C0G MLCC 在车载充电器中的设计优势

作者：Pete Bartolik

投稿人：DigiKey 北美编辑

电动汽车运营商不必担心充电效率和热稳定性，他们只要求高度可靠的交通，每次充电后的续航里程最长，维护和维修工作最少。制造商希望车载充电器 (OBC) 的体积尽可能缩小。这一目标越来越多地可以通过具有 C0G 特性的多层陶瓷电容器 (MLCC) 实现。

C0G 也称为 NP0，是一种 1 类电介质陶瓷电容器，电容极其稳定：变化接近零，最大允许误差为 ±30 ppm/°C。这一特性使其具有卓越的运行性能，不会因温度、电压或使用年限而发生太大变化，非常适合精密电路和诸如电动汽车 OBC 等性能可靠的应用。相比之下，诸如 X7R 等二类 MLCC 的漂移为 ±15%，而薄膜电容器工作时的漂移通常为 ±2%。

OBC 是高压 AC/DC 转换器，用于安全高效地通过电网为电动汽车电池充电。C0G MLCC 凭借在电源转换和电磁干扰 (EMI) 滤波方面的高精度、高稳定性功能而备受推崇。这类电容器可用于 LLC 振荡电路、电压瞬态缓冲吸收电路、高频 EMI 抑制滤波器、对直流偏压敏感的控制电路以及栅极驱动器和辅助电源。

目前，电动汽车 OBC 的输出功率通常为 22 kW，因此用于谐振电路功能的电容器必须能够承受高电压且损耗高低，从而以紧凑的外形承受更高的功率密度。电容器在确保系统总效率和可靠性方面具有举足轻重的作用，因此 C0G MLCC 成为一种极具吸引力的设计选择。

C0G 的优势

在这些应用中，具有 C0G 特性的 MLCC 与传统薄膜电容器相比具有关键优势。MCC 可显著减少安装面积、抑制发热和提高传输效率的优势，设计人员可以充分发挥这些优势，设计出更小、更强大的 OBC。

OBC 功率级的开关动作会产生电磁干扰，而碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等宽带隙 (WBG) 半导体材料会进一步放大电磁干扰。这些材料可实现超高速开关动作和高效率，但也会产生陡峭的瞬态电压。这种瞬态电压通常被称为高电压随时间变化 (dv/dt) 事件，可超过 50 kV/µs，远高于传统的硅 MOSFET 设计。

具有 C0G 特性的 MLCC 本质上具备固有稳定性、无压电效应，且在高频应力下不易发生热漂移或电漂移。这类电容器具有出色的脉冲处理能力和低 ESL，非常适用于缓冲电路和共模滤波。

C0G MLCC 具有极低的耗散因数和高品质因数 (Q) 电容。这种组合确保了最小的能量损失和稳定的谐振特性，从而可降低热应力，提高功率密度。与 X7R/X5R II 类电介质 MLCC 相比，这种电容器具有更出色的电气稳定性，可实现零压电噪声并确保高 Q 值性能，这对高频开关应用来说是至关重的。

在缓冲网络和 EMI 滤波器中，高 Q 值器件有助于确保精确的阻抗特性，从而增强瞬态抑制和噪声滤波效果。对于射频系统和精密模拟电路而言，高 Q 值支持窄带选择性和信号完整性，从而实现更精确的滤波和频率控制。

由于等效串联电阻 (ESR) 比薄膜电容器低，因此可减少自热，进而延长使用寿命。此外，由于减少了组件数量，使用 C0G MLCC 可延长 OBC 应用的平均无故障时间 (MTTF)。

C0G MLCC 可提升充电体验、增强车辆可靠性以及整体品质感，从而显著影响电动汽车驾驶者和车主的用车体验。C0G MLCC 有助于保障极端工况下的热稳定性，提升能效表现与续航能力，确保低 EMI 的平稳静音运行，为驾驶者创造安心无忧的行车体验。

OBC 的设计考虑因素

C0G MLCC 集稳定性、低损耗和紧凑外形于一体，是高速、高精度电路的理想之选。但是，在决定使用 C0G MLCC、X7R MLCC 还是薄膜电容器时，设计人员还需要进行权衡。

