Murata DHS EOL：CT电容器更换路线图

Murata DHS EOL：CT电容器更换路线图

抽象

村田DHS/DHR高压电容器在发出最后采购通知后已达到使用寿命终点，数十种成熟的电流互感器（CT）发生器设计面临零部件短缺的困境。本文列出了替代产品的四个等效条件——电容、额定电压、损耗和局部放电——以及封装、可靠性和认证检查。此外，本文还列出了维持CT生产线正常运转所需的鉴定步骤和供货条款。

1. 引言

多年来，村田DHS/DHR高压陶瓷电容器一直是电流互感器电源的标杆产品。其稳定的电气性能、宽电压范围和较长的使用寿命，使其广泛应用于GE、飞利浦、西门子和佳能等公司的倍压电路和滤波模块中。随着村田将资源转向消费电子、汽车和通信市场，DHS/DHR系列产品也发布了停产通知。许多经典型号进入了最后购买期，交货周期延长，价格上涨。

对于电流互感器制造商而言，这意味着数十种成熟的设计方案同时面临零部件短缺的问题。高压链路的重新设计不仅耗时耗力，而且还会触发IEC 60601-1和UL 60601-1标准的重新认证。

实际应用中，该方案可直接替换原有部件。它在电气参数、封装尺寸和可靠性数据方面均与DHS部件完全匹配。该方案包含四个可测量的条件，本文将逐一介绍每个条件及其对应的验证步骤。

2. 核心机制

2.1 电气参数等效性

单靠匹配电容是不够的。电流互感器高压部分必须同时满足四个条件。

C_nom(ALT) = C_nom(DHS) ± 5%

V_rated(ALT) ≥ V_rated(DHS)

tanδ(ALT) ≤ tanδ(DHS) at 1 kHz and 100 kHz

PD(ALT) ≤ PD(DHS) at 1.5 times rated voltage

其中，C_nom 为标称电容，V_rated 为额定电压，tanδ 为损耗因子，PD 为局部放电水平。ALT 为替换部件，DHS 为原部件。对于开关频率为 100 kHz 的发电机，该频率下的 DF_eff 决定了温升，因此即使 1 kHz 下的数值相同，也应将其纳入比较。

2.2 封装和安装等效性

CT发生器的空间非常有限，而且安装硬件已经预先制作完成。替换件必须与原件的外形尺寸、引脚间距和安装孔位完全匹配。如果无法匹配，则需要重新设计框架和PCB，而这正是本次更换工作所避免的成本。

HVC 提供与 DHS/DHR 系列相同的 Disc/LD 大尺寸圆盘和 DHS4/DHR4 封装外形，因此无需更改布局即可直接替换电路板。同时，请确认引脚直径和端子长度，因为较长的引脚会改变快速脉冲链路中的回路电感。

2.3 可靠性和寿命等效性

医疗影像设备的设计寿命为10年以上，平均故障间隔时间（MTBF）超过50,000小时。替换部件必须具备相应的寿命，而不能仅仅依靠数据手册上的相似性。

测试项目包括：85℃/85%RH条件下1000小时测试、-40℃至+125℃温度范围内1000次循环测试、PD≤5 pC条件下100%出厂PD测试，以及额定电压1.5倍下的介电强度测试。PD≤5 pC条件下的平均寿命接近100,000万小时，而PD≤50 pC条件下的平均寿命不足20,000万小时，因此PD测试结果才是十年寿命保证的依据。

2.4 认证和供应链等效性

医疗组件变更需要符合 RoHS、REACH、UL 和 IEC 标准的材料文件，以及供货承诺。HVC 拥有自己的陶瓷配方、电极膏和封装生产线。因此，产能不受消费市场周期的影响，交货周期保持在 4-6 周。

供货方需要在供货协议中明确写入一个数字：滚动安全库存的月数。对于使用寿命为 10 年的 CT 型号设备，6 至 12 个月的库存量足以满足超过一年的认证周期。

图 1 — 直接替换件必须满足四个可测量的条件：电容在 5% 以内，额定电压相等或更高，在 1 kHz 和 100 kHz 下的损耗相等，以及局部放电相等。

3. 工程痛点

痛点一：LTB价格上涨，库存告罄

在国土安全部发布产品停产通知后，现货价格上涨了3到5倍，稀缺型号的价格甚至上涨了10倍以上。小型维修服务商无力承担如此高的维修成本。大型原始设备制造商可以通过长期协议锁定库存，但一旦库存售罄，仍需支付数百万美元的重新设计费用。

