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车用元件的新动向及产品

作者:白柴,毛烁时间:2019-08-12来源:电子产品世界收藏

  白 柴,毛 烁 (《电子产品世界》,北京,100036)

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201908/403603.htm

  摘 要:部分车用元件领军厂商及代理商介绍了车用元件的新动向及其新产品。

  关键词:

  1 村田不断为汽车行业供应可靠产品

  村田高度重视汽车市场的成长,积极布局,从提供零部件逐步涉及到提供模块产品,子系统等,不断为汽车行业供应更可靠、出色的产品。目前,村田的汽车产品主要分为动力传动系统、信息通信、车辆控制驾驶安全三大部分。村田在车载市场不仅关注汽车本身,还着眼于通过通信技术与汽车和交通基础设施进行协调的领域。此外,将颠覆汽车作为人与物移动方式的传统用途的应用程序和服务也纳入视野,站在移动交通市场的视野去摸索业务机会。

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  村田利用自身研发的技术和拥有的专门知识,凭借陶瓷元件的高可靠性、耐热性和抗振性,致力于信息通信设备市场的移动通信系统开发。车载信息服务实现了无线传输系统与汽车导航安全系统的结合,村田的信息通信技术也发挥积极作用,使得这类新系统流行起来。

  传感技术能够通过电子技术进行精确控制,这对于汽车安全系统必不可少。陶瓷能承受苛刻的工作条件,包括各类在内的村田电子元器件,凭借陶瓷元件的可靠性,带来愉悦的驾车体验和卓越的性能。村田先进的汽车用振动、超声波、加速度、陀螺仪传感器等产品被广泛地运用在汽车的安全性、事故防止、行车舒适等部分中, 并逐步应用于ADAS及自动驾驶技术。

  村田通过开发和供应利用陶瓷的紧凑性和耐热性特点的电子元器件,可帮助减少二氧化碳排放、节约能源。村田正在为扩大环境友好型汽车的市场份额提供帮助,例如电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)。

  2 针对非接触传感领域  Bourns提供完整解决方案

  Bourns拥有丰富的组件制造研发的经验,且 持 续 开 发 并 引 进 在IATF16949认证工厂生产的AEC-Q认证汽车部。Bourns的目标在于满足汽车电源转换和电路保护的需求。对于每一位客户而言,最为重要的是这些功能中的每一个部件都必须被可靠地供电、保护并连接到整个汽车系统中各自的接口上。

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  凭借客户服务和现场应用工程支持,Bourns与汽车各大系统设计人员紧密合作,替客户选用具有竞争力的产品,并且提供完善的产品设计layout(布局)支持。近年来,Bourns亦投入在汽车新能源(OBS/BMS)充电系统、电池管理系统及自动驾驶(ISO26262 FuSa)的L3/L4级别自动驾驶开发,为转向系统/制动系统/ADAS系统提供了一套完善的传感器解决方案。

  2.1 汽车传感器应用

  伯恩斯(Bourns)汽车部门生产从电路保护装置到转向角传感器的一系列产品,其主要的业务领域为乘用车和商用车位置感应。传感器的设计是根据每个目标市场的具体环境考虑而定制的。在非接触传感领域,Bourns则提供了一套完整的解决方案。包括基于霍尔效应(HE)、2轴HE和各向异性磁阻(AMR)技术。

  Bourns创新的技术传感器,无论是接触式还是非接触式,旨在使车辆的行驶更安全、更省油和更舒适。非接触式产品设计亮点包括提供自我诊断、带功能安全ISO26262及相关诊断及处理的完整信号模块,多功能传感器多圈数、大量程的信号位置能力。这已被普遍应用于可主动转向的电动助力转向系统(EPAS)。Bourns最大的优势在于能够提供电源转换和电路保护方面完整的解决方案,这也是目前业界少数供货商可以做到的。

  3 Littelfuse充分应对汽车电气化智能化挑战

  当前的汽车电子市场高速发展,未来的方向就是电气化和智能化,电气化是基础,智能化是在电气化基础上的补充,这两者相辅相成。尤以ADAS和新能源的发展相当快速,中国确立了以纯电动汽车为新能源汽车的主要发展方向。电动汽车主要以电池、电机、电控为主要功能的电气化发展方向,对高压保护器件和功率控制器件的需求愈发增多;在智能驾驶方面,无论传统汽车还是新能源汽车都在全面升级,传感、雷达、处理系统都带来更多电子元器件的需求。

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  Littelfuse是一家被动器件以及半导体器件供应商,在电动汽车的三电(电池、电机、电控系统)以及OBC(车载充电机)、DC/DC、PDU(电源分配单元)等应用上有完整的解决方案。

  例如在电路保护方面,对于电池管理系统保护,Littelfuse的AECQ兼容性保险丝以及车规级TVS具有很大的优势,在电池管理系统的均衡采样线上,会用到Littelfuse的保险丝和TVS来做过流保护和过压保护。目前来看,在BMS(电池管理系统)的均衡采样线加保险丝的方案已经得到了客户一致认可。

