在电动汽车和混合动力电动汽车等应用中低电感直流电源总线

在电动汽车和混合动力电动汽车等应用中，随着直流电流随着开关频率的增加而增加，对直流电源总线的性能要求不仅仅是 IR 压降（即电压降）和热方面的考虑。由于设计需求和以碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 开关为代表的宽带隙器件 (WBG) 的使用增加，该总线现在必须在数百千赫兹的较高频率下具有非常低的电感。

总线必须具有低电阻和低电感，但还必须具有足够的电容以消除电压纹波。不幸的是，由于它们的互连和内部寄生效应，用于第二个属性的相同电容器对第一个属性是有害的。除了简单地增加更多的大容量电容之外，还可以使用不同的方法来尝试实现多个相互冲突的目标。

最近，桑迪亚国家实验室的一个团队开发了一种解决这个问题的有趣方法并申请了专利。（如果您想知道“谁或什么是桑迪亚？”——这有点复杂。桑迪亚国家实验室是一个多任务的美国政府实验室，由桑迪亚有限责任公司的国家技术和工程解决方案管理和运营——桑迪亚的全资子公司霍尼韦尔国际公司——代表美国能源部的国家核安全管理局。我们就这样吧。）

他们的设计使用分层的、类似 PC 板的结构，其中两个金属平面由聚合物电介质隔开，以提供“平面”电容。

使用标准 PC 板通孔在平面之间连接的大量（数百个）小型多层陶瓷电容器 (MLCC)（而不是常规的电解或薄膜电容器）提高了该基础电容。

这种方法提供了电气和热方面的好处。如此多的电容器的分散放置降低了高频电流元件的分流阻抗，而扁平陶瓷电容器可以承受更高的温度并支持更好的气流。还有其他好处。在现有的应用中，正负（通常称为地）导轨使用母线，并且它们之间的间隔很大；当磁场线穿过这个更大的区域时，由于大电流回路，有效电感更高。Sandia Laboratories 基于板的方法通过减小电流回路的面积大大降低了电感。

他们的原型板使用 2 盎司的覆层 PC 板材料，厚度约为 6 × 11 × 0.062 英寸（150 × 280 × 1.6 毫米）。它装有 336 个 0.15 µF/1000 V MLCC 器件（具有 X7R 电介质和符合 AEC – Q200 标准的汽车应用）。总电容为 50.4 µF，他们的模型和仿真表明，这足以将纹波保持在 100 kHz 的目标值以下。

除了广泛的建模之外，他们还使用阻抗测量仪器在 100 Hz 到 10 MHz 范围内测试了该设计，这些结果与他们的模型非常匹配。他们还将他们的结果与丰田普锐斯中以类似方式使用的可用公共汽车模型进行了比较。他们的巴士性能有些优越，体积更小，并且可以承受更高的温度。

但这并不是我对这项专利感兴趣的地方。我已经阅读或浏览了很多专利——一旦你超越了所有的正式风格，它们就是一个信息丰富的初级资源——而且大多数都是相当枯燥和技术性的。简而言之，他们说，“有一个问题，这是我们的创新解决方案，这就是它的工作原理和原因”，这就是专利故事的结局。

相反，该专利更像是营销宣传或EDN中供应商撰写的技术文章。它的很多前期空间都致力于讨论市场需求和机会、不同方法之间的权衡以及类似的考虑，直到它最终进入创新本身的细节。我很困惑，因为我认为专利的颁发只取决于其技术优势，而不是任何市场分析或需求。毕竟，许多专利被授予独特的、非显而易见的设计，没有或只有极小的商业前景——或者是为了防止未来的侵犯。许多专利理念逐渐衰落，一些代表已经上市的产品，而另一些则处于静止状态——只有在其他开发提高其价值时才变得有价值。

这种专利市场分析和竞争定位是好是坏？我不知道，也许没关系。我确实希望添加它不会成为获得专利的一个因素，因为这可能会压制一些现在看起来无用或不切实际但可能在以后发挥作用的想法。