薄膜电容器的电容更大，可用于高电压和储能应用，但通常成本较高，体积较大（图 1）。与薄膜替代品相比，X7R MLCC 结构更紧凑，成本更低，但其电容在 DC 偏压下会受到很大影响，而且需要降额才能确保电压稳定。

图 1：典型 600 V 薄膜电容器（左）和 3225 封装高电压 C0G MLCC 的外形尺寸对比。(图片来源：TDK Corporation）

C0G MLCC 与 X7R 相比价格略高，但能确保稳定性更高、性能更优，且无需降额。组件总数量方面的减少至少可以部分地抵消成本差异，从而降低材料总成本。

对于电动汽车 OBC 或其他对功率敏感的汽车系统，使用 C0G MLCC 进行设计时必须谨慎选择组件。供应商提供的规格可能相似，但 ESR、ESL 和结构方面的差异会影响电路调节。切勿随意混用供应商的器件，必须通过工作台测试或仿真来验证所选器件是否合适。

在许多应用中，C0G MLCC 正在取代薄膜电容器和 X7R MLCC，例如为 OBC 和其他关键应用提供高效、高性能功率转换的谐振电路。集超稳定性、微型化和高电压于一体，使得这些器件成为极具吸引力的设计选择。

TDK 的高电容 C0G MLCC

2025 年，[TDK Corporation]将其 [CGA（汽车级）系列]和[ C（商业和工业级）系列] 表面贴装 C0G MLCC 的电容值增大至 10 纳法拉 (nF)，据信这是业界额定电压为 1,250 V 的电容产品中电容最高的一种。这种电容器采用 3225（3.2 x 2.5 x 2.5 mm）盒装。相比之下，TDK 的高压 X7R 器件体积较大，最高电压仅为 630 V。

[C3225 和 CGA6P C0G 系列产品线] 采用优化型产品和工艺设计，实现了耐高压性能。这两个系列均采用了 3225 外形，因此设计人员可以利用它们来减小串联安装中 MLCC 的物理尺寸和数量（图 2）。

图 2：使用薄膜电容器、较低电压 MLCC 和较高电压 MLCC 的类似电容器组所需安装面积的比较。(图片来源：TDK Corporation）

与替代品相比，TDK C0G MLCC 经过优化，减少了发热，从而可以延长使用寿命并提高可靠性。这种电容器非常适合汽车和商业应用中的谐振和缓冲电路、DC/DC 转换器以及无线充电应用。

TDK 的电容器紧凑尺寸，使设计人员能够为新一代汽车提供更小、更高效的符合 AEC-2000 标准的应用。这种电容器的温度范围为 -55 至 125°C，可确保在热冲击、振动和温度循环等恶劣条件下确保可靠的性能。

[CGA6P1C0G3B103G250AC] 汽车级 MLCC 的电容为 10 nF，公差为 ±2%。C0G 电介质具有出色的温度稳定性，可承受发动机舱的高温和振动。这种材料在高电压谐振和缓冲电路中特别有用，例如电动汽车充电系统和电力电子设备中的谐振和缓冲电路。[CGA6P1C0G3B103J250AC] 具有相同的电容，但公差为 ±5%。

C3225 器件具有相同的封装和温度范围特性，但成本更低，专为更温和、管制更少的商业和工业环境而设计。与 CGA6 系列中的同类产品一样，[C3225C0G3B103G250AC] 采用相同的 3225 封装，提供 10 nF 电容和 1,250 V 高额定电压，电容容差为 ±2%，适合精密应用。[C3225C0G3B103J250AC] 的电容为 10 nF，公差为 ±5%。

结语

设计人员可以放心地使用 C0G MLCC 替代较大的薄膜或电解电容器，简化电路板布局，并提高新一代电源和汽车系统的系统可靠性。TDK 的商用级 C3225 和汽车级 CGA6P C0G MLCC 为高电电压、高可靠性应用提供了极具吸引力的选择，其紧凑型封装和电容处于行业领先水平，并具有超凡的稳定性。