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汽車電子系統(tǒng)元器件解決方案

作者: 時(shí)間:2012-06-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

未來的中,隨著對安全、節(jié)能、環(huán)保、舒適和娛樂等需求的增加,相關(guān)及其周邊產(chǎn)品的出貨也將持續(xù)快速增長。諸多汽車電子領(lǐng)域的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),需要從層面就開始考慮解決方案。圍繞這個(gè)話題,介紹新型傳感器、保護(hù)器件、高壓連接器在汽車動力控制、安全系統(tǒng)、通信娛樂、充放電系統(tǒng)等方面的應(yīng)用。

汽車電子的技術(shù)升級速度和其他應(yīng)用領(lǐng)域如工控、醫(yī)療相比是相當(dāng)快的,這有多方面的原因。首先汽車電子和人們的日常生活緊密相關(guān),尤其在歐美這些以車代步的國家,汽車作為必需品,幾乎是大多數(shù)人日常出行的唯一選擇。而正在崛起的新興市場如中國、印度,汽車市場飛速增長,據(jù)最新報(bào)道,深圳的汽車保有量剛剛突破170萬輛,成為汽車密度最高的內(nèi)地城市??梢钥闯鲈絹碓蕉嗉彝ビ辛速徿嚨男枨螅瑥亩苿恿似囯娮蛹夹g(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

據(jù)isuppli的調(diào)查顯示,2012年中國汽車電子銷售額將從2009年的160億美元增長到206億美元。而2012年美國汽車電子市場將為205億美元,屆時(shí)第一的位置將讓給中國。

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汽車有多個(gè)子系統(tǒng),構(gòu)成非常復(fù)雜。每個(gè)子系統(tǒng)都離不開大量的汽車電子產(chǎn)品——當(dāng)然,不同級別的汽車使用汽車電子的數(shù)量不盡相同。例如目前中國市場的主流不太復(fù)雜,智能程度不高。這些系統(tǒng)主要專注于轉(zhuǎn)向、駕駛輔助、乘員消極保護(hù)、剎車和控制系統(tǒng)以及舒適方便。

隨著市場的升級,未來汽車電子的應(yīng)用熱點(diǎn)也將面臨變化,能源系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、避撞、線控駕駛、控制系統(tǒng)、智能傳感器與激勵器、集成汽車電氣與電子系統(tǒng)和熱舒適系統(tǒng)都將扮演著更重要的角色。

下面,我們就來分析這些新興的需求為市場帶來了哪些機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

元器件在汽車安全系統(tǒng)中的作用

安全性是汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)要考慮的第一要素。新的行車安全離不開穩(wěn)定的引擎管理系統(tǒng),而傳感器件作為汽車內(nèi)使用量最大的器件之一,在安全系統(tǒng)中也被大量應(yīng)用。

行車安全方面,及時(shí)檢測引擎溫度是非常重要的一環(huán)。在檢測的同時(shí),還必須確??煽啃院褪褂脡勖?。TDK最新的傳感器重量僅為傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)的50%,但在保障溫度檢測準(zhǔn)確性的同時(shí),防震性能和使用壽命也得到了大幅提升。傳感器頂部的塑料外殼可保證極佳的熱傳導(dǎo)性,從而優(yōu)化反應(yīng)時(shí)間和精確度,有利于測量汽車油溫和冷卻液溫度。另外反應(yīng)快、適應(yīng)范圍廣也是該產(chǎn)品特色。

汽車在起停等常規(guī)操作中,會受到電氣干擾和高頻影響,產(chǎn)生干擾。通過配線系統(tǒng)傳導(dǎo),最終耦合或以輻射方式干擾到車載電子設(shè)備。干擾源包括啟動系統(tǒng)、交流電機(jī)、負(fù)載切換、開關(guān)抖動以及“拋負(fù)載”(即直流電機(jī)運(yùn)行過程中切斷電源,由此產(chǎn)生的電壓)。

這些浪涌中最具破壞性的是“拋負(fù)載”,發(fā)生在引擎正在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中,在交流電機(jī)正在給電池充電時(shí)斷開電池連接。產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓幅度取決于斷開連接時(shí)交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和場激勵的大小。這一浪涌過程可能持續(xù)幾百毫秒,產(chǎn)生100V以上的電壓,對半導(dǎo)體電路具有潛在的致命影響。一旦電子電路受到破壞,就可能對安全造成極大隱患。

