下一代功率半导体面临的挑战与MLCC的应用
联系 下一代电力半导体面临的挑战
虽然下一代功率半导体将实现高速切换，但可以识别出以下三个挑战。
问题1：噪音
产生的噪声含有高频成分，便于传播，需要EMI对抗措施。
主要因素是铃声和过压。
特别是，振铃是由开关组内线路寄生电感与半导体器件寄生电容之间的共振引起的。
问题2：过压
过电压通常发生在电压突然积累时，即高dV/dt水平。 因此，从设备保护的角度需要采取措施。
问题3：高电流引起的热量产生
高dV/dt和di/dt会产生大电流，MLCC 的等效串联电阻（ESR）会产生热量。
因此，必须使用MLCC，以确保温度上升在适当的范围内（ΔT ≦20°C）。
MLCC在下一代功率半导体吸收回路中的有效性
对于下一代功率半导体如SiC和GaN来说，平衡微型化和浪涌电压抑制是一大挑战。 这是由于功率模块越来越稀薄所致。 MLCC 因其非极性、紧凑的体积、低外形、低 ESL 和低 ESR，以及适合高温环境，是缓冲电路的强力选择。
MLCC特色（1）：非极性
由于吸收回路（Snubber电路）中会出现极性反转，因此通常使用无极性的薄膜电容器或 MLCC。
MLCC特色（2）：SMD，紧凑型，低矮型
MLCC 支持 SMD，由于其体积紧凑且外形低，有助于实现电磁套的微型化。
MLCC特性（3）：低ESL和低ESR
低ESL和低ESR对于抑制电路整体电感和高效去除噪声非常重要。
MLCC特性（4）：适应125°C等高温环境
MLCC 由陶瓷制成，适合在相对高温的环境中使用。
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下一代功率半导体中吸收电容器的选型方法
在下一代功率半导体的抑制电路中，为了有效抑制过电压和降低噪声，根据MLCC的特性进行选型至关重要。
图5：直流偏压特性
・MLCC 选型要点 1：选择 Class 1 还是 Class 2？
虽然一类MLCC 的初始电容比二级小，但它们在电气特性上提供了极佳的稳定性。1类具有优异的直流偏置特性，电压施加无电容变化，且电容温度依赖极低。此外，1类的ESR远低于2类，导致损耗更小，自加热也更少。另一方面，类2是紧凑型且初始电容较高，但由于直流偏置，其电容会降低。虽然二级的ESR相对较低，但比一级MLCCC大，因此自热通常较陡，因此需要谨慎。
・MLCC 选型要点 2：实际工作电压下的有效静电容量至关重要
2类具有直流偏压特性，因此工作期间的有效电容非常重要。如果电容不足，工作可能变得不稳定或噪声消除不足，因此请选择考虑实际工作电压有效电容的项目。
・MLCC 选型要点 3：考虑工作温度环境
电容器阻断直流电，允许交流电通过。 高频噪声电流通过MLCC并被引导至GND。当电流通过电容器时，根据焦耳热公式，热量损失为W = ESR × I^2。 这是自加热。由于电容器的自加热影响MLCC（多层级集成集成）的寿命，请考虑基底散热，确保自热温度在20°C以内且温度在保证范围内。
・MLCC 选型要点 4：自身发热 ΔT 控制在 20°C 以内
在抑制电路的应用中，通常从最高保证温度为125℃或150℃的产品中进行选择。这是因为当将其布置在开关元件附近或发热部件附近时，需要考虑元件传导热的影响。由于抑制电路会施加电流，因此MLCC会产生自发热，请在设计时将这些热因素一并考虑在内，确保温度保持在保证温度范围内。
・MLCC 选型要点 5：额定电压的选型
电压波形的最大值（Vp-p，或 DC + 浪涌电压的峰值）必须在额定电压范围内进行选型。请在包含浪涌电压的条件下进行设计，确保 MLCC 的工作电压不超过其额定电压。另外，耐电压是指对雷击浪涌等单次异常电压的耐受能力；如果该电压会反复施加，则必须按额定电压以内进行设计。对于 Class 1、C1005 尺寸及以上的 MLCC，我们提供各型号的最大允许电流 / 最大允许电压曲线，敬请参考使用。
TDK在高dV/dt环境下的元件评价案例
关于在施加高 dV/dt 和高 di/dt 等大电流的应用中，MLCC 会受到何种影响，我们经常会收到类似技术咨询。为了满足这些需求，TDK 构建了一个可以向 MLCC 施加高 dV/dt 和高 di/dt 的测试环境。
作为已建立的测试环境下的评估案例，我们准备了分别在 400V/μs 和 4000V/μs 两种不同 dV/dt 条件下施加了一定时间电压的样本，并随后对这些样本施加了交流电压。在观察自发热情况时发现，施加高 dV/dt 条件的样本其温升幅度更大。虽然变化趋势会因产品及施加条件而异，但由于 MLCC 自发热的增加会影响产品寿命，因此施加这种接近实际使用情况的电压波形来评估 MLCC 至关重要。
总结与咨询：TDK针对下一代功率半导体吸收回路的技术支持
随着新一代功率半导体的广泛采用，由高 dV/dt 引起的过电压问题变得愈发重要。随着 MLCC 在应对过电压和 EMI 方面的应用日益广泛，本文介绍了在吸收电路中选用 MLCC 时的关键考量点，并分享了 TDK 在高 dV/dt 条件下的评估案例。TDK 不仅提供适用于功率半导体的各种噪声对策元件，还针对高 dV/dt 环境下对 MLCC 的影响提供专业的技术评价支持。如果您在选择功率半导体用吸收电容器（Snubber Capacitor）方面有任何疑问，我们将从元件选型建议到评估与验证，为您提供全方位的技术支持。欢迎随时与我们联系，共同提升功率半导体电路设计的可靠性并优化噪声对策。
MLCC High Voltage Snubber Applications 
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