汽車已經從由人駕駛的時代向輔助駕駛、自動駕駛轉變,使用的電子元件的數量也在進一步增多。
一個元件發生故障,就意味著汽車會喪失本來應有的功能,對元件可靠性的要求正在進一步提高。TDK提出了面向車載可降低故障風險的高可靠性高頻率功率電感器方案。
市場需求要求汽車往安全性和節能性發展。安全性是通過機械的自動化、ECU的冗余性、功能分擔來實現的。另外,由于xEV的普及,增加了對xEV使用環境的需求。因此ECU的使用數量有增加,電子元件需求也隨之增長,對于提高元件的可靠性,小型、高性能化的要求越來越多。
圖1汽車電子的動向
伴隨著xEV、自動駕駛的普及,車載元件的可靠性要求逐步發生變化。
汽車從ICE(內燃機)變為了BEV(電機),其內部發熱源(內燃機)逐步被替代,內部工作環境溫度也隨之降低,另一方面,伴隨著自動駕駛的普及,汽車的使用時間可能會延長。根據功能不同,元件要求的工作環境溫度也有所差異,預計可靠性的要求時間會提高到3000小時。
另外,為了穩定電池的電壓,ECU必須搭載DC-DC轉換器,并且因為EMI噪音問題,開關頻率逐漸上升到1.8-2.2MHz來避開AM頻段。
圖2車載元件工作環境的變化
圖3中,橫軸為感值,縱軸為電流,TDK繪制了具有代表性的ECU圖。大電流小感值的HPL系列用來對應ADAS圖像處理器等大功率ECU。中間的TFM系列適用于ADAS和其他ECU的二次回路。BCL系列可對應高感值,適合傳感器、車身類小功率ECU。針對高信賴性要求的ECU,TDK可以提供最優的高可靠性車載用高頻率功率電感器。
圖3針對各種ECU分別提出最佳解決方案
與以前相比,HPL、TFM、BCL系列是為實現level5自動駕駛,降低了故障風險的高可靠性車載用高頻率功率電感器。與面向ICT的金屬類功率電感器相比,在耐壓、可靠性方面改良了特性,HPL系列覆蓋大電流低電感范圍,BCL系列覆蓋高電感低電流范圍,TFM系列覆蓋兩者之間的范圍,形成了一個產品系列。
圖4高可靠性車載用高頻率功率電感器的產品概述
HPL/BCL系列將開路風險降到了最低,TFM將短路風險降到了最低。
HPL的Rdc低,磁通漏小,采用3端子構造,抗振動沖擊性、散熱性優異。
TFM系列增強金屬材料的絕緣性,實現耐壓40V保障,還可在蓄電池線路中使用。另外,還可實現磁通漏小、高密度貼裝。
BCL通過新沖壓法,減少銅線的損傷。磁性材料的損失小,在磁通變大的升壓回路中效率很高。另外,可獲得大感值,在輸入輸出壓差很大的回路中也可以使用。
產品概要 HPL系列
高可靠性要點:沒有開路風險 | |
產品概要: 大電流低電感:形成1Ts的扁銅線,直接作為用戶端子使用,所以是不會斷路的構造,消除了開路模式的不良風險。用鐵氧體磁心夾住銅棒,形成產品。 |
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特點: ?漏磁通少 ?高可靠性 ?低Rdc(高效率) ?應對大電流 ?散熱性好 |
用途: ?圖像處理器用 ?超大電流用途 |
使用溫度范圍: -55~150°C (包括自己溫度上升) |
產品構造: |
構造特征:采用扁銅線作為端子,所以沒有接線部分,故可實現高可靠性 |
磁性材料: 鐵氧體磁性材料 |
端子電極規格: 扁銅線+鍍Ni+鍍Sn |
產品概要 TFM–ALVA系列
高可靠性要點:沒有短路風險 | |
產品概要: 最適合2MHz驅動二次回路:使用薄膜工藝的電感器。是應對車載質量的產品,150°C40V耐壓保證品。使用絕緣膜覆蓋內部銅圖形,消除短路不良。 |
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特點: ?漏磁通少 ?高可靠性 ?實現耐壓40V保證 ?低Rdc ?小型 |
用途: ?ADASECU ?車載攝像頭 ?雷達 ? 車載通信用模塊 |
使用溫度范圍: -55~150°C (包括自己溫度上升) |
產品結構: |
構造特征: |
磁性材料: 金屬磁性材料 |
端子電極規格: 導電性樹脂+鍍Ni+鍍Sn |
產品概要 BCL系列
高可靠性要點:沒有開路風險 | |
產品概要: 應對高電感:使用磁性材料使線圈一體成型得到的電感器。通過金屬接合,將線圈接合到用戶端子上,消除開路模式的不良。提高占空系數,還可應對高電感值。 |
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特點: ?漏磁通少 ?高可靠性 ?實現耐壓40V保證 ?低磁芯損耗(高效率) 應對高電感領域 |
用途: ?傳感器類小電力ECU ?車身控制 ?車載攝像頭 車燈 |
使用溫度范圍: -40~125°C (包括自己溫度上升) |
產品構造: |
構造特征: 低壓沖壓成型,所以不會對金屬線造成損傷,故可實現高可靠性 |
磁性材料: 金屬磁性材料 |
端子電極規格: 導電性樹脂+鍍Ni+鍍Sn |
圖5是一個車載電源電路的例子,顯示了ECU內DC-DC變換器的1次電路、2次電路中電感的使用情況,2次電路的開關頻率逐漸達到2MHz左右。高可靠性車載用高頻率功率電感器的HPL、TFM、BCL系列可提供最佳解決方案。
圖5車載電源電路
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