LTB（长期采购）窗口期是按日期关闭的，而非按需关闭。窗口期结束后制定的库存计划，将按现货价格支付已安装设备剩余使用寿命期间的所有费用。

痛点2：类似部件安装后性能下降

一家电流互感器制造商用另一品牌的同型号器件替换了原有的DHS4E4A102K2B器件。更换后，输出纹波从0.5%上升到1.8%，高压稳定时间也变长了。

原因在于数据手册未在工作点比较的两个参数。DF_eff 在高温高频下性能下降，而 VCC 会在直流偏置下降低有效电容。数据手册与实际值高度吻合并不意味着器件能够正常工作。这种差异会在运行中的发电机额定电压下显现出来。

痛点3：认证周期导致产品发布和修复延迟

医疗器械组件的更换通常意味着需要进行新的电气安全测试、电磁兼容性测试和图像质量验证。如果更换供应商无法提供完整的测试报告和可追溯数据，那么这些工作所需时间将比组件更换本身延长 6 到 12 个月。

售后服务方会更早感受到影响。如果没有稳定的替代方案，一台使用了12年的CT机将无法修复。医院因此会失去一台原本还能使用很多年的扫描仪。

4. 设计步骤

策略一：构建一对一替换列表并检查每个参数

逐项计算 2.1 节中的四个公式：电容、额定电压、两种频率下的损耗以及局部放电。将每一项标记为合格或不合格，并将包含零件编号的表格保留好。

优先选择带有第三方测试报告或AEC-Q200级可靠性数据的部件，而非仅有数据手册的部件。HVC拥有涵盖主流DHS/DHR型号的1:1列表，每行数据均附有测量结果。

策略二：开展A/B测试和加速老化实验

将原DHS部件和替换部件放在同一测试台上，比较纹波、温​​升、PD值和效率。然后在85℃/85%RH环境下运行1000小时，并进行1000小时高温耐久性测试，最后增加热循环、振动、盐雾和油浸等环境测试。

HVC应用实验室运行A/B测试集并出具双语测试报告，从而缩短客户方的认证工作。请索取原始数据，因为汇总表会掩盖批次间的差异。

策略三：锁定第二供应源和安全库存

将备选方案添加到合格供应商名单中，并设置 6-12 个月的滚动安全库存。对于长寿命电流互感器平台，关键电容器的库存至少应涵盖两代产品，因为已安装设备的寿命远超任何单次生产周期。

HVC支持供应商管理库存和年度价格锁定。这项服务将波动较大的现货市场转化为固定成本。重新订购点应根据替换率而非生产计划来设定。

策略四：通过早期预警管理物料清单生命周期

将组件生命周期状态集成到PLM或ERP系统中，并为DHS等EOL型号设置提前预警，预警时间比最后购买日期提前18个月。预警触发后，即可有充足的时间启动替代方案评估。

HVC会发布产品变更通知和长期供货承诺，因此在通知发出之前，零件的状态就已经为人所知。使用同样的规则跟踪第二个供应商自身的产品生命周期数据。

策略五：并行规划认证工作

变更后需要进行系统级 IEC 60601-1 电气安全测试、IEC 60601-1-2 电磁兼容性测试以及图像质量验证。文档编制工作应与 A/B 测试同步进行。之后，文档工作将与测试工作并行开展。

HVC提供材料声明表、RoHS和REACH报告以及UL/IEC认证文件。有了这些文件，认证机构就可以审核完整的档案，而无需逐一索取。

策略六：更换整个高压链路

DHS 的 EOL（产品生命周期结束）通常与老化的电阻器或过时的二极管在同一年结束。HVRGFP 玻璃釉和 分级电阻器, HVRGHP采样电阻器和 快速恢复二极管 可以与电容器在同一批次中进行质量检验。

一次认证周期即可涵盖四种元件类型，成本低于四次单独的认证周期。此外，它还能消除因新链路中遗留旧元件而导致的不匹配风险。每当电容器更换时，都应重新认证分压网络。

组件参数	典型值	测试条件
额定电压（HVCT8G系列）	10 kV DC	高压1.5倍，持续60秒
电容量	4700 pF ±20% (472M)	1 MHz，1 V rms
1 MHz 下的 ESR	低于 50 mΩ	-
回路电感（E40弦）	低于 8 nH	端子间距 40 毫米
绝缘电阻	在 500 V 直流电压下，电阻大于 10 GΩ	25℃，60%相对湿度
温度范围	−40 °C 至 +125 °C	IEC 60068-2系列
脉冲dv/dt能力	高于 50 kV/µs	额定电压

