车规无源器件满足新型汽车电子工程架构应用需求

随着汽车产业迈向电动化、智能化与网联化,新型汽车电子工程架构正快速从传统分布式ECU转向域控制、区域架构(Zone Architecture)及中央计算平台。系统整合度的提升、处理器计算性能的大幅增加,以及高速传感器与通信接口的导入,使车内电源质量、信号稳定性与环境耐受性面临前所未有的挑战。为确保整车电子系统在高温、高振动及强电磁干扰环境下依然能保持精准运作,车规无源器件(包括聚合物电容、多层陶瓷电容器、车载高速连接器等),正扮演不可或缺的基石角色。本文将为您简介这些无源器件在汽车电子中所扮演的角色,以及有YAGEO集团(包括KEMET、Pulse)的相关产品特性。

汽车电子工程架构演进迎来新型态应用需求

汽车电子迎来了快速增长,复合年增长率约可达8.0%,预计在2025年市场规模将达到3150亿美元,其中ADAS复合年增长率11.8%,预计2025年市场规模将达到210亿美元,ADAS激光雷达(LiDAR)市场在车辆自动化的推动下实现了显着增长,预计从2021年的2.3亿美元增长到2025年的50亿美元。

汽车电子工程架构演进将从每项功能对应于独立的ECU的模块化,朝向ECU集成合并,软硬件功能集成到少量ECU实现的整合式,再到面向DCU的集中化、基础控制单元标准化的集中式发展,逐渐演进到DCU融合,以及将所有DCU功能融合到一台中心化的车载计算器,最新趋势则是将嵌入式功能转移到云端,实现汽车云计算发展。

在上述的发展趋势中,聚合物电容器、多层陶瓷电容与通信连接器,各自在汽车应用中扮演重要的角色。聚合物电容器因具备低等效串联电阻(ESR)、高纹波电流能力、优异的温度与寿命特性,在车用电源管理与高负载环境中扮演关键组件。聚合物电容器可用于电源滤波与去耦、高电流负载缓冲、提升系统可靠度、EV/HEV高电压系统支持。

多层陶瓷电容(MLCC)因体积小、频率响应快、可靠度高,是车用电子中使用最大的无源器件,主要应用于高速去耦与旁路、电源滤波与噪声抑制(EMI/EMC)、ADAS、电动汽车功率控制,并须具备耐高温、高可靠度,符合AEC-Q200,能承受高温、振动及长期运作。

通信连接器则随着车辆电子架构往域控制/区域架构(Zone Architecture)进化,通信连接器确保高速数据、电力与安全信号在车内可靠传输,主要可应用于数据高速传输通道、关键控制系统连接、电力与混合信号传输、耐环境、抗振动与EMI等应用需求。

Modern car illustration highlighting key systems: powertrain, electrification, ADAS, infotainment, safety, and body electronics.

拥有多种技术优势的车规聚合物钽电容器

YAGEO集团提供符合行业标准(例如AEC-Q200和VW AUDI 80808)的汽车级零部件,这些零部件采用更安全的故障机制设计。YAGEO的零部件已通过道路和实验室验证,拥有卓越的可靠性记录,YAGEO的汽车级产品经验证可在-55℃至165℃的严苛温度范围内正常工作,并获得汽车应用认证,例如动力总成、车载电子设备和充电系统。YAGEO提供种类丰富的AEC-Q200认证汽车应用元器件,这些汽车级元器件可进行生产件批准流程(PPAP),并提供多种定制解决方案,满足严苛的汽车应用要求。

YAGEO的车规聚合物钽电容产品涵盖T59x聚合物系列(T591、T597、T598、T599),支持电容范围(µF, RT, 120Hz)从1.5 – 680µF,电压范围(Vdc)从2.5 – 75V,运作最大值温度从105 -150℃,最低ESR(mΩ, RT, 100kHz)为6mΩ,最大允许纹波电流((rms) A, +45℃, 100 kHz)可达8.7A。此外,YAGEO还有MnO2汽车产品系列(T49x-T510、T498、T499),支持电容范围(µF, RT, 120Hz)从0.1 – 1000µF,电压范围(Vdc)从4 – 50V,运作最大值温度可达175℃,最低ESR(mΩ, RT, 100kHz)为175mΩ,最大允许纹波电流((rms) A, +45℃, 100 kHz)可达3.9A。

YAGEO的汽车级聚合物电容器可应用于汽车的连接性功能,如T598(125℃),或用于传感功能,如T597/T598(125℃),以及认知功能(T598),还有用于底盘与安全功能的T598(125℃)与T599(150℃),在驾驶舱显示功能中,则可使用T597/T598(125℃),在电源的电池模块中,则可使用T598与T599系列的产品线。

YAGEO的聚合物电容器拥有多种技术优势,具备高体积效率,可节省电路板空间,拥有高能量密度(47µF, 35V),采用固态技术,拥有长寿命和电容稳定性,电容在时间变化、直流电压、温度、频率上的变化,都有更佳的表现,在安全性方面,支持良性失效模式,在压电效应上不会产生噪声,在机械结构上,拥有坚固的电路板柔性结构,在航空航天应用可无高度限制,在降额表现上也比MnO2产品更佳,在DC/DC转换的纹波降低表现也更好,可减少元器件数量、节省电路板空间、更低的电压纹波。

YAGEO的聚合物电容器拥有卓越的高温稳定性,通过150℃存储寿命验证,在125℃下可达5000小时(型号:T598D477M004ATE025),具有卓越的电容损耗/ESR老化性能,以KEMET T598/T599系列为例,其采用小型化和100%固态技术,拥有更长的使用寿命和稳定的电容值,在持续10000小时运行下,只有-10%至-20%的电容下降,在持续2000至4000小时运行时,则只有-20%至-30%的电容下降。YAGEO的聚合物电容器并具有更佳的故障模型与可靠性,在生产线中的随机故障模型中,随机故障的FR值达到0.1~10ppm等级。YAGEO的聚合物电容器也拥有绝佳的浪涌电流能力,所有常规可靠性测试均在稳态直流电压下进行。

EV charger schematic showing EMI filter, PFC, AC-DC and DC-DC converters, snubber, decoupling capacitors, and safety components.

