當(dāng)我們?cè)谠O(shè)計(jì)高電壓的BMS產(chǎn)品時(shí)，常常會(huì)遇到多串電池的方案，經(jīng)常性在芯片的電源輸入腳，或者在電路板輸入端加一個(gè)耐高壓的電容。當(dāng)電池的串?dāng)?shù)達(dá)到20串滿電的時(shí)候，電壓已經(jīng)達(dá)到20*4.2V=84V，這個(gè)我們需要一般選用的是100V耐壓的陶瓷電容來(lái)保證電路正常運(yùn)作。但是，高電壓大容量的電容價(jià)格非常高昂，因此我們考慮采用的是耐壓值為50V的電容，采用串聯(lián)的方式來(lái)提高整體耐壓值水平，這也是第一次在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中運(yùn)用電容串聯(lián)的方案。
有一次我們注意到，很多汽車級(jí)的產(chǎn)品在電源正負(fù)極之間往往都會(huì)串聯(lián)兩個(gè)小的電容，如下圖。它的作用是什么呢？
那么，我們使用電容串聯(lián)的目的它僅僅是出于成本考慮的嗎？沒(méi)有其他原因嗎？考慮到10uF的高壓電容應(yīng)該也不是貴，那么這種用法的作用到底還有哪些呢？是因?yàn)樵缙谌鄙俑吣蛪弘娙葸M(jìn)而一直沿用至今的嗎，還是說(shuō)其中另有說(shuō)法？下面，我將從多個(gè)角度深入分析這種電容串聯(lián)使用的實(shí)際情況。
第一點(diǎn)，增加耐壓值，防止過(guò)壓造成電容損壞
我們把兩個(gè)10uF、50V的電容串聯(lián)到一起，它的等效電容便減小到5uF，但是耐壓值將會(huì)增加到100V。
在汽車BMS電子系統(tǒng)當(dāng)中，假如我們使用的鉛酸電池供電的12V系統(tǒng)，它的浮充電壓可能會(huì)達(dá)到14V左右。當(dāng)在進(jìn)行汽車拋負(fù)載7637-5a/5b的測(cè)試時(shí)，浪涌電壓會(huì)飆到高達(dá)到87V左右。因此我們?yōu)榱朔乐估擞侩妷哼^(guò)壓導(dǎo)致電容的損壞，造成短路過(guò)流起火等這些故障，我們把兩個(gè)耐壓值50V的電容串聯(lián)起來(lái)后，它的耐壓可以達(dá)到100V左右，進(jìn)而能夠更好地應(yīng)對(duì)過(guò)壓的極端情況。
第二點(diǎn)，降低成本
對(duì)于電容來(lái)說(shuō)，要想讓他達(dá)到100V的耐壓值而且同時(shí)又想要很大的容值，這樣就會(huì)使選到的電容體積都很大。大部分符合要求的產(chǎn)品至少都采用的是1206的封裝，即使我們有一些國(guó)產(chǎn)的廠商聲稱能他們夠提供更小的封裝，但是它的容量也肯定是達(dá)不到要求的。曾經(jīng)有同事在這一點(diǎn)上吃過(guò)很大的虧，因此這些家伙都是貼著容量誤差10%的下限來(lái)做出來(lái)的。
所以選擇兩個(gè)50V耐壓值的0603封裝的電容，容量值夠了，體積小了，也會(huì)更便宜。需要我們注意的是，我們?yōu)榱诉_(dá)到相同的效果，這里需要將耐壓提高1倍，但容值卻減小了一半，所以選型要注意耐壓值和容值在串聯(lián)之后的關(guān)系。
第三點(diǎn)，提升可靠性
首先我們知道，電容的失效模式很多情況都是短路，很少發(fā)生開路的情況。如上圖所示的C1和C7兩個(gè)布局中，假如我們選擇了尺寸更小的電容以后，當(dāng)板子受到應(yīng)力的影響而產(chǎn)生微變形時(shí)。此時(shí)，比較小的陶瓷電容受到形變的影響就會(huì)比較小。而且，將兩個(gè)電容串聯(lián)連接起來(lái)，即便板子形變應(yīng)力導(dǎo)致陶瓷電容損壞短路了，它的風(fēng)險(xiǎn)也是會(huì)減少一半的（因?yàn)榧词挂粋€(gè)電容損壞，另一個(gè)電容仍然可保證回路正常運(yùn)轉(zhuǎn)）。
這里需要特別強(qiáng)調(diào)的是，使用兩個(gè)電容的布局有點(diǎn)講究，它們最好呈直角來(lái)布局，相互布成90度。這種布局的好處是，當(dāng)PCBA受到應(yīng)力來(lái)自水平方向的時(shí)候，電容C1很容易損壞，但是C7卻具有更好的可靠性。相反，假如PCBA的形變應(yīng)力來(lái)自于垂直方向，那么電容C1卻具有更好的可靠性。因此，這種布局方法在一定程度上大大提高了整個(gè)電路板的可靠性能。
通過(guò)上面的一些的分析，希望朋友們?cè)谖磥?lái)的電子設(shè)計(jì)之路上應(yīng)對(duì)可靠性問(wèn)題方面能夠有更多的應(yīng)對(duì)措施。
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