一起來(lái)圍觀！這些正在被汽車電氣化重塑的車載元器件

在過(guò)去幾年間，全球電動(dòng)汽車（EV）一直保持著強(qiáng)勁增長(zhǎng)。根據(jù)Energy Innovation的預(yù)測(cè)，到2050年，全球輕型汽車銷售量中電動(dòng)汽車的占比將達(dá)到65%至75%，并在未來(lái)出行中確立主導(dǎo)地位。

不過(guò)，如果你認(rèn)為今天發(fā)生在汽車領(lǐng)域的改變僅僅是“用電池代替油箱”，那就過(guò)于簡(jiǎn)單了，與之伴生的實(shí)際上是一場(chǎng)以電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化（所謂“新四化”）為目標(biāo)的全方位變革，涉及能源、安全、舒適性、智能化等諸多方面，很多變革都是顛覆性的。

汽車電氣化新生態(tài)

這種變革也正在重塑整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)，這當(dāng)然也包括作為汽車電子基礎(chǔ)的電子元器件。具體來(lái)講，汽車電氣化對(duì)于電子元器件的重塑作用，體現(xiàn)在以下六個(gè)方面。

#1

更大的電能需求

汽車電子化有兩個(gè)明顯的特征：一是車輛的主動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)存在高壓電池中的電能；二是車載的電子設(shè)備越來(lái)越多，這就使得整車對(duì)于總電能的需求大大增加。

有分析顯示，與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，電動(dòng)汽車需要100kW以上的電源，與前者相比提高了20倍！

這種變化意味著汽車電氣化所需的元器件也會(huì)向著更高的功率、更高的耐壓等趨勢(shì)發(fā)展，以適應(yīng)耗電量更大的電動(dòng)汽車的需求。

更高的效率

與更大電能需求相伴生的，是對(duì)于更高效率的追求。在高開(kāi)關(guān)頻率下實(shí)現(xiàn)更高效的電源轉(zhuǎn)換，盡可能減少電能損耗，這不僅有利于實(shí)現(xiàn)更高的續(xù)航能力，也有助于降低器件和系統(tǒng)的熱應(yīng)力，提升可靠性并延長(zhǎng)使用壽命。因此，在效率方面表現(xiàn)出眾的元器件，肯定會(huì)更受電動(dòng)汽車的青睞。

#2

#3

更智能的控制

為了實(shí)現(xiàn)更高的續(xù)航能力，為用戶提供與內(nèi)燃機(jī)汽車相似的駕乘體驗(yàn)，電動(dòng)汽車除了在電池技術(shù)上持續(xù)創(chuàng)新，以及追求更高效電源管理效率外，智能化的控制也是必不可少的環(huán)節(jié)之一。其中具有代表性的就是BMS電池管理系統(tǒng)，它可以及時(shí)精確地監(jiān)測(cè)電池電壓、溫度、健康狀態(tài)等參數(shù)，并反饋給主控單元，以形成優(yōu)化控制策略，挖掘動(dòng)力電池的“潛能”，延長(zhǎng)其使用壽命。在BMS系統(tǒng)的構(gòu)建中，無(wú)疑需要諸多新型電子元器件的賦能。

更大的EMC設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

汽車電氣化也會(huì)帶來(lái)新的EMC電磁兼容設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。比如采用開(kāi)關(guān)頻率更高的功率半導(dǎo)體器件，其高電壓和高電流產(chǎn)生的干擾也會(huì)更多、更強(qiáng)。因此，車用電子元器件必須滿足嚴(yán)苛的EMS（電磁抗擾度）和EMI（電磁干擾）測(cè)試要求，以確保整個(gè)系統(tǒng)符合相關(guān)的EMC設(shè)計(jì)規(guī)范。

