jīng)面市的產品，而另一些則處于沉寂狀態(tài)（等到有一天其它技術發(fā)展起來時它們才變得有價值）。

這種專利市場分析和競爭定位是好是壞？我不知道，或許無關緊要。但我真的希望增加這些內容不會成為獲得專利的因素，因為這可能會壓制一些現(xiàn)在看來毫無用處或不切實際、但將來可能會凸顯巨大價值的想法。