作者：Stephen Evanczuk

投稿人：DigiKey 北美編輯

汽車(chē)應(yīng)用面臨著一系列復(fù)雜的要求，從對(duì)電子子系統(tǒng)的高性能、可靠性和安全性的基本要求，到日益增長(zhǎng)的多樣化連接選擇要求，不一而足。由于汽車(chē)環(huán)境惡劣，需要更緊湊的子系統(tǒng)，以及向高壓電動(dòng)汽車(chē) (EV) 和混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)需要，滿足這些要求具有挑戰(zhàn)性。

開(kāi)發(fā)人員需要種類(lèi)繁多的電容器、電路保護(hù)器件和射頻 (RF) 天線，這些產(chǎn)品既要達(dá)到或超過(guò) AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)，又要滿足汽車(chē)設(shè)計(jì)中與性能、可靠性、安全性和連接性有關(guān)的挑戰(zhàn)。為了克服這些挑戰(zhàn)，汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以找一家在符合汽車(chē)電子委員會(huì)資質(zhì) 200 (AEC-Q200) 標(biāo)準(zhǔn)的電容器、電路保護(hù)器件和兼容射頻天線方面具有專(zhuān)長(zhǎng)的公司。這樣做既可以節(jié)省時(shí)間，又可以提高設(shè)計(jì)成功可能性。

本文首先簡(jiǎn)要概述了新興汽車(chē)應(yīng)用的主要趨勢(shì)和設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。然后介紹了 [Kyocera AVX] 的解決方案，并說(shuō)明這些解決方案是如何幫助應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的。

汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)如何重塑設(shè)計(jì)要求

對(duì)更多特性和功能的需求大大增加了汽車(chē)電子設(shè)備的數(shù)量。除了高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 等眾多面向消費(fèi)者的子系統(tǒng)外，嵌入式電子子系統(tǒng)還有助于提高傳統(tǒng)動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的安全性、效率和舒適性。特別是在電動(dòng)汽車(chē)中，電子子系統(tǒng)在確保高壓動(dòng)力系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)的功率和效率方面發(fā)揮著核心作用。

行業(yè)趨勢(shì)要求傳統(tǒng)和電動(dòng)汽車(chē)電子子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員提供更緊湊、更經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)，同時(shí)保持最高水平的性能、可靠性和安全性。Kyocera AVX[ 符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)的組件] 可滿足支持這些新興趨勢(shì)所需的多種電子系統(tǒng)的不同要求。

電容器為基本汽車(chē)設(shè)計(jì)要求提供了支持

Kyocera AVX 的電容器可滿足汽車(chē)電子子系統(tǒng)對(duì)性能、可靠性和安全性的基本要求。這些電容器采用多種技術(shù)，為設(shè)計(jì)人員提供了必要的額定特性、功能、封裝和安裝類(lèi)型組合，包括表面貼裝技術(shù) (SMT) 和徑向引線版本。

對(duì)于需要最小封裝、高可靠性、高電容和低等效串聯(lián)電阻 (ESR) 的應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)采用多層陶瓷片式電容器 (MLCC)，例如 Kyocera AVX 的 AEC-Q200[ 汽車(chē)級(jí) SMT MLCC] 系列。例如，[KAS21BR72A222JM] 是一款額定值為 2200 皮法 (pF) 和 100 伏特的 MLCC，采用標(biāo)準(zhǔn) 0805 SMT 封裝，尺寸為 2.01 × 1.25 毫米 (mm)。

過(guò)去，汽車(chē)設(shè)計(jì)中使用的傳統(tǒng) MLCC 通常會(huì)因機(jī)械應(yīng)力以及器件的熱膨脹系數(shù)與印刷電路板的熱膨脹系數(shù)不匹配而失效。Kyocera AVX 通過(guò)創(chuàng)新的 FLEXITERM 技術(shù)解決了這一問(wèn)題，該技術(shù)采用了導(dǎo)電聚合物層，即使在電路板彎曲、振動(dòng)和熱膨脹時(shí)也能保持電容器電極和終端之間的電氣連接。這一聚合物層有助于在不增加電容器 ESR 的情況下減少常見(jiàn)故障源。

為了進(jìn)一步防止在安全關(guān)鍵型應(yīng)用中出現(xiàn)故障，包括 KAS21BR72A222JM 在內(nèi)的一些 Kyocera AVX MLCC 將 FLEXITERM 與 FLEXISAFE 技術(shù)結(jié)合在了一起。Kyocera AVX 的 [FLEXISAFE MLCC] （圖 1）采用內(nèi)部級(jí)聯(lián)電極設(shè)計(jì)，在單個(gè) MLCC 封裝中串聯(lián)了兩個(gè)電容器。