#4

#5

更高的安全性

由于采用了高壓電池，因此電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)需要有更多安全性方面的考量。比如在高壓和低壓域之間要提供可靠的隔離，以避免人員或電路受到安全威脅。針對(duì)電子元器件，爬電距離也是一個(gè)關(guān)乎安全的關(guān)鍵參數(shù)，足夠的爬電距離可有效防止器件間或器件和地之間打火，避免威脅到人身安全，而在滿足UL、CSA和VDE等爬電距離安全標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，如何能夠?qū)崿F(xiàn)元器件的小型化設(shè)計(jì)，也是一個(gè)十分考驗(yàn)元器件廠商的課題。

更綜合的可靠性

汽車應(yīng)用環(huán)境的特殊性，決定了其對(duì)電子元器件的可靠性也會(huì)有更全面的要求。因此，穩(wěn)定的電氣性能、穩(wěn)固的機(jī)械結(jié)構(gòu)、全天候的環(huán)境耐受能力，這些也都是汽車電氣化時(shí)代電子車用元器件身上必須具備的特質(zhì)。

#6

電子元器件的重塑之路

綜上所述，汽車的電氣化就像是開(kāi)啟了一個(gè)全新的生態(tài)系統(tǒng)，而電子元器件想要在這個(gè)新的生態(tài)環(huán)境中落地、生根和發(fā)展，就必須進(jìn)行適應(yīng)性的優(yōu)化。

這種優(yōu)化通?？梢詮膬蓚€(gè)維度展開(kāi)：

• 第一：圍繞行業(yè)需求的變化，打造符合車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，并藉此逐漸形成一套嚴(yán)格的汽車級(jí)元器件產(chǎn)品的質(zhì)量體系。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展自己的汽車級(jí)產(chǎn)品組合，滿足多樣化的應(yīng)用需求。

• 第二：通過(guò)新產(chǎn)品、新工藝，持續(xù)提升汽車級(jí)產(chǎn)品的性能和競(jìng)爭(zhēng)力，不斷滿足更高的設(shè)計(jì)要求。

在沿著這樣的技術(shù)路徑打造汽車電氣化所需的元器件方面，Bourns是一個(gè)很好的范例。憑借其在設(shè)計(jì)、制造和供應(yīng)高可靠性車規(guī)元器件方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，Bourns可以為電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供非常全面的元器件解決方案。

圖1：Bourns的汽車級(jí)元器件解決方案

（圖源：Bourns）

以磁性元器件為例，Bourns可以提供豐富的車規(guī)級(jí)磁性元器件產(chǎn)品，包括高爬電距離和電氣間隙隔離變壓器、BMS信號(hào)變壓器、Chip LAN變壓器、功率電感、大電流共模扼流圈等。這些產(chǎn)品都是在IATF 16949和ISO 14000認(rèn)證的工廠中生產(chǎn)，并通過(guò)了AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，可滿足當(dāng)今和未來(lái)汽車電氣化發(fā)展的要求。

與此同時(shí)，Bourns也在通過(guò)設(shè)計(jì)、工藝、材料等方面的持續(xù)創(chuàng)新，不斷強(qiáng)化汽車電子化所需的性能優(yōu)勢(shì)，這些性能優(yōu)勢(shì)包括：

• 小型化：在確保性能的同時(shí)，“壓縮”元器件尺寸，以適應(yīng)空間受限的汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)要求。

• 低EMI噪聲：在降低EMI噪聲的同時(shí)保持高效率，典型的例子就是Bourns的功率電感器。

• 熱管理：提供更佳的溫度穩(wěn)定性，同時(shí)通過(guò)提升效率減小熱應(yīng)力的影響，以利于整個(gè)系統(tǒng)的熱管理優(yōu)化。

• 高穩(wěn)健性和可靠性：有助于更大限度地延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命，為整車可靠長(zhǎng)效運(yùn)行提供保障。

• 高效率：借助采用先進(jìn)的材料和結(jié)構(gòu)，如先進(jìn)的金屬合金粉芯、模壓工藝技術(shù)、扁平繞組、自引線端子等，實(shí)現(xiàn)超低DC電阻，進(jìn)而提供更高的效率。

