車用元件的新動向及產品

　　白?柴，毛?爍?（《電子產品世界》，北京，100036）

　　摘?要：部分車用元件領軍廠商及代理商介紹了車用元件的新動向及其新產品。

　　關鍵詞：傳感器；電容器；電感器；二極管；觸控

　　1 村田不斷為汽車行業供應可靠產品

　　村田高度重視汽車市場的成長，積極布局，從提供零部件逐步涉及到提供模塊產品，子系統等，不斷為汽車行業供應更可靠、出色的產品。目前，村田的汽車產品主要分為動力傳動系統、信息通信、車輛控制駕駛安全三大部分。村田在車載市場不僅關注汽車本身，還著眼于通過通信技術與汽車和交通基礎設施進行協調的領域。此外，將顛覆汽車作為人與物移動方式的傳統用途的應用程序和服務也納入視野，站在移動交通市場的視野去摸索業務機會。

　　村田利用自身研發的技術和擁有的專門知識，憑借陶瓷元件的高可靠性、耐熱性和抗振性，致力于信息通信設備市場的移動通信系統開發。車載信息服務實現了無線傳輸系統與汽車導航安全系統的結合，村田的信息通信技術也發揮積極作用，使得這類新系統流行起來。

　　傳感技術能夠通過電子技術進行精確控制，這對于汽車安全系統必不可少。陶瓷能承受苛刻的工作條件，包括各類傳感器在內的村田電子元器件，憑借陶瓷元件的可靠性，帶來愉悅的駕車體驗和卓越的性能。村田先進的汽車用振動傳感器、超聲波傳感器、加速度傳感器、陀螺儀傳感器等產品被廣泛地運用在汽車的安全性、事故防止、行車舒適等部分中， 并逐步應用于ADAS及自動駕駛技術。

　　村田通過開發和供應利用陶瓷的緊湊性和耐熱性特點的電子元器件，可幫助減少二氧化碳排放、節約能源。村田正在為擴大環境友好型汽車的市場份額提供幫助，例如電動汽車（EV）和混合電動汽車（HEV）。

　　2 針對非接觸傳感領域  Bourns提供完整解決方案

　　Bourns擁有豐富的組件制造研發的經驗，且 持 續 開 發 并 引 進 在IATF16949認證工廠生產的AEC-Q認證汽車部。Bourns的目標在于滿足汽車電源轉換和電路保護的需求。對于每一位客戶而言，最為重要的是這些功能中的每一個部件都必須被可靠地供電、保護并連接到整個汽車系統中各自的接口上。

　　憑借客戶服務和現場應用工程支持，Bourns與汽車各大系統設計人員緊密合作，替客戶選用具有競爭力的產品，并且提供完善的產品設計layout（布局）支持。近年來，Bourns亦投入在汽車新能源（OBS/BMS）充電系統、電池管理系統及自動駕駛（ISO26262 FuSa）的L3/L4級別自動駕駛開發，為轉向系統/制動系統/ADAS系統提供了一套完善的傳感器解決方案。

　　2.1 汽車傳感器應用

　　伯恩斯（Bourns）汽車部門生產從電路保護裝置到轉向角傳感器的一系列產品，其主要的業務領域為乘用車和商用車位置感應。傳感器的設計是根據每個目標市場的具體環境考慮而定制的。在非接觸傳感領域，Bourns則提供了一套完整的解決方案。包括基于霍爾效應（HE）、2軸HE和各向異性磁阻（AMR）技術。

　　Bourns創新的技術傳感器，無論是接觸式還是非接觸式，旨在使車輛的行駛更安全、更省油和更舒適。非接觸式產品設計亮點包括提供自我診斷、帶功能安全ISO26262及相關診斷及處理的完整信號模塊，多功能傳感器多圈數、大量程的信號位置能力。這已被普遍應用于可主動轉向的電動助力轉向系統（EPAS）。Bourns最大的優勢在于能夠提供電源轉換和電路保護方面完整的解決方案，這也是目前業界少數供貨商可以做到的。

　　3 Littelfuse充分應對汽車電氣化智能化挑戰

　　當前的汽車電子市場高速發展，未來的方向就是電氣化和智能化，電氣化是基礎，智能化是在電氣化基礎上的補充，這兩者相輔相成。尤以ADAS和新能源的發展相當快速，中國確立了以純電動汽車為新能源汽車的主要發展方向。電動汽車主要以電池、電機、電控為主要功能的電氣化發展方向，對高壓保護器件和功率控制器件的需求愈發增多；在智能駕駛方面，無論傳統汽車還是新能源汽車都在全面升級，傳感、雷達、處理系統都帶來更多電子元器件的需求。

　　Littelfuse是一家被動器件以及半導體器件供應商，在電動汽車的三電（電池、電機、電控系統）以及OBC(車載充電機)、DC/DC、PDU（電源分配單元）等應用上有完整的解決方案。

　　例如在電路保護方面，對于電池管理系統保護，Littelfuse的AECQ兼容性保險絲以及車規級TVS二極管具有很大的優勢，在電池管理系統的均衡采樣線上，會用到Littelfuse的保險絲和TVS二極管來做過流保護和過壓保護。目前來看，在BMS（電池管理系統）的均衡采樣線加保險絲的方案已經得到了客戶一致認可。