5. 用于DHS替换的HVC N4700电容器

如果替换件的电气规格、外形尺寸和供货日期都相同，则该替换件可以正常工作。HVC 制造 N4700 这三者的零部件均产自东莞一家占地 6,000 平方米的自有工厂，电压范围从 1 千伏到 150 千伏。

这里需要考虑的六个参数

• 1:1 电气基准测试。电容、额定电压、损耗和局部放电性能与主流 DHS/DHR 型号一致，因此这四项匹配条件基于测量数据，而非产品目录数据。
• 封装尺寸兼容。光盘/LD 和 DHS4/DHR4 封装的尺寸和安装尺寸与村田组件的芯片完全匹配，因此电路板无需更改布局即可直接安装。
• 完整的可靠性数据。每批产品均通过 85 °C/85%RH 老化、热循环、PD ≤5 pC 的 100% PD 测试和高压耐久性测试，并提供 AEC-Q200 级别的报告。
• 交货周期短且稳定。HVC拥有陶瓷材料、电极浆料和封装生产线，因此4-6周的交货周期不受现货市场周期波动的影响。
• 全球认证支持。RoHS/REACH、UL 和 IEC 材料认证以及双语测试报告，助力医疗器械产品在任何地区上市。
• 协调的组成部分。 HVCT8G 和 HVCT9G 样式螺丝端子部件， HVR-BSP/BOP 分压电阻和高压整流二极管一起订购，因此整个链路在一个周期内合格。

与一线品牌交叉参考。HVC部件符合以下电气参数和封装尺寸： 村田 DHS/DHR、Vishay HVCC 和 TDK 高压系列，并用于为财富 500 强医疗成像 OEM 厂商进行大批量高压发生器生产。

交付和支持

标准件的交货周期为 4-8 周，定制件的交货周期为 6-10 周，而上述品牌通常需要 20-30 周。HVC 应用工程支持参数基准测试、A/B 测试计划、热仿真和 SPICE 模型。

请提供DHS型号、工作电压和频率、外形图以及年用量。HVC将在五个工作日内提供一份包含测量参数的1:1替换清单、可靠性报告以及两个样品零件。

6. 常见问题

问题1：国土安全部 (DHS) 的替换文件需要满足哪些条件才能有效？

四个条件同时满足：标称电容在±5%以内，额定电压等于或高于额定电压，1 kHz和100 kHz下的tanδ不低于额定电压，1.5倍额定电压下的PD不低于额定电压。封装外形和引脚间距也必须匹配。仅凭电容值无法替代上述条件，因为DF_eff和VCC在工作点会发生变化。

Q2：为什么类似的零件会使纹波从 0.5% 增加到 1.8%？

因为数据手册的比较忽略了工作点。DF_eff 在高温高频下会降低，而 VCC 在直流偏置下会降低有效电容，因此倍频器链实际感受到的电容值低于标称值。一家电流互感器制造商测量发现，在这种变化之后，纹波从 0.5% 增加到 1.8%，并且稳定时间也更长。

Q3：医疗重新认证需要多长时间？

除了组件工作之外，还需要六到十二个月的时间，因为此次变更需要进行符合 IEC 60601-1 标准的电气安全测试、符合 IEC 60601-1-2 标准的电磁兼容性测试以及图像质量验证。供应商提供的完整文档包可以将工期控制在预计的较短范围内。

问题四：我应该持有多少安全库存？

六到十二个月的车辆库存，以及至少两代关键零部件，足以满足长寿命CT平台的需求。已安装车辆的使用寿命超过任何单次生产周期，长期备货计划（LTB）窗口期有固定的截止日期。库存计划必须涵盖该日期之后的几年。

Q5：什么测试可以追溯到十年的设计寿命？

在 85 °C/85%RH 条件下进行 1000 小时测试，在 -40 °C 至 +125 °C 范围内进行 1000 次循环测试，并在 PD ≤5 pC 的条件下进行 100% 局部放电 (PD) 测试，以及在额定电压 1.5 倍下进行介电强度测试。中位寿命从 PD ≤5 pC 时的 100,000 小时下降到 50 pC 时的不足 20,000 小时。因此，PD 测试结果作为寿命声明的依据。

Q6：我应该同时更换电阻器和二极管吗？

是的。老化的电阻器和过时的二极管通常与DHS产品线在同一年达到供货周期的终点。电容器、分压电阻器和二极管只需通过一次认证即可。 整流二极管 成本低于四次单独的维修周期。它还消除了新连接件中旧部件不匹配的风险。

7。 参考

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11. HVC应用工程团队 高压陶瓷电容器技术资源https://www.hv-caps.com