值得一提的是，上述這些產(chǎn)品的優(yōu)化舉措，也已經(jīng)沉淀為Bourns的技術(shù)“基因”，在越來(lái)越多汽車級(jí)產(chǎn)品的“重塑”中發(fā)揮著決定性作用。

Bourns車規(guī)級(jí)元器件

下面我們就從幾款Bourns的車規(guī)級(jí)元器件身上，體驗(yàn)一下汽車電氣化趨勢(shì)下，電子元器件將被重塑成什么樣子。

1

SRP2512TMA屏蔽型功率電感器

功率電感是指可以通過(guò)大電流的電感，在大功率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中有廣泛應(yīng)用。Bourns針對(duì)汽車電氣化的需求，開(kāi)發(fā)出了一系列符合AEC-Q200車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的功率電感產(chǎn)品，SRP2512TMA屏蔽型功率電感器就是其中的代表作。

顧名思義，SRP2512TMA采用了磁屏蔽結(jié)構(gòu)，因此可以實(shí)現(xiàn)低輻射，從而有效應(yīng)對(duì)EMI挑戰(zhàn)。其次，與使用傳統(tǒng)繞線構(gòu)造的相似尺寸的其他電感器相比，Bourns的這種新型電感器采用了扁平導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，有助于降低DCR電阻，實(shí)現(xiàn)更高的效率。再有，該電感器采用金屬合金粉末磁芯，可實(shí)現(xiàn)大飽和電流，這一特性在大電流、高功率應(yīng)用中非常關(guān)鍵。此外，SRP2512TMA功率電感器采用高溫分級(jí)材料制成，具有更出色的溫度穩(wěn)定性，支持高達(dá)150°C的工作溫度，可以滿足汽車復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的要求。

總之，SRP2512TMA屏蔽型功率電感器具有低輻射、高飽和電流、高溫升以及低DC電阻等特性，可以很好地滿足汽車電氣化中EMI濾波、DC-DC轉(zhuǎn)換器和電源應(yīng)用所需的高性能、高可靠性設(shè)計(jì)要求。

圖2：SRP2512TMA屏蔽型功率電感器

（圖源：Bourns）

2

HCTSM8系列電源變壓器

在汽車電氣化的架構(gòu)中，很多地方都需要用到隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器，它既能實(shí)現(xiàn)高效的電壓轉(zhuǎn)換，也能夠通過(guò)電氣隔離降低觸電風(fēng)險(xiǎn)，避免由于不同電位電平而導(dǎo)致的接地環(huán)路，并防止從輸入到輸出的電壓瞬變。

在隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中，推挽式是一種常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。與其他類型的DC-DC轉(zhuǎn)換器相比，推挽式轉(zhuǎn)換器可提供更穩(wěn)定的輸入電流，更少的輸入線路噪聲，以及在高功率應(yīng)用中更高的效率，因此在汽車電氣化中扮演著重要的的角色。

Bourns的HCTSM8系列電源變壓器就是專為車規(guī)級(jí)推挽式DC-DC轉(zhuǎn)換器而打造的解決方案。該系列變壓器符合AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)，采用鐵氧體環(huán)形磁芯，提供高耦合系數(shù)和高效率；可承受高達(dá)7.5kV的電壓；隔離工作電壓高達(dá)800VAC；提供更高的匝數(shù)比；具有出色的熱降額性能——這些特性與競(jìng)品相比均有顯著的優(yōu)勢(shì)。

圖3：HCTSM8系列電源變壓器

（圖源：Bourns）

特別值得一提的是，HCTSM8系列電源變壓器采用了創(chuàng)新的爬電距離路徑設(shè)計(jì)，為電流傳輸提供了細(xì)長(zhǎng)的曲折路徑，因此在緊湊的封裝尺寸中巧妙地增加了電流路徑的長(zhǎng)度，獲得了8mm的爬電距離。

