Défis et solutions pour le développement automobile de nouvelle génération

L'environnement automobile présente des défis uniques pour les composants électroniques. Contrairement à de nombreuses applications informatiques, les automobiles subissent des conditions extrêmes, telles que des températures très basses et très élevées, une humidité extrême, une contamination, des vibrations et des chocs. En plus de ces conditions difficiles, les composants électroniques dans les automobiles doivent avoir des durées de vie très longues, stables et fiables, et doivent tomber en panne en toute sécurité en cas de mauvais fonctionnement.   Les différents sous-systèmes électroniques dans les véhicules présentent leurs propres défis et exigences distincts pour les composants utilisés. Les systèmes de contrôle et de sécurité (tels que les freins antiblocage, les caméras de recul et les phares adaptatifs) nécessitent des composants avec des durées de vie exceptionnellement longues et une grande fiabilité. Le groupe motopropulseur (y compris les composants qui génèrent de la puissance et la transmettent à la surface de la route) nécessite des composants capables de résister à des températures élevées et à des conditions sévères. Les systèmes électroniques embarqués (y compris la navigation, les diagnostics avancés et le divertissement) nécessitent des composants petits et rapides.   Dans les applications ADAS et de conduite autonome, les contrôleurs de domaine ADAS et les passerelles de domaine sont également des domaines d'application critiques. Les composants tels que les transformateurs Ethernet au sein des contrôleurs de domaine et les selfs de mode commun CAN au sein des contrôleurs de domaine doivent répondre aux exigences AEC-Q200, supprimer le bruit en mode commun sans atténuer le signal et fournir des solutions répondant aux exigences de miniaturisation et de fiabilité. Les nouveaux condensateurs polymères de qualité automobile peuvent offrir des solutions potentielles pour les concepteurs automobiles, répondant aux exigences en matière d'économie d'espace sur la carte, d'efficacité volumétrique/miniaturisation élevée et de fiabilité.   Les condensateurs en polymère de tantale sont construits avec une anode en tantale (Ta), un diélectrique en pentoxyde de tantale (Ta₂O₅) et un électrolyte polymère solide. Cette méthode de construction offre plusieurs avantages, y compris des cotes de température élevées et une stabilité vis-à-vis de la température, de la tension et du temps. Ces caractéristiques permettent aux condensateurs en polymère de tantale de répondre et de dépasser les exigences de la norme automobile AEC-Q200.   En prenant les applications de convertisseurs DC/DC automobiles comme exemple, puisque l'électronique automobile est généralement alimentée par des batteries, les convertisseurs DC/DC sont cruciaux pour les applications automobiles. Ils abaissent la tension de la batterie (généralement +12V DC) à des niveaux de tension plus appropriés pour les appareils électroniques, tels que +5V, +3.3V, +1.8V, ou même plus bas. La conversion est souvent effectuée par étapes, par exemple, 12V à 5V, puis 5V à 3.3V. Les convertisseurs DC/DC fournissent la tension pour ces rails d'alimentation, tandis que les condensateurs aident ces convertisseurs à fonctionner correctement et à fournir une alimentation stable et propre.   Dans un circuit de convertisseur DC/DC, des condensateurs sont nécessaires à la fois à l'entrée et à la sortie. Le condensateur d'entrée garantit que le courant instantané est disponible pendant la commutation du convertisseur. Le condensateur de sortie garantit que le courant instantané est disponible pour la charge (DSP, microprocesseur, I/O, USB, etc.) pendant la commutation du convertisseur. Dans les applications automobiles, ces condensateurs doivent non seulement être conçus pour répondre aux besoins en capacitance du circuit, mais aussi être sélectionnés pour se conformer à la norme AEC-Q200 et résister même à des normes plus élevées de haute température et de conditions difficiles.