可用于充电站应用的高压多层陶瓷电容器

便捷的充电站是电动汽车普及的重要因素,电动汽车充电桩可细分成一级的小型家用充电桩交流电<>

电动汽车充电器关键部件可分成EMI滤波器、PFC(功率因数校正),以及AC-DC、DC-DC转换器,还有滤波器。在EMI滤波器需使用安全电容,PFC与转换器中须使用缓冲电路高压NPO型去耦电容,以及1210 47pF 1KV去耦电容,滤波器中则需要使用1210 47pF 2KV去耦电容。此外,在中央系统单元(CSU)中的通信模块中需要使用高频电容,如16V ~ 500V的NPO型去耦电容、0.1pF ~ 100pF的01005 ~ 0805电容。在功率控制器、微处理器、显示屏中则可使用通用型的4V ~ 250V NPO、X7R电容、0.2pF ~ 47µF的0201 ~ 2220电容。

YAGEO推出多款高压NPO MLCC,可应用于商用高压与汽车高压,汽车高压产品线涵盖0805 ~ 1210、500V ~ 2KV、10pF ~ 33nF等产品规格,有多种尺寸可选、高容量可选,并可根据客户特殊规格定制。以支持500V ~ 3kV可选规格为例,包括NPO和X7R介电常数,0805 ~ 2220封装尺寸(英寸),电容范围为0.2pF ~ 220nF,包含CC通用级与AC汽车级,拥有最全面的高压产品组合。

YAGEO高压NPO具有击穿电压提升的特性,可增强对电压浪涌和瞬态尖峰的保护,可为高压应用提供更高的安全裕度,降低故障风险,确保产品使用寿命。此外,并具有更低的温升,可提供卓越的散热管理,最大限度降低过热风险,可延长元器件寿命,在高负载运行时效率更高。如此一来,可拥有更高的可靠性,内部电极连续性从85%提升至93%,其可靠性更高,在压力下更可靠,可提供稳定的性能和更强的抗冲击性,在严苛环境下也能表现出卓越的可靠性。

YAGEO还推出通过UL/TUV认证的安全电容,支持浪涌保护、高频EMI滤波,提供SC通用端接和ST软端接两种类型,封装尺寸包括1808、2211、2220,NPO和X7R介电常数,X1/Y2、X2的额定电压为250 VAC,可耐压1,500 VAC,冲击电压为5,000V (X1/Y2)、2,500V (X2),电容范围为100pF ~ 5.6nF,生产周期为90天。

Pulse BM6154NL transformer with top view and detailed technical drawings showing dimensions and pin layout.

满足电动汽车充电站应用通信需求的连接器

在电动汽车充电站应用中,YAGEO针对有线通信部分,可提供CAN网络使用的共模扼流圈(CMC),可支持CAN class I、CAN class II、CAN-FD class I的速度,电感范围涵盖11 ~ 100 µH,采用1812或1210封装,可在-40至125℃的温度范围下运作。

此外,YAGEO/Pulse还有可用于电动汽车充电站的以太网连接器,像是JXD2系列,采用1x1结构,上方插入,可支持10/100到1 Gb的速度,可采用电压/电流IC驱动,具有G/Y、GY/GY、GO/Y(可客制)的LED,没有EMI弹簧,采用波焊/回流焊工艺。另有JXD7-06系列,采用1x1结构,侧方插入,支持PoE、无卤素,可支持10/100到2.5 Gb的速度,可采用电压/电流IC驱动,具有G/Y、GY/GY、GO/Y(可客制)的LED,具有EMI弹簧选项,采用波焊/回流焊工艺。

此外,YAGEO还有可用于电动汽车充电站的RJ45连接器(E5J88、E6588系列),具有小尺寸,可增加PCB的可用面积,采用1x1设计可用于100/1000以太网或RS232/485,双色LED可用于指示运作模式,坚固设计可在-40至+85℃的温度范围运作。

YAGEO/Pulse还推出了可用于汽车充电站应用的脉冲变压器──BM6154NL,可在-40至125℃的温度范围运作,转换比例为1:1:1,可根据电路图来确定极性,直流电阻(DCR)为1-3=2-4=5-8=最大60mΩ,电感(OCL)在100kHz, 10mV时最小为8 µH,介电耐压1-4至5-8(短路引脚2至3)在60秒时最小为3000 VAC,绝缘电阻在100 VDC时最小为1mΩ,插入损失(1-3) – (2-4)至8-5时最大为2.25 dB (1.5MHz-30MHz)。

结语

面对新型汽车电子工程架构所带来的高速计算、高功率密度与高度整合挑战,车规无源器件的重要性已从配角走向系统可靠性的关键使能者。无论是支撑域控制与中央计算平台的稳定电源、保障ADAS与高速通信链路的信号完整度,或提升电动汽车高压系统的安全与耐久,电容、滤波器与车载专用连接器等皆成为确保车辆电子功能运作不可或缺的基础。由YAGEO推出的相关无源器件具备更高可靠度、更低损耗、更小尺寸与更强的环境适应性,将可协助您在下一阶段的汽车技术竞争中取得关键优势,并推动新世代智能汽车实现更安全、更高效与更稳定的系统表现。

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