  对于在电池管理系统易于遭受耦合或传导而引起过电压应力的CAN通讯总线,Littelfuse的AQ24CANFD-02HTG和SM24CANA-02HTG是很好的ESD和抗浪涌保护器件,而且AQ24CANFD-02HTG和SM24CANA-02HTG已经通过了全球最大汽车OEM(车厂)的认可。

  Littelfuse还有规格齐全的TVS,包括抛负载SLD8S系列,可以用于BMS系统电源线上的保护。

  除了电池管理系统,Littelfuse在OBC上也能提供一整套方案,OBC输入/输出端会用到Littelfuse的保险丝,Littelfuse也能提供防8/20浪涌和高压绝缘测试的MOV和GDT或者SIDACtor。

  在功率控制方面,车载充电机的PFC和DC/DC电路侧,Littelfuse目前可以提供1 200 V和1 700 V的SiCMOSFET以及1 200 V和650 V的SiC 二极管,后续会推出更多电压电流规格以及独特封装的SiC产品。另外Littelfuse于2018年收购了IXYS公司,IXYS公司拥有技术优势非常明显的高压器件开发能力,这也正好和汽车电子的电气化趋势相符,有了IXYS的技术力量,Littelfuse就可以切入技术门槛较高的高压MOSFET、高压SCR器件、高压二极管、驱动器、SSR等领域。

  在传感领域,Littelfuse也通过收购和整合的策略,形成了一整套针对汽车市场的全套磁性传感和温度传感的产品线,占有了一定的市场份额。

  4 TDK围绕48 V和驾驶座舱的被动元件

  4.1 满足48 V需求的首款轴向混合电容

  随着全球范围内越来越严格的二氧化碳排放要求,整个汽车工业都在采用各种新技术去满足更低的能耗要求。60 V是安全电压,相比高压混动系统而言,48V系统成本更低,却可以达到高压混动系统(电池电压>100 V)的大部分节能效果。48 V轻混系统是高压轻混系统成本的30%,而节能效果却能达到高压轻混系统的70%。48 V作为未来汽车主流技术之一,它的市场前景巨大。预计到2030年,在中国采用48 V系统的车型将会在每年几百万辆。针对这些应用,TDK开发了一系列传统和混合聚合物铝电解,这些具有紧凑的设计、高电容和纹波电流密度、低ESR(等效串联电阻)。

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  随着48V系统及5G时代的到来,现代汽车越来越电子化,电子设备集成度越来越高。由于体积的限制,现代汽车对电子设备的功率密度、小型化要求越来越高。对于铝电解电容来讲,提高产品的容值密度和纹波电流密度显得尤为重要。

  TDK一直紧随行业发展。并在2019年正式推出了全球首款轴向聚合物混合铝电解电容器(简称:轴向混合电容)B40600/700系列(如图1)。该系列是目前铝电解电容器中ESR最低、热阻最低、纹波电流密度最高的产品。电压范围从25 V到63 V,容值从390 µF到2200 µF。尺寸(DxH)为14 mm×25 mm到16 mm×30mm,并且电容器温度等级为150℃。此款电容是48 V系统大功率电机驱动器DC Link位置体积最小、性价比最高的电容器解决方案,目前已经量产。

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  4.2 12V与48V转换需要紧凑型功率电感

  车载48V技术具有一些独到的优势:有助于降低整体油耗,减少环境危害,甚至能提高发动机的性能。尽管48 V系统的装配率越来越高,但48 V系统并不是完全替代现有的12 V架构。相反,这种方法不仅让我们能对12 V系统进行拓展,以处理功率更高的负载,同时还能通过升降式转换器装置将48 V系统耦合到这些系统中间。主要改进在于将发电机的电平设置为48 V等级,从而实现更高的功率输出和能效等级。两种电压等级通过一个双向降压式转换器装置进行连接。TDK所研发的紧凑型功率电感具有48 V系统所需的高电流能力。

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  双向降压式转换器装置的核心元件是一个强大的降压式转换器,而TDK为该转换器提供关键的无源元件――功率

  TDK研发出两种新的爱普科斯功率系列,作为转换器储能和平滑扼流圈。表面贴装 (SMD) 型ERU27系列电感器具有高通流能力,且封装紧凑,面积仅为30 mm×27.8 mm(如图2)。其插入高度为15.5 mm或20.3 mm。这种紧凑型设计采用了具有高填充系数的扁平绕组予以实现。电感器具有六种不同型号,电感范围涵盖3.5 µH到15 µH的范围,饱和电流介于19 A与49 A之间。为了提高元件在PCB上的机械稳定性,除两个绕组焊盘外,该产品还增加了第三个焊盘。

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  除了此SMD(表面贴装器件)产品外,还有带PTH端子的爱普科斯ERU 33系列产品可供选择,适用于额定电感值为3.2 µH至10 µH。