Recherche, développement et innovation dans les supercondensateurs polymères au tantale

Dans le domaine des solutions automobiles, YAGEO/KEMET s'engage dans la recherche, le développement et l'innovation des supercondensateurs polymères au tantale, obtenant de nombreux résultats et brevets dans les études diélectriques, les études d'imprégnation, les formulations polymères, la synthèse des polymères et la recherche de revêtements polymères. Les processus de fabrication de condensateurs de YAGEO/KEMET respectent le traitement de poudre/fil de tantale conforme et présentent une chaîne d'approvisionnement en tantale entièrement intégrée, étant le seul fournisseur de tantale diversifié et intégré verticalement, exempt de conflits, avec des opérations stables configurées pour soutenir la demande croissante de produits. YAGEO/KEMET propose de nombreux produits de qualité automobile et à haute fiabilité qui répondent aux besoins des applications automobiles, détenant une part de 44% du volume de production mondial et étant leader dans les solutions automobiles, aérospatiales et de défense.   Les condensateurs polymères au tantale (série KO-CAP®) introduits par KEMET sont des condensateurs électrolytiques solides avec une cathode en polymère conducteur, présentant une faible résistivité équivalente série (ESR) et une rétention de la capacité améliorée à haute fréquence, minimisant la perte de puissance et le bruit indésirable. La série KO-CAP combine la faible ESR des céramiques multicouches, la haute capacité des électrolytiques en aluminium et l'efficacité volumétrique du tantale dans un seul boîtier en montage en surface. Contrairement aux condensateurs à base d'électrolyte liquide, le KO-CAP offre une durée de vie extrêmement longue, une capacité de courant ondulé élevée, et peut résister aux températures élevées rencontrées dans les applications automobiles. Par exemple, le condensateur polymère au tantale T599 maintient d'excellentes caractéristiques à des températures allant jusqu'à 150°C, offrant une durée de vie prévue ultra-longue.   La norme AEC-Q200 est une norme de qualification mondiale pour les composants électroniques passifs utilisés dans les circuits automobiles. Elle implique un ensemble rigoureux de tests de contrainte, et réussir ces tests confère aux composants un statut "qualifié". La série T59x de condensateurs polymères au tantale de KEMET répond facilement et dépasse ces exigences.   La norme AEC-Q200 exige que les composants passifs soient testés à des niveaux de contrainte nominale pour une durée de vie opérationnelle de 1000 heures. Les condensateurs de la série T599 de KEMET sont conçus pour une durée de vie opérationnelle de 2000 heures à 150°C. Lorsqu'ils sont correctement déclassés pour la tension et la température, la série T599 peut supporter des profils de mission à haute température allant jusqu'à 8000 heures, et même des profils de mission ultra-étendus de 130 000 heures (15 ans) dans des conditions adéquates. Les équations de durée de vie et de taux de défaillance pour les condensateurs polymères peuvent être utilisées pour valider leur performance dans ces profils de mission.

Condensateurs polymères au tantale pour des profils de mission à haute intensité et ultra-longue durée

La série de condensateurs polymères Tantalum KEMET T599 offre des performances à 100 kHz, avec une résistance série maximale très faible, allant de 25 mΩ à 150 mΩ, stable sur une plage de température de -55°C à 150°C, avec une durée de vie prévue ultra-longue, adaptée aux profils de mission à haute intensité et ultra-prolongés.   Les condensateurs polymères T599 offrent des solutions automobiles à longue durée de vie. Les condensateurs au tantale polymère solide KO-CAP® offrent des solutions inégalées pour les hautes températures, les exigences critiques en matière de fiabilité, et la longue durée de vie exigée par les environnements automobiles. En particulier, le condensateur polymère Tantalum T599 présente d'excellentes caractéristiques à 150°C, avec une durée de vie prévue pouvant s'étendre à 130 000 heures dans des conditions spécifiques. Cette série offre une plage de capacités de 33 à 150 µF et des tensions nominales de 4 à 35 VDC, les rendant idéaux pour les circuits de convertisseur DC/DC et autres conceptions d'applications automobiles.

