自从电子技术被引入汽车行业以来，车辆中的技术含量不断增加，以至于很快地汽车将接近于像是带有轮子的超级计算机。汽车应用中的电子设备数量正在迅速增加，越来越多的传感器、计算能力和电力都被陆续集成到车辆中。这种趋势在未来仍将继续，因为电动汽车和自动驾驶汽车将会持续驱动技术不断进步。不過，汽车环境对电子元器件提出了特殊的挑战，像是对高温、关键的可靠性要求和长寿命的要求越来越高。本文将为您介绍新世代汽车发展所面临的挑战，以及由YAGEO/KEMET所推出的固体钽聚合物电容器，将如何为这些挑战提供无与伦比的解决方案。
汽车环境对电子元器件带来了特殊的挑战
汽车环境对电子元器件带来了特殊的挑战，与许多计算机应用不同，汽车经历了极端的条件，像是极低和极高的温度、极端的湿度、污染、振动和冲击。除了这些恶劣条件外，汽车中的电子元器件还被期望具有非常长、稳定和可靠的 使用寿命，并且如果发生故障，能够以安全的方式失效。
车辆中的不同电子子系统具有各自独特的挑战和对所用元器件的要求。控制和安全系统（如防抱死刹车、倒车摄像头和自适应前照灯）需要具有特别长的使用寿命和高可靠性的元器件。动力系统（包括产生动力并将其传输到路面上的部件）需要能够承受高温和恶劣条件的元器件。车载电子系统（包括导航、高级诊断和娱乐）则需要小型、高速的元器件。
在ADAS和自动驾驶应用中，ADAS域控制器和域网关也是相当重要的应用领域，像是域控制器中的以太网变压器、域控制器中的CAN共模电感等，这些应用需要元器件符合AEC-Q200要求，能够抑制共模噪声，且不衰减信号，需要提供符合微型化和可靠性要求的解决方案。新型的汽车级聚合物电容器，将可为汽车设计师提供潜在解决方案，满足了对电路板空间节省、高体积效率／微型化和可靠性的需求。
钽聚合物电容器是由钽（Ta）阳极、五氧化钽（Ta2O5）介质和固体聚合物电解质构成的。这种构造方法提供了多种优点，包括高温等级和应对温度、电压和时间上的稳定性，这些特性使钽聚合物电容器能够满足并超越AEC-Q200汽车标准的要求。
以汽车DC/DC转换器应用为例，由于汽车电子设备通常由电池供电，DC/DC转换器对于汽车应用至关重要，因为它们可以将电池电压（通常为+12V DC）降至更适合电子设备使用的电压轨，像是+5V、+3.3V、+1.8V甚至更低。转换通常也是分阶段进行，例如12V转5V，以及5V转3.3V。DC/DC转换器为这些电源轨提供电压，而电容器则帮助这些转换器正常工作，并提供稳定、干净的电源。
在DC/DC转换器电路中，输入和输出都需要电容器，输入电容器可确保在转换器切换的瞬间有电流可用，输出电容器可确保在转换器切换的瞬间有电流可提供给负载（DSP、微处理器、I/O、USB等）。在汽车应用中，这些电容器不仅必须设计以满足电路的电容需求，还必须选择以满足AEC-Q200标准，以及面对更高标准的高温和恶劣条件。
钽聚合物超级电容器的研发与创新
在汽车解决方案中，YAGEO/KEMET致力于钽聚合物超级电容器的研发与创新，在介电研究、浸渍研究、聚合物配方、聚合物合成、聚合物涂层研究方面取得众多成果与专利。YAGEO/KEMET在电容器的生产过程中，均符合钽粉／钽丝加工标准，并拥有完全集成的钽供应链，是唯一垂直整合、多元化、无冲突的钽供应商，具有稳定的运营配置，支持产品的需求增长。YAGEO/KEMET推出众多满足汽车应用需求的汽车级、高可靠性产品，全球市场产量占比达到44%，是汽车、航空航天和国防解决方案的领导者。
由KEMET推出的钽聚合物电容器（KO-CAP®;系列）是采用导电聚合物阴极的固体电解电容，具有低等效串联电阻（ESR）和更佳的高频电容保持率，可最大限度地减少功率损耗和不必要的噪声。KO-CAP系列将多层陶瓷的低ESR、铝电解电容的高电容值，以及钽电容的体积效率完美结合，并采用单一表面贴装封装，与基于液体电解质的电容器不同，KO-CAP具有极长的使用寿命和高纹波电流承受能力，且能够承受汽车应用的高温。像是T599钽聚合物电容器可在高达150℃的温度下仍具有出色的特性，可提供超长的预期使用寿命
