[发明专利]谐振多层陶瓷电容器

说明书

提供了一种改进的多层陶瓷电容器和包括该多层陶瓷电容器的电子装置。多层陶瓷电容器包括与第一外部端子电连接的第一导电板和与第二外部端子电连接的第二导电板。第一导电板和第二导电板形成电容耦合。陶瓷部分位于第一导电板和第二导电板之间，其中，陶瓷部分包括顺电性陶瓷电介质。多层陶瓷电容器具有额定直流电压和额定交流Vsubgt;PP/subgt;，其中，额定交流Vsubgt;PP/subgt;高于额定直流电压。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年9月10日提交的申请号为63/076,444的待决的美国临时申请的优先权，其通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种特别适用于高压交流(AC)应用的改进的电容器。更具体地说，本发明涉及一种多层陶瓷电容器，该多层陶瓷电容器可以在比直流电压额定值(DC voltagerating)更高的峰间交流电压(peak-to-peak AC voltage)下可靠地工作。

背景技术

向大功率电路发展是一个持续的趋势。尽管不限于此，但对电动车辆日益增长的需求已经给电路及电路中使用的部件的开发者带来了巨大的负担。出于本发明的目的，焦点在于对使用高压AC电源和在其中使用的电子电容器的需求。多层陶瓷电容器(MLCC)已经非常成功地用于高压DC电路，并且它们现在通常是此类应用中的选择技术。MLCC在AC电路中的使用存在重大问题，这限制了其在高压AC应用中的广泛使用。

较高电容值的MLCC吸收更多的电流，因此，与具有较低电容的等效MLCC相比，电容器发热更多。电流(I)与电压(V)和电容器的阻抗(Z_c)相关，关系如等式1所示。

I＝V/Z_c   等式1

电容器的阻抗(Z_c)是电容器的电抗(X_c)的合理近似值，因此，电抗可以根据测量频率(f)和电容(C)来粗略估算，如等式2所示。

将等式1和2移项得到等式3。

I＝V*2*π*f*C   等式3

基于等式3中的关系，对于给定的电压和频率，增大电容将会增大电流。此外，消耗的实际功率与电流(I)和电容器的等效串联电阻(ESR)相关，如等式4所示。

实际功率＝1²*ESR   等式4

给定频率下的ESR是电容器的电抗(X_c)乘以该频率下电容器的损耗因数(DF_f)，如等式5所示。

ESR_f＝X_c*DF_f  等式5

因此，消耗的实际功率与电容成正比，如等式6所示。

实际功率＝V²*2*π*f*C*DF_f   等式6

基于上述关系，很明显，随着电流消耗增大(因电容增大)，消耗的功率也增大。

在MLCC使用C0G陶瓷的情况下，电容不随温度变化，因此，电流保持相对恒定。因此，当部件加热时，由实际功率热耗散产生的温度必须从MLCC中移除，例如，通过外部传导。这是一个必须要解决的关键设计限制。

在AC应用中，为实现可靠的性能，使纹波电流(ripple current)加热最小化是重要的。然而，复杂的是必须在设计中考虑到频率具有显著影响的事实。在较低频率下(通常为100kHz或以下)，MLCC的性能处于电压限制区域，而在较高频率下，其性能处于电流限制区域。在电流受限区域中，基于等式4的关系，电流受到的部件的后续加热的限制。这在图1的图中示出。