圖 1：Kyocera AVX 的 FLEXITERM MLCC 技術(shù)在電極和終端之間加入了導(dǎo)電聚合物層，有助于在機(jī)械應(yīng)力和熱失配的情況下保持器件和電路板之間的電氣連接。（圖片來(lái)源：Kyocera AVX）

有了這種級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，即使 FLEXISAFE MLCC 的一個(gè)內(nèi)部串聯(lián)電容器短路，這些器件也能保持額定電容。

確保汽車(chē)設(shè)計(jì)性能穩(wěn)定

除了高可靠性，許多汽車(chē)子系統(tǒng)還依賴(lài)于高穩(wěn)定、低損耗的性能，以及因溫度、電壓或老化而導(dǎo)致的最小電容變化。對(duì)于這些設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)人員可以采用 Kyocera AVX 符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)的 [C0G (NP0)] 電介質(zhì)電容器，如 [08051A102J4T2A] 1000 pF SMT MLCC 或 [AR215A102J4R] 1000 pF 徑向引線 MLCC。

Kyocera AVX C0G (NP0) 電介質(zhì)電容器采用最穩(wěn)定的電介質(zhì)打造，公差小，具有出色的穩(wěn)定性特征，具體包括：

• 微小的電容漂移或磁滯：小于 ±0.05% ，而薄膜電容器則高達(dá) ±2%
• 最小的老化效應(yīng)：C0G (NP0) 的典型電容變化小于 ±0.1% ，是大多數(shù)其他電介質(zhì)的五分之一（圖 2，左）
• 電容隨溫度變化極小：每攝氏度 (°C) 僅為 0 ±30 ppm，在這些器件的 -55°C 至 +125°C 額定溫度范圍內(nèi)小于 ±0.3%°C（圖 2，右）。

圖 2：符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)的 C0G (NP0) 電介質(zhì)電容器在使用年限（左）和工作溫度（右）范圍內(nèi)均能保持穩(wěn)定工作。（圖片來(lái)源：Kyocera AVX）

處理具有挑戰(zhàn)性的汽車(chē)要求

電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的出現(xiàn)引發(fā)了對(duì)能夠承受這些車(chē)輛高壓環(huán)境的電容器的需求。Kyocera AVX [SkyCap AR 系列] 符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷電容器（如額定電壓為 3,000 V 的 [AR30HC102K4R]( 1,000 pF 徑向引線電容器）可滿足這一需求。

隨著汽車(chē)子系統(tǒng)中傳感器的增多，需要電容器能夠在高溫環(huán)境下可靠工作，例如在引擎蓋下、傳動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)中。SkyCap AR 系列產(chǎn)品采用 X8R 電介質(zhì)，工作溫度范圍為 -55°C 至 +150°C ，電容范圍寬，其中 [AR205F334K4R] 的電容更是高至 0.33 微法 (μF)。

對(duì)于更高的工作溫度，Kyocera AVX 的 [THJ 系列] 鉭電容器的工作溫度范圍為 -55°C 至 +175°C，電容從 [THJA104K035RJN] 的 0.1 μF 到 [THJE227K010RJN] 的 220 μF 不等。前者采用標(biāo)準(zhǔn) 1206 (3.2 mm × 1.6 mm) SMT 封裝，后者采用標(biāo)準(zhǔn) 2917 (7.3 mm × 4.3 mm) SMT 封裝。

解決方案的緊湊性在汽車(chē)中的重要性與日俱增。Kyocera AVX [W2A 系列] 電容器陣列屬集成無(wú)源元件 (IPC) 的模塊化器件，符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)，在單個(gè) 0508 (1.3 mm × 2.1 mm) 封裝中可提供兩個(gè)或四個(gè)電容器。[W3A43C104K4Z2A] 是該公司符合 IPC AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)的 [W3A 系列] 電容器陣列的一部分，它是一種 FLEXITERM 陶瓷 IPC 電容器陣列，在單個(gè) 0612 (1.6 mm × 3.2 mm) 封裝中集成了四個(gè) 0.1 μF 電容器。與使用分立電容器的設(shè)計(jì)相比，這種特性組合提供了一種可承受機(jī)械和熱應(yīng)力的緊湊型解決方案，大大節(jié)省了電路板空間（圖 3）。

圖 3：采用 0612 封裝的 W3A 四元件電容器陣列（如 W3A43C104K4Z2A）可承受機(jī)械和熱應(yīng)力，同時(shí)大大節(jié)省了電路板空間。（圖片來(lái)源：Kyocera AVX）

Kyocera AVX 符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)的電容器種類(lèi)繁多，可滿足日益多樣化的要求；然而，更先進(jìn)、更高電壓的電動(dòng)汽車(chē)架構(gòu)增加了對(duì)穩(wěn)健電路保護(hù)的要求。