  4.3 用于汽车三电的电容器和的压电陶瓷产品

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  •新型电容器:助力新能源车三电的高频化、小型化自新能源汽车起步开始,TDK就一直非常关注新能源车三电(OBC、DC/DC、逆变器)的高频化、小型化趋势。体积和重量减小的市场趋势,必然会推动 SiC的大规模使用。

  在高频化趋势之下,如何最大可能地减小开关损耗问题会变得非常突出。同时,高频输出滤波后的EMI表现不仅涉及到产品性能,还有总成本的增加。这在整个新能源汽车行业补贴减退的大形势下,亟需找到新器件方案的支持。TDK的CeraLink直流链路电容器是专为使用新型宽带隙半导体及其高开关频率而设计的。

  对于三电高频化的直流支撑、吸收和输出滤波应用,TDK的新材料器件——CeraLink压电类陶瓷PLZT高压电容(如图3)——具有超低电感、低电阻、体积大、幅减少,且适应高温恶劣环境。随着SiC开关器件的成本降低,人们已经开始看到强劲的市场需求。Ceralink陶瓷电容占板面积只有薄膜电容的10%,可以耐受150℃常态高温,给SiC和Ceralink的集成提供了可能。

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  •用于大屏的压电执行器

  从2018年以来,国内几家领军车厂对于驾驶座舱的触控系统给予了越来越高的关注和需求。新概念驾驶的控制大屏化、无按键设计也客观上要求触觉反馈应运而生。并且,针对方向盘、车窗控制部分、空调控制部分的分区触控屏化,非常多的技术设计已经在酝酿、呼之欲出。对于所有这些极具潜力的应用,TDK开发了用于触觉反馈、小型化且功能强大的压电执行器产品阵容。

  PowerHap是TDK基于压电陶瓷的产品。相比传统的马达和LRA(线性谐振传动器)方案,PowerHap提供了大屏驱动。例如50G的产品系列,尺寸仅为60mm×5 mm,却可以驱动1 kg的屏幕,达到5G的加速度。除此之外,小于1 ms 响应速度和完全开放的波形信号定制,给全新的反馈体验设计扩展出非常大的想象空间。这使PowerHap不仅用于车载,还会用于Gaming游戏、手机、平板的原因所在。

  5 稳定的元件和功率器件供货至关重要

  5.1 趋势一:汽车电子元件受到重视

  无论当前国际市场形势如何变幻,我们都看到一个发展趋势:车辆中电子元件的价值百分比正在增长(如图4)。这与电动交通的兴起、先进驾驶辅助系统(ADAS)的引入,以及客户对新型便利功能的需求有关。随着电子元件在汽车生产中的重要性日益增加,汽车行业将会越来越多地暴露在电子元件供货的典型波动状况之下,最差的情形是元件配额和停产。有鉴于此,儒卓力正在增强物流能力,例如在新加坡新建了一个仓库,其物流管理系统和运营水平均符合德国标准。儒卓力通过成立新加坡子公司来优化产品供应和分销,特别服务亚洲地区客户。这意味着可为当地客户群提供更好的物流支持。

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此外,为了确保能够向客户供货,儒卓力寻求与主要制造商进行密切合作。例如,儒卓力正与长期合作伙伴国巨合作,确保长期大量供应MLCC产品,从而满足广泛的市场需求。而且,儒卓力已经为此建立了相应的库存产品系列。

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  5.2 趋势二:用于电动交通的充电基础设施

  为了提高公众对电动汽车的接受度,并且配合各种电动车 (xEV) 的普及,业界需要为不断增加的电池供电车辆提供必需的充电基础设施。每台交付的新电池电动车 (BEV) 中都将包含带有集成控制和保护装置的充电电缆。在企业愿景中,Mode3 AC挂墙式充电工具的发展速度将有如20世纪90年代电动车库门开启器同样迅猛。由于带有电动门的车库已经连接到电网,因而已经满足了在车库中配置AC挂墙式充电工具需要额外电源线的前提条件。

  用于大功率充电的直流快速充电站(符合Mode4规范)基本上是高性能开关模式电源,具有高价值功率电子器件的真实聚合,需要功率晶体管、功率二极管、功率电感器和高性能电容器。该应用包含了人机界面(HMI),如显示器、工业PC和存储,再加上安全无线连接装置,完全契合儒卓力的Rutronik Power和RutronikEmbedded这两大垂直细分市场解决方案系列。

  参考文献

  [1] 王莹,王金旺.元器件厂商谈汽车电子的新动向.电子产品世界,2018(8):8-13.

  [2] 王莹,王金旺.汽车电子三大热门方向的技术发展.电子产品世界,2017(8):7-15.

  [3] Yamaji M.汽车电子设备与半导体市场预测假设.电子产品世界,2018(8):5-7.

  本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第8期第19页,欢迎您写论文时引用,并注明出处



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