　　對于在電池管理系統易于遭受耦合或傳導而引起過電壓應力的CAN通訊總線，Littelfuse的AQ24CANFD-02HTG和SM24CANA-02HTG是很好的ESD和抗浪涌保護器件，而且AQ24CANFD-02HTG和SM24CANA-02HTG已經通過了全球最大汽車OEM（車廠）的認可。

　　Littelfuse還有規格齊全的TVS，包括拋負載SLD8S系列，可以用于BMS系統電源線上的保護。

　　除了電池管理系統，Littelfuse在OBC上也能提供一整套方案，OBC輸入/輸出端會用到Littelfuse的保險絲，Littelfuse也能提供防8/20浪涌和高壓絕緣測試的MOV和GDT或者SIDACtor。

　　在功率控制方面，車載充電機的PFC和DC/DC電路側，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 二極管，后續會推出更多電壓電流規格以及獨特封裝的SiC產品。另外Littelfuse于2018年收購了IXYS公司，IXYS公司擁有技術優勢非常明顯的高壓器件開發能力，這也正好和汽車電子的電氣化趨勢相符，有了IXYS的技術力量，Littelfuse就可以切入技術門檻較高的高壓MOSFET、高壓SCR器件、高壓二極管、驅動器、SSR等領域。

　　在傳感領域，Littelfuse也通過收購和整合的策略，形成了一整套針對汽車市場的全套磁性傳感和溫度傳感的產品線，占有了一定的市場份額。

　　4 TDK圍繞48 V和駕駛座艙的被動元件

　　4.1 滿足48 V需求的首款軸向混合電容

　　隨著全球范圍內越來越嚴格的二氧化碳排放要求，整個汽車工業都在采用各種新技術去滿足更低的能耗要求。60 V是安全電壓，相比高壓混動系統而言，48V系統成本更低，卻可以達到高壓混動系統(電池電壓>100 V)的大部分節能效果。48 V輕混系統是高壓輕混系統成本的30%，而節能效果卻能達到高壓輕混系統的70%。48 V作為未來汽車主流技術之一，它的市場前景巨大。預計到2030年，在中國采用48 V系統的車型將會在每年幾百萬輛。針對這些應用，TDK開發了一系列傳統和混合聚合物鋁電解電容器，這些電容器具有緊湊的設計、高電容和紋波電流密度、低ESR（等效串聯電阻）。

　　隨著48V系統及5G時代的到來，現代汽車越來越電子化，電子設備集成度越來越高。由于體積的限制，現代汽車對電子設備的功率密度、小型化要求越來越高。對于鋁電解電容來講，提高產品的容值密度和紋波電流密度顯得尤為重要。

　　TDK一直緊隨行業發展。并在2019年正式推出了全球首款軸向聚合物混合鋁電解電容器（簡稱：軸向混合電容）B40600/700系列（如圖1）。該系列是目前鋁電解電容器中ESR最低、熱阻最低、紋波電流密度最高的產品。電壓范圍從25 V到63 V，容值從390 μF到2200 μF。尺寸(DxH)為14 mm×25 mm到16 mm×30mm，并且電容器溫度等級為150℃。此款電容是48 V系統大功率電機驅動器DC Link位置體積最小、性價比最高的電容器解決方案，目前已經量產。

　　4.2 12V與48V轉換需要緊湊型功率電感

　　車載48V技術具有一些獨到的優勢：有助于降低整體油耗，減少環境危害，甚至能提高發動機的性能。盡管48 V系統的裝配率越來越高，但48 V系統并不是完全替代現有的12 V架構。相反，這種方法不僅讓我們能對12 V系統進行拓展，以處理功率更高的負載，同時還能通過升降式轉換器裝置將48 V系統耦合到這些系統中間。主要改進在于將發電機的電平設置為48 V等級，從而實現更高的功率輸出和能效等級。兩種電壓等級通過一個雙向降壓式轉換器裝置進行連接。TDK所研發的緊湊型功率電感具有48 V系統所需的高電流能力。

　　雙向降壓式轉換器裝置的核心元件是一個強大的降壓式轉換器，而TDK為該轉換器提供關鍵的無源元件――功率電感器。

　　TDK研發出兩種新的愛普科斯功率電感器系列，作為轉換器儲能和平滑扼流圈。表面貼裝 (SMD) 型ERU27系列電感器具有高通流能力，且封裝緊湊，面積僅為30 mm×27.8 mm（如圖2）。其插入高度為15.5 mm或20.3 mm。這種緊湊型設計采用了具有高填充系數的扁平繞組予以實現。電感器具有六種不同型號，電感范圍涵蓋3.5 μH到15 μH的范圍，飽和電流介于19 A與49 A之間。為了提高元件在PCB上的機械穩定性，除兩個繞組焊盤外，該產品還增加了第三個焊盤。

