在設計SiC 逆變器和 LLC 諧振轉換器等寬帶隙子系統時，在一些應用中，KEMET 的 I 類 MLCC、KC-LINK 可用作合適的高效電容器解決方案。

在 SiC 逆變器中，DC-Link 電容器需要能夠處理高紋波電流、高電壓、高溫 (150C) 和高頻。H 橋中的緩沖電容器需要能夠處理高 dV/dt、高紋波電流、高電壓、高溫 (150C) 和低電感。LLC 諧振轉換器中的諧振電容器可以是低壓或高壓，具體取決于應用，頻率范圍通常在 100kHz 到幾 MHz 之間。它們需要低 ESR 和高紋波電流能力，并具有電容穩定性與電壓和溫度的關系。??

I 類 MLCC 因其許多特性而適用于這些類型的應用。C0G (NP0) 和 U2J 等 I 類電介質在其整個工作溫度范圍內具有非常穩定的介電常數（“K”量級）（圖 1）。介電常數用于使用以下公式計算電容器的電容。

“K”越高，電容越高。X7R 和 X5R 等 II 類電介質具有更高的介電常數，但它們在整個溫度范圍內的電容變化更大（圖 1）。X7R 和 X5R 的電容變化幅度可達 +-15%。

這種電容隨溫度的變化稱為電容溫度系數 (TCC)。

圖 1：相對電容與溫度 (TCC)

另一個重要特性是電容電壓系數 (VCC)。

圖 2 顯示了 II 類 X7R 電容器從 0V 到 50VDC 偏置的電容變化。隨著直流電壓的增加，電容減小。電容下降的量取決于電介質材料、設計和施加的電壓。更高的電壓意味著 MLCC 層上的電場更高，這會增加這種影響。

電容隨電壓的穩定性不僅是直流電壓，還包括交流電壓。如圖 2 所示，該電容器的實際電容測量值從 100mV 時的 -4.5% 變為 2.5Vrms 時的正 5%。當我們在數據表中列出電容器的額定電容時，例如 4.7uF，我們以 1kHz 1Vrms 作為參考電壓進行測量。

圖 2 還顯示了 C0G 電容器在施加偏置時的電容變化。電容不會隨直流或交流電壓發生變化。

圖 2：電容穩定性與直流和交流電壓的關系

由于 i2R 損耗，等效串聯電阻 (ESR) 也是電源應用中電容器需要考慮的重要特性。BaTiO3 是一種鐵電材料，因此與 I 類電介質相比，它可以在電介質和疇壁加熱以及更高的 ESR 內創建疇區域。II 類 MLCC 的 ESR 比 I 類 MLCC 高兩個數量級是很常見的。圖 3 中可以看到 I 類 C0G/U2J MLCC 和 II 類 X7R 的 ESR 示例。

圖 3：I 類與 II 類的 ESR

電源應用中的高 ESR 和高交流電流會導致過熱。圖 4 顯示 X7R 僅在 5Arms 時就升高了 40C，而 C0G 和 U2J 電介質在 10Arms 時經歷了大約 15C 的自溫升。

圖 4：I 類與 II 類的溫升

這些部件的 RMS 電壓和電流能力也是重要的設計考慮因素。

在電流受限區域，由于 i2R 損耗產生的熱量，電容器受到限制。下面是大多數工程師在大學里學到的功率公式。

在這種情況下，“I”是 RMS 電流，“R”是電容器的 ESR。耗散功率可用于通過將“P”乘以 MLCC 的熱阻 ( ) 來計算溫升。該公式可以在下面找到。

圖 5 顯示了溫升與交流電流的關系。設計工程師在選擇零件時必須注意三個溫度區。

表 1：溫度與風險

圖 5：溫升與電流的關系

在電壓限制區域，我們需要考慮不同的交流電壓會發生什么。取公式：

ESL 大約為 1nH，因此它在交流電流上可以忽略不計，直到非常高的頻率。

容抗可以改寫為 1/(2*pi*f*C)。

如果交流電流保持恒定，這里有幾件事需要注意。

較低的頻率會導致較高的交流電壓。

較低的電容導致較高的交流電壓。

即使紋波電流不會引起過熱，也需要考慮峰值交流電壓。KEMET 的交流額定電壓規則/公式可以在下面找到并顯示在圖 6 中。確保不超過交流電壓非常重要。

圖 6：C0G 交流電壓額定值

圖 7 一起顯示了電壓和電流限制區域。在較低頻率下，電容器的限制因素是交流電壓，而在較高頻率下，電容器的限制因素是交流電流。

圖 7：基于 20°C 允許溫升的限流區域

KEMET 的 I 類 MLCC、KC-LINK 專為緩沖器、諧振和 DC-Link 應用而設計。它旨在滿足客戶對 WBG 應用的要求。該系列具有高斷裂模量 (MOR)，是其他電介質類型的 2 倍以上。它能夠承受高板彎曲（> 3 mm），因此大尺寸的機械性能良好。這也有助于實現出色的熱循環性能。與金屬化聚丙烯薄膜技術相比，我們的 C0G MLCC 可以在非常高的溫度下運行。KEMET 在 260C 下進行了加速壽命測試，旨在確定我們 150C 額定產品的磨損。8500 年的計算 MTTF 顯示磨損不是問題。

KEMET 使用其新的封裝技術 KONNEKT，使用稱為瞬態液相燒結 (TLPS) 的工藝將組件的端子粘合在一起，從而形成單個可表面貼裝的封裝。TLPS是低熔點金屬或合金與高熔點金屬或合金的低溫反應，形成反應后的金屬基體或合金，在兩個表面之間形成冶金結合。

KONNEKT 有兩種不同的安裝方式：標準方向和低損耗方向。圖 3 顯示了 4-MLCC 堆棧的低損耗安裝（左）和標準方向安裝（右）的 i2R 加熱。與低損耗相比，標準取向具有更高的自熱。?

加熱是由于標準取向比低損耗取向具有更高的 ESR。低損耗的 ESR 遠低于標準取向。圖 8 顯示了低損耗和標準取向的 ESR 之間的比較。低損耗方向的熱阻可以比標準方向小 3 倍。低損耗取向表現出較低的 ESR、較低的每瓦溫度梯度和較低的總溫升。需要注意的是，當 2 個芯片堆棧較小時，這種影響會變得最小。

圖 8：KONNEKT 芯片的低損耗與標準（傳統）方向的 ESR

將我們的 KC-LINK 芯片與 KONNEKT 堆疊時，低損耗定向比標準定向提供了一些優勢：更低的 ESR、更低的電感和更高的 SRF。無鉛堆疊還導致用于電容器的面積更小。

總而言之，WBG 諧振電路需要低損耗大電流電容器。BME Ni C0G MLCC 解決方案在高溫和高壓下具有高可靠性、高紋波電流能力、高 MOR 和撓性。瞬態液相燒結技術 (KONNEKT) 可用于焊料替代（TLPS 是無鉛的），在給定的焊盤尺寸和垂直方向上實現更高電容的無鉛封裝具有更高的 SRF、更低的 ESR 和更少的紋波加熱。帶有 KC-LINK 的 KONNEKT 增加了電路板密度并為客戶提供了更多的大容量電容。

審核編輯：劉清