Condensateurs polymère au tantale répondant aux divers besoins des applications automobiles

Dans les applications automobiles, les condensateurs polymères au tantale peuvent être utilisés dans des systèmes de détection, tels que les systèmes de détection radar/lidar (par exemple, la détection Hands-On, HOD), la connectivité des véhicules et les applications de cockpit intelligent, où la série T597/T598 (125°C) peut être employée. La série T598 (125°C) est adaptée aux applications de conduite/ reconnaissance autonome, la série T599 (150°C) pour la chaîne cinématique, et les séries T598 (125°C) et T599 (150°C) pour les domaines du châssis et de la sécurité.   De plus, la série KO-CAP® polymère SMD de KEMET comprend de nombreux produits conçus pour les environnements automobiles et sévères, tels que les séries T591/T597/T598/T599 de condensateurs électrolytiques polymères à haute humidité et haute température. Ces condensateurs offrent une capacitance plus élevée et une stabilité ESR sous des conditions environnementales difficiles. Grâce à des améliorations de conception et à des mises à jour de matériaux sélectionnés, ces condensateurs offrent une durée de vie de 500 heures (T591) ou 1 000 heures (T598, T599) à une tension nominale de 85°C/85% HR, se conforment pleinement aux tests de qualification AEC-Q200 et ont des températures de fonctionnement maximales respectives de 125°C et 150°C. Ces condensateurs sont fabriqués dans des usines certifiées ISO TS 16949 et sont soumis au Processus d'Approbation des Pièces de Production (PPAP)/Garantie de Soumission de Pièce (PSW) et au contrôle des modifications.   La série KO-CAP® polymère SMD de KEMET se caractérise par un ESR ultra-faible, une conformité totale aux plans de test de certification AEC-Q200 (T597 FD 125°C, T598 125°C, T599 150°C), une certification de test d'endurance prolongée pour T598/T599 (VR < 16 V) jusqu'à 2 000 heures à 125°C, des options de terminaison H/T dédiées et de test de courant d'appel (T598) pour les secteurs de la défense et de l'aérospatiale, une conformité ou dépassement de la norme EIA 535BAAC, un emballage standard en bande et bobine selon EIA 481, et une conformité RoHS avec époxy sans halogène.   Les applications typiques pour la série KO-CAP® polymère SMD incluent le découplage et le filtrage dans divers segments de marché, particulièrement adaptées pour les systèmes d'infodivertissement automobile, ADAS, les systèmes de châssis et de sécurité, et les applications de chaîne cinématique qui doivent fonctionner dans des conditions difficiles comme une humidité et une température élevées. À titre d'exemple, la T598 utilise des composants plus petits et des conceptions de modules compacts. Sa couche diélectrique Ta₂O₅ robuste et stable réduit le risque fonctionnel dans les applications. C'est un composant à faible perte (ESR de chiffre unique, capacité de courant ondulé élevé, rétention de capacitance étendue sur la fréquence), offrant une conversion DC/DC efficace avec une résistance thermique inférieure, et possède des caractéristiques électriques stables dans le temps et la température, soutenant des profils de mission dépassant 15 ans avec des performances stables.

Conclusion

Au fur et à mesure que les véhicules de nouvelle génération progressent vers l'électrification, l'intelligence et la haute performance, les systèmes électroniques embarqués imposent des exigences de plus en plus strictes en matière de stabilité de l'alimentation électrique, de durabilité et de miniaturisation, représentant ainsi de multiples défis pour la conception de l'architecture électrique. Les condensateurs polymères au tantale, avec leur faible ESR, leur excellente capacité de courant ondulé, leur fiabilité à long terme et leur taille compacte, peuvent améliorer efficacement l'efficacité de conversion de puissance, réduire la consommation d'énergie et les pertes thermiques, et assurer un fonctionnement stable du système dans des environnements difficiles. À l'avenir, avec l'avancement continu de la conduite intelligente et des véhicules à nouvelles énergies, les condensateurs polymères au tantale introduits par YAGEO/KEMET joueront un rôle encore plus crucial dans les modules d'alimentation des véhicules, les unités de contrôle et les systèmes avancés d'aide à la conduite, devenant des solutions de composants clés soutenant l'innovation dans les automobiles de nouvelle génération.