　　除了此SMD（表面貼裝器件）產品外，還有帶PTH端子的愛普科斯ERU 33系列產品可供選擇，適用于額定電感值為3.2 μH至10 μH。

　　4.3 用于汽車三電的電容器和觸控的壓電陶瓷產品

　　?新型電容器：助力新能源車三電的高頻化、小型化自新能源汽車起步開始，TDK就一直非常關注新能源車三電(OBC、DC/DC、逆變器)的高頻化、小型化趨勢。體積和重量減小的市場趨勢，必然會推動 SiC的大規模使用。

　　在高頻化趨勢之下，如何最大可能地減小開關損耗問題會變得非常突出。同時，高頻輸出濾波后的EMI表現不僅涉及到產品性能，還有總成本的增加。這在整個新能源汽車行業補貼減退的大形勢下，亟需找到新器件方案的支持。TDK的CeraLink直流鏈路電容器是專為使用新型寬帶隙半導體及其高開關頻率而設計的。

　　對于三電高頻化的直流支撐、吸收和輸出濾波應用，TDK的新材料器件——CeraLink壓電類陶瓷PLZT高壓電容（如圖3）——具有超低電感、低電阻、體積大、幅減少，且適應高溫惡劣環境。隨著SiC開關器件的成本降低，人們已經開始看到強勁的市場需求。Ceralink陶瓷電容占板面積只有薄膜電容的10%，可以耐受150℃常態高溫，給SiC和Ceralink的集成提供了可能。

　　?用于大屏觸控的壓電執行器

　　從2018年以來，國內幾家領軍車廠對于駕駛座艙的觸控系統給予了越來越高的關注和需求。新概念駕駛的控制大屏化、無按鍵設計也客觀上要求觸覺反饋應運而生。并且,針對方向盤、車窗控制部分、空調控制部分的分區觸控屏化，非常多的技術設計已經在醞釀、呼之欲出。對于所有這些極具潛力的應用，TDK開發了用于觸覺反饋、小型化且功能強大的壓電執行器產品陣容。

　　PowerHap是TDK基于壓電陶瓷的產品。相比傳統的馬達和LRA（線性諧振傳動器）方案，PowerHap提供了大屏驅動。例如50G的產品系列，尺寸僅為60mm×5 mm，卻可以驅動1 kg的屏幕，達到5G的加速度。除此之外，小于1 ms 響應速度和完全開放的波形信號定制，給全新的反饋體驗設計擴展出非常大的想象空間。這使PowerHap不僅用于車載，還會用于Gaming游戲、手機、平板的原因所在。

　　5 穩定的元件和功率器件供貨至關重要

　　5.1 趨勢一：汽車電子元件受到重視

　　無論當前國際市場形勢如何變幻，我們都看到一個發展趨勢：車輛中電子元件的價值百分比正在增長（如圖4）。這與電動交通的興起、先進駕駛輔助系統(ADAS)的引入，以及客戶對新型便利功能的需求有關。隨著電子元件在汽車生產中的重要性日益增加，汽車行業將會越來越多地暴露在電子元件供貨的典型波動狀況之下，最差的情形是元件配額和停產。有鑒于此，儒卓力正在增強物流能力，例如在新加坡新建了一個倉庫，其物流管理系統和運營水平均符合德國標準。儒卓力通過成立新加坡子公司來優化產品供應和分銷，特別服務亞洲地區客戶。這意味著可為當地客戶群提供更好的物流支持。

此外，為了確保能夠向客戶供貨，儒卓力尋求與主要制造商進行密切合作。例如，儒卓力正與長期合作伙伴國巨合作，確保長期大量供應MLCC產品，從而滿足廣泛的市場需求。而且，儒卓力已經為此建立了相應的庫存產品系列。

　　5.2 趨勢二：用于電動交通的充電基礎設施

　　為了提高公眾對電動汽車的接受度，并且配合各種電動車 (xEV) 的普及，業界需要為不斷增加的電池供電車輛提供必需的充電基礎設施。每臺交付的新電池電動車 (BEV) 中都將包含帶有集成控制和保護裝置的充電電纜。在企業愿景中，Mode3 AC掛墻式充電工具的發展速度將有如20世紀90年代電動車庫門開啟器同樣迅猛。由于帶有電動門的車庫已經連接到電網，因而已經滿足了在車庫中配置AC掛墻式充電工具需要額外電源線的前提條件。

　　用于大功率充電的直流快速充電站(符合Mode4規范)基本上是高性能開關模式電源，具有高價值功率電子器件的真實聚合，需要功率晶體管、功率二極管、功率電感器和高性能電容器。該應用包含了人機界面(HMI)，如顯示器、工業PC和存儲，再加上安全無線連接裝置，完全契合儒卓力的Rutronik Power和RutronikEmbedded這兩大垂直細分市場解決方案系列。

　　參考文獻

　　[1] 王瑩,王金旺.元器件廠商談汽車電子的新動向.電子產品世界,2018(8):8-13.

　　[2] 王瑩,王金旺.汽車電子三大熱門方向的技術發展.電子產品世界,2017(8):7-15.

　　[3] Yamaji M.汽車電子設備與半導體市場預測假設.電子產品世界,2018(8):5-7.

　　本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第8期第19頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處