圖4：HCTSM8系列變壓器創(chuàng)新的爬電距離路徑設(shè)計(jì)（圖源：Bourns）

加強(qiáng)的隔離設(shè)計(jì)、更長(zhǎng)的爬電距離，以及緊湊的封裝外形，HCTSM8系列電源變壓器的這些優(yōu)勢(shì)特性為高效且安全的DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)帶來(lái)的好處顯而易見(jiàn)，而且其價(jià)值已經(jīng)在Texas Instruments等芯片廠商的參考設(shè)計(jì)中得到驗(yàn)證。

3

BMS信號(hào)變壓器

SM91501AL和SM91502AL

Bourns推出的SM91501AL和SM91502AL BMS信號(hào)變壓器為BMS應(yīng)用中的隔離通信提供了理想的保護(hù)解決方案。SM91501AL和SM91502AL BMS變壓器支持串行菊花鏈/IsoSPI，工作電壓分別為1,600V和1,000V。它們?cè)?40℃至+125℃工作溫度范圍內(nèi)具有150μH和450μH的電感值，支持4,300V_DC耐壓隔離電壓。此外，該系列變壓器繞組使用通過(guò)介電強(qiáng)度（Hi-POT）測(cè)試的全絕緣線，進(jìn)一步增強(qiáng)了過(guò)電壓瞬變的電氣絕緣保護(hù)能力，可滿足更高電壓的BMS設(shè)計(jì)要求。

圖5：SM91501AL和SM91502AL BMS信號(hào)傳感器（圖源：Bourns）

4

AEC-Q200過(guò)溫保護(hù)小型斷路器

鋰離子電池憑借其綜合優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用版圖極為廣闊，但在實(shí)際應(yīng)用中鋰離子電池的安全性一直是個(gè)無(wú)法回避的挑戰(zhàn)。Bourns的小型斷路器作為一種可復(fù)位的熱切斷（TCO）元件，通過(guò)結(jié)合PTC和雙金屬開(kāi)關(guān)兩種電路保護(hù)技術(shù)，可提供準(zhǔn)確、可重復(fù)、更可靠的過(guò)流和過(guò)熱保護(hù)，是確保鋰離子安全工作的理想解決方案。

圖6：小型斷路器工作原理

（圖源：Bourns）

針對(duì)汽車電氣化領(lǐng)域的鋰離子電池保護(hù)，Bourns新近推出了通過(guò)AEC-Q200測(cè)試的AD系列（軸向引線/焊接）和SD系列（表面貼裝型）過(guò)溫保護(hù)小型斷路器，它們具備55°C至150°C的寬跳閘溫度范圍±5°C的高跳閘精度、高達(dá)4mΩ的極低阻值，支持高達(dá)10,000次循環(huán)使用次數(shù)，并可提供非自動(dòng)復(fù)位（自保持）或自動(dòng)復(fù)位（非自保持）功能選項(xiàng)，十分適合作為汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)中的可復(fù)位過(guò)溫保護(hù)器或傳感器。

圖7：AD和SD系列小型斷路器

（圖源：Bourns）

這些新產(chǎn)品也是Bourns將在微型過(guò)溫保護(hù)領(lǐng)域超過(guò)30年的經(jīng)驗(yàn)向汽車電氣化領(lǐng)域延伸的一次積極探索，使得開(kāi)發(fā)者不必再使用體積龐大的解決方案或僅能單次使用的熔斷保險(xiǎn)絲，從而靈活地?cái)U(kuò)展過(guò)溫保護(hù)的應(yīng)用場(chǎng)景，為汽車電氣化的安全性提供更全面的保障。

本文小結(jié)

對(duì)于汽車行業(yè)來(lái)講，汽車電氣化是一場(chǎng)“百年未有之大變局”。在這個(gè)過(guò)程中，游戲規(guī)則被重新定義，因此參與游戲的“玩家”——比如電子元器件——也需要進(jìn)化出諸多新特性，以便與這場(chǎng)大變革“深度融合”，在新市場(chǎng)中開(kāi)辟出新的發(fā)展空間。

汽車電氣化對(duì)于電子元器件的重塑正在發(fā)生，并將繼續(xù)成為未來(lái)電動(dòng)汽車發(fā)展中的一個(gè)主旋律。

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