PPTC保護(hù)器件是一種可復(fù)位的聚合物正溫度系數(shù)器件,一直以來應(yīng)用于電源直流輸出端的過載和短路保護(hù)。泰科電子瑞侃的PolySwitch產(chǎn)品能夠?yàn)殡娫?、RXE輸入/輸出接口提供保護(hù),也能實(shí)現(xiàn)過熱、電機(jī)失速等保護(hù)。

除了PPTC器件,MOSFET也能起到類似的保護(hù)。不過, MOSFET除了具有高頻率性能、輸入阻抗高、驅(qū)動功率小、熱穩(wěn)定性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)之外,還能使功率組件更符合最低的系統(tǒng)成本,藉以達(dá)到更為優(yōu)異的故障自我保護(hù)系統(tǒng)。因此,大部分的設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)而采用具有保護(hù)作用的MOSFET功率組件來完成。

車載娛樂系統(tǒng)中半導(dǎo)體元器件的應(yīng)用

信息娛樂設(shè)備也容易因?yàn)檫^高的瞬變電壓而損壞,其中包括它所在的工作環(huán)境及周邊設(shè)備產(chǎn)生的靜電放電(ESD)脈沖。往往使用ESD保護(hù)器件、金屬氧化物變阻器(MOV)和齊納二極管來保護(hù)汽車電子設(shè)備,例如天線、背光加熱器、電池、按鍵、電路板上的印制線、CD/DVD播放器,數(shù)據(jù)線端口、硬盤驅(qū)動器以及輸入/輸出端口和觸摸屏。

車內(nèi)充電的便攜設(shè)備對過流過壓保護(hù)的需求很大,泰科電子的 PolyZen 器件能夠滿足保護(hù)需要。這種器件與類似于齊納二極管的保護(hù)器件一起使用時(shí),具有協(xié)同保護(hù)的作用,能夠承受功率非常高的故障情況。

車內(nèi)的高速輸入/輸出端口要求使用電容小的ESD保護(hù)器件,盡量保持信號質(zhì)量不會下降。選用的器件應(yīng)當(dāng)適合高速數(shù)據(jù)傳輸線路和無線電頻率數(shù)據(jù)線路,能夠經(jīng)受無數(shù)次的ESD瞬變電壓。

PPTC電路保護(hù)器件在車載信息娛樂系統(tǒng)中一樣得到了廣泛的采用。它作為一種實(shí)用的、經(jīng)濟(jì)有效的解決辦法,起到了過流和或過熱保護(hù)的作用。在GPS、DVD或者收音機(jī)和汽車通訊信息系統(tǒng)(telematics)的電路板中,也常常用它來限制電流。

新能源汽車引領(lǐng)高壓連接器潮流

快速發(fā)展的電動汽車及混合動力電動汽車市場將引發(fā)大批高壓連接器應(yīng)用,這些應(yīng)用新穎、令人矚目。不同汽車制造商正在嘗試不同方法以實(shí)現(xiàn)低排量或零排量的目標(biāo),由此也將進(jìn)一步提高對連接器供應(yīng)商的要求。這些要求有一個(gè)共性,即在滿足不同程度的安全及人身保護(hù)要求的同時(shí),不斷降低成本,減小重量和體積。同時(shí),制造商不會放棄現(xiàn)代消費(fèi)者所期望的高可靠性和耐用性。

連接器廠商中,F(xiàn)CI在電動汽車和混合動力汽車市場上有強(qiáng)大的競爭力。新推出的Power.S3系列是專為新一代充電電池驅(qū)動的插電式混合動力汽車和電動汽車設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。

使用大容量鋰電池是電動汽車和混合動力汽車設(shè)計(jì)多樣化選擇的一個(gè)共同點(diǎn)。鋰電池工作電壓的范圍為400~600V。這至少是傳統(tǒng)汽車標(biāo)準(zhǔn)14V鉛酸電池的10倍以上,因此FCI連接器公司開發(fā)了應(yīng)用專門的連接器和充電插頭的全方位的解決方案。

這些新的連接器和充電插頭需要解決許多重大的問題。其中,最首要的就是安全問題,因?yàn)樾碌倪B接器和充電插頭工作電壓的范圍為400~600V,工作電流的 范圍達(dá)到50~300A甚至更高??紤]到操作工在汽車的整個(gè)生命周期中會不可避免地接觸發(fā)動機(jī)艙,高標(biāo)準(zhǔn)的防觸電保護(hù)需求是顯而易見的。此外,在如此高的功率下,電磁干擾是另一個(gè)重要問題。還有,在連接器插拔操作中會產(chǎn)生電弧,這會嚴(yán)重危害到電氣連接和電子設(shè)備,并且可能引起汽車燃燒。


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