AEC-Q200汽车资格标准是用于汽车电路的被动电子元器件的全球标准，该标准有一套严格的应力测试，如果通过测试，将赋予元器件“合格”状态。KEMET的T59x系列钽聚合物电容器可轻松满足并超越这些要求。
AEC-Q200标准要求被动元器件在额定应力水平下测试，应有1000小时的工作寿命。KEMET的T599系列电容器在150℃下额定工作寿命则有2000小时，当适当降低电压和温度时，T599系列电容器还可以在适当条件下支持8000小时的高温任务状态，甚至130,000小时（15年）的超长任务状态，聚合物电容器的使用寿命和故障率方程可用于验证它们的任务状态。
适用于高强度和超长任务状态的钽聚合物电容器
KEMET T599钽聚合物电容器系列在100 kHz下的额定值，具有极低的最大串联电阻，从25 mΩ到150 mΩ，温度范围稳定，从-55℃到150℃，拥有超长预期寿命，适用于高强度和超长任务状态。
聚合物T599电容器提供延长寿命的汽车解决方案，KO-CAP®固态钽聚合物电容器为高温、关键可靠性要求和汽车环境所需的长寿命，提供了无与伦比的解决方案。具体而言，T599钽聚合物电容器在150℃下具有优异的特性，且在特定条件下的预期使用寿命可延长至130,000小时。该系列电容器的电容范围为33至150 µF，电压额定值为4至35 VDC，非常适合DC/DC转换器电路和其他汽车应用设计。
满足多种汽车应用需求的钽聚合物电容器
在汽车应用中，钽聚合物电容器可应用于传感系统，像是雷达／激光雷达传感，例如离手检测（HOD），还有车联网、智能座舱应用，均可以采用T597/T598（125℃）系列，在自动驾驶／识别应用中，可采用T598（125℃）系列，动力传动系统则可采用T599（150℃），底盘与安全领域则可采用T598（125℃）与T599（150℃）。
此外，KEMET的KO-CAP®聚合物SMD系列，针对汽车及恶劣环境还推出众多产品，像是T591/T597/T598/T599系列高湿高温聚合物电解电容，可在恶劣环境条件下可提供更高的电容值和ESR稳定性。经过设计改进和所选材料升级，这些电容器可在85℃/85% RH额定电压下提供500小时（T591）或1,000小时（T598、T599）的使用寿命，并完全符合AEC-Q200认证测试，最高工作温度分别可达125℃和150℃。这些电容器由获得ISO TS 16949认证的工厂生产，并接受生產零件核准程序（PPAP）／零件提交保证书（PSW），以及变更控制。
KEMET的KO-CAP®聚合物SMD系列具有超低ESR，完全符合AEC-Q200认证测试方案（T597 FD 125℃、T598 125℃、T599 150℃），T598/T599的扩展耐久性测试认证（VR < 16 V），125℃下最长可达2,000小时，可为国防和航空航天领域提供专用的H / T 终端和浪涌电流测试选项（T598），可达到或超过EIA标准535BAAC，符合EIA 481的卷带标准包装，以及无卤环氧树脂和符合RoHS 标准。
KO-CAP®聚合物SMD系列的典型应用，包括各种细分市场的去耦和滤波，尤其适用于汽车信息娱乐、ADAS、底盘和安全系统，以及动力总成等应用，这些应用需要应对高湿度和高温等恶劣条件。
以T598为例，它采用更小的元器件与紧凑的模块设计，坚固稳定的Ta2O5介电层可降低应用的功能风险，是低损耗元器件（个位数ESR、高纹波电流承受能力、更长的电容频率保持率），具有高效的DC/DC转换效率与更低的热阻，拥有稳定的电气特性，可随时间和温度变化而变化，支持15年以上的任务状态和稳定的性能。
结语
随着新世代汽车朝向电动化、智能化与高性能发展，车载电子系统对电源稳定性、耐久性与小型化的要求日益严苛，这也带来了电气架构设计上的多重挑战。钽聚合物电容器凭借其低等效串联电阻（ESR）、优异的纹波电流承受能力、长期可靠性与紧凑体积，能有效提升电源转换效率、降低功耗与热损，并确保系统在严苛环境下的稳定运行。未来，随着智能驾驶与新能源车的持续推进，YAGEO/KEMET推出的钽聚合物电容器将在车载电源模块、控制单元，以及高级驾驶辅助系统中扮演更加关键的角色，成为支撑新世代汽车创新的重要元器件解决方案。