在惡劣的汽車(chē)環(huán)境中保護(hù)敏感的電子元件

Kyocera AVX 符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)的 [TransGuard] 多層壓敏電阻旨在提供強(qiáng)大的保護(hù)功能，能夠提供雙向過(guò)壓保護(hù)，保護(hù)敏感的汽車(chē)電子元件。它們還具有必要的電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI) 衰減功能，可減輕信號(hào)失真并滿足監(jiān)管要求。在提供雙向過(guò)壓保護(hù)方面，這些元件的功能與背靠背的齊納二極管類(lèi)似，但響應(yīng)時(shí)間小于 1 納秒 (ns)（圖 4），因此能夠更快地應(yīng)對(duì)過(guò)壓事件。

圖 4：盡管 TransGuard 壓敏電阻的功能與背靠背的齊納二極管類(lèi)似，但其導(dǎo)通時(shí)間明顯更快，可確保快速響應(yīng)過(guò)壓事件。（圖片來(lái)源：Kyocera AVX）

TransGuard 系列產(chǎn)品可滿足高可靠性、大電流處理和高能量吸收等一系列性能要求。[VCAS040205X150WP] 具有 5.6 伏直流 (VDC) 工作電壓、18 伏箝位電壓和 20 安培 (A) 浪涌電流，工作溫度范圍為 -55°C 至 +125°C，為傳感器系統(tǒng)保護(hù)等許多低能耗應(yīng)用提供了有效的解決方案。[VGAH322026Z570DP] 的額定浪涌電流為 1.8 千安培 (kA)，額定能量為 13 焦耳 (J)，工作溫度范圍為 +55°C 至 +150°C，可滿足引擎蓋下和其他地方的高能量、高溫度應(yīng)用要求。[TransGuard FLEXITERM 系列] 提供的器件具有類(lèi)似的廣泛保護(hù)特性，以及針對(duì)機(jī)械應(yīng)力和熱失配的強(qiáng)大保護(hù)。

為了幫助開(kāi)發(fā)人員保護(hù)溫度敏感型應(yīng)用或高溫場(chǎng)所中的汽車(chē)電路，Kyocera AVX 符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻系列通過(guò)提供多個(gè)系列實(shí)現(xiàn)了對(duì)性能和制造要求的廣泛支持，具體包括：

• [NB 系列] ，包含的是用于無(wú)引線焊接的 SMT 熱敏電阻
• [NC 系列] ，包含的是用于混合裝配的 SMT 熱敏電阻
• [ND03 系列] 和 [NJ28 系列]，包含的是引線式熱敏電阻

對(duì)于高精度溫度傳感，像 [NJ28PA0203F--]引線式熱敏電阻這樣的系列產(chǎn)品可提供所需的緊容差和隨溫度變化的急劇電阻變化。對(duì)于溫度控制或補(bǔ)償應(yīng)用，像 [NC20R00105JBA] 這樣的元件可在寬溫度范圍內(nèi)提供必要的穩(wěn)定傳感。

實(shí)現(xiàn)車(chē)輛互聯(lián)

隨著車(chē)輛之間和車(chē)輛內(nèi)部的無(wú)線連接變得越來(lái)越重要，Kyocera AVX 的 [A 系列射頻] 天線可滿足對(duì)多種連接技術(shù)和帶寬的新要求（圖 5）。

圖 5：A 系列射頻天線為滿足多個(gè)汽車(chē)子系統(tǒng)對(duì)多樣化連接選擇日益增長(zhǎng)的需求提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解決方案。（圖片來(lái)源：Kyocera AVX）

這些天線旨在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕松導(dǎo)入和快速上市，支持用于個(gè)人通信、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、安全系統(tǒng)和導(dǎo)航的領(lǐng)先連接技術(shù)，包括以下設(shè)備：

• [AP822601]用于蜂窩、Wi-Fi 以及工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療 (ISM) 連接的寬帶天線
• [A9002137] 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS) 天線，支持個(gè)人和商業(yè)導(dǎo)航最常用的頻率
• [A9001978] 用于雙頻 Wi-Fi、藍(lán)牙或超寬帶 (UWB) 連接的天線

盡管 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)并未明確涵蓋天線產(chǎn)品，但 A 系列射頻天線均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，符合標(biāo)準(zhǔn)中列出的要求和程序，可為開(kāi)發(fā)人員提供汽車(chē)系統(tǒng)所需的可靠性和性能水平。

結(jié)語(yǔ)

隨著汽車(chē)行業(yè)朝著更高電子化方向快速發(fā)展，設(shè)計(jì)人員需要元器件能夠在日益緊湊和苛刻的環(huán)境中提供更多的性能、可靠性、安全性和連接性。Kyocera AVX 提供各種各樣符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)的電容器、電路保護(hù)器件和射頻天線，以幫助應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。