楼氏电容｜满足航空航天和国防应用所需的高性能电容器

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各类航空航天和国防应用，如军用飞机和电子战防御系统，都要求其电力电子系统必须在整个使用寿命内可靠地运行，能承受更高的电压和更宽的温度范围，同时还必须满足更小、更轻、功耗更低的要求。

由此，电路设计也开始沿着新的方向发展。以往，电气工程师习惯选用传统的硅基（Si）半导体，如今开始转向使用碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN）的宽带隙半导体。这是因为基于这些材料的电子元件与传统硅基元件相比，开关速度更快，效率更高，尺寸、重量和功率（SWaP）更低。这一转变对航空航天和国防应用所属电力电子系统中的电容器也提出了新的要求。

航空航天和国防电力系统中的电容器需满足的要求

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电源系统的主要功能是为应用中的各个器件生成并分配 "可用的电力"。以军用飞机为例，应用中需要大型电池来提供"易积污"的270V直流电能，之后通过降压、调节，并根据需要转换为 "清洁 "的交流电能或数值较低的直流电能，以用于飞机的各个系统。

• 电源转换器和调节器——将高压直流电转换为低压直流电，并控制整个飞机的电力流动（详见图1）。

• 逆变器——将直流电转换为交流电并进行调节，用于飞机的航空电子和武器系统。

图1. 示例：电力如何从主电源流经转换器、调节器，经转换、调节后用于整个飞机的其他系统。资料来源：https://www.vicorpower.com/industries-and-innovations/aerospace-and-defense-solutions/aerospace-defense-fixed-winged-hale-uav

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为了使系统可靠地运行，需要电容器等相关元件满足高可靠性、高Q值、EMI抑制、降噪、线路滤波、能量存储、高频噪声去耦和电压调节等应用需求，因此，多层陶瓷电容器（MLCC）是应用的理想之选。下面让我们更具体地了解下MLCC在电力系统中需要执行哪些任务。

去耦和旁路： 当用作去耦电容时，MLCC有助于在高频噪声和其他电源相关挑战的情况下稳定地提供电源电压。这些电容器通常放置在靠近被去耦的电力电子元件的地方，以尽量减少高频噪声和其他与电力相关的因素的影响，并将这些信号的能量分流回回流路径。

能量存储： MLCC可作为谐振电容用于能量存储，在需要时提供短而高的能量突发，这对高电压应用特别重要。

滤波： MLCC可用于过滤不需要的噪声和其他高频信号，以防干扰电力电子元件的运行。

缓冲器： 另一种形式的滤波，MLCC被用作缓冲器，以抑制有害的瞬时电压尖峰和来自于快速开关的噪声。

EMI抑制： 表贴式、圆盘式MLCC或平板阵列被用作连接器中的过滤器，以抑制由电力电子元件产生的电磁干扰（EMI），这种干扰会随着目标开关频率的增加而增加。一个阵列可以提供多个电容值。

电压调节： MLCC可用于电压调节，以保持电源电压的稳定。

高可靠性的元件是必须的

在航空航天和国防应用中，即便最小的元件发生故障，其后果也是极其严重的，而且许多应用的预期寿命很长，因此其用到的元件必须具备高可靠性。高可靠性元件与普通元件都由相同的高品质材料制成，但高可靠性元件要经过额外的测试和筛选以确保长期可靠性。

高可靠性元件供应商筛选元件时一般基于既定的军事规范（MIL-SPECS）。以下是当前最常用的三种MIL-SPECS筛选方法：

• MIL-PRF-55681 - 通用的军事高可靠性规范;

• MIL-PRF-49467 - 涵盖了针对通用多层陶瓷高压电容器的要求;

• MIL-PRF-123 - 提供比MIL-PRF-55681更高的可靠性水平，通常用于空间应用。

在参照MIL-SPECS筛选MLCC时，元件需承受相当于1到2倍额定值的电压，同时在125℃的温度下工作100小时及以上。同一批次中所有的MLCC都需经过以上严格测试，以确保出厂的每个元件都合格，并在应用的预期寿命内保持高性能。未通过筛选的元件将被报废或送回作进一步评估。

楼氏电容（KPD）拥有40多年高性能元件的研发、制造经验，产品多次用于航空航天和国防关键应用中的电气系统。无论您是需要用于引爆器的特种电容器，还是需要用于敏感军事通信设备的EMI滤波器，或是需要用于飞机电源系统的MLCC，我们都能满足需求，制造、测试和筛选出您所需要的高可靠性元件。

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关于我们

楼氏电容事业部（Knowles Precision Devices）是楼氏集团旗下专业制造各类陶瓷电容器及微波元器件的业务单元，其产品广泛应用于航空航天、医疗、电动汽车、高端工业和通信5G市场。楼氏电容研发并制造了满足高可靠性、高耐温、高电压及高频率需求的电容类产品以应对不同的市场需求。