汽車電子系統(tǒng)元器件解決方案

未來的汽車電子系統(tǒng)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)元器件及其周邊產(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)計挑戰(zhàn)，需要從元器件層面就開始考慮解決方案。圍繞這個話題，介紹新型傳感器、保護器件、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)等方面的應用。

汽車電子的技術(shù)升級速度和其他應用領(lǐng)域如工控、醫(yī)療相比是相當快的，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?，從而推動了汽車電子技術(shù)的廣泛應用和發(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，屆時第一的位置將讓給中國。

汽車有多個子系統(tǒng)，構(gòu)成非常復雜。每個子系統(tǒng)都離不開大量的汽車電子產(chǎn)品——當然，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汽車電子系統(tǒng)不太復雜，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、剎車和控制系統(tǒng)以及舒適方便。

隨著市場的升級，未來汽車電子的應用熱點也將面臨變化，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元器件市場帶來了哪些機遇和挑戰(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)中也被大量應用。

行車安全方面，及時檢測引擎溫度是非常重要的一環(huán)。在檢測的同時，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確性的同時，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性，從而優(yōu)化反應時間和精確度，有利于測量汽車油溫和冷卻液溫度。另外反應快、適應范圍廣也是該產(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，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、負載切換、開關(guān)抖動以及“拋負載”（即直流電機運行過程中切斷電源，由此產(chǎn)生的電壓）。

這些浪涌中最具破壞性的是“拋負載”，發(fā)生在引擎正在運轉(zhuǎn)的過程中，在交流電機正在給電池充電時斷開電池連接。產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓幅度取決于斷開連接時交流電機的轉(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保護器件是一種可復位的聚合物正溫度系數(shù)器件，一直以來應用于電源直流輸出端的過載和短路保護。泰科電子瑞侃的PolySwitch產(chǎn)品能夠為電源、RXE輸入/輸出接口提供保護，也能實現(xiàn)過熱、電機失速等保護。

除了PPTC器件，MOSFET也能起到類似的保護。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)點之外，還能使功率組件更符合最低的系統(tǒng)成本，藉以達到更為優(yōu)異的故障自我保護系統(tǒng)。因此，大部分的設(shè)計人員轉(zhuǎn)而采用具有保護作用的MOSFET功率組件來完成。

車載娛樂系統(tǒng)中半導體元器件的應用

信息娛樂設(shè)備也容易因為過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保護器件、金屬氧化物變阻器（MOV）和齊納二極管來保護汽車電子設(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)備對過流過壓保護的需求很大，泰科電子的 PolyZen 器件能夠滿足保護需要。這種器件與類似于齊納二極管的保護器件一起使用時，具有協(xié)同保護的作用，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保護器件，盡量保持信號質(zhì)量不會下降。選用的器件應當適合高速數(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。它作為一種實用的、經(jīng)濟有效的解決辦法，起到了過流和或過熱保護的作用。在GPS、DVD或者收音機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)大批高壓連接器應用，這些應用新穎、令人矚目。不同汽車制造商正在嘗試不同方法以實現(xiàn)低排量或零排量的目標，由此也將進一步提高對連接器供應商的要求。這些要求有一個共性，即在滿足不同程度的安全及人身保護要求的同時，不斷降低成本，減小重量和體積。同時，制造商不會放棄現(xiàn)代消費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)計多樣化選擇的一個共同點。鋰電池工作電壓的范圍為400~600V。這至少是傳統(tǒng)汽車標準14V鉛酸電池的10倍以上，因此FCI連接器公司開發(fā)了應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，因為新的連接器和充電插頭工作電壓的范圍為400~600V，工作電流的 范圍達到50~300A甚至更高?？紤]到操作工在汽車的整個生命周期中會不可避免地接觸發(fā)動機艙，高標準的防觸電保護需求是顯而易見的。此外，在如此高的功率下，電磁干擾是另一個重要問題。還有，在連接器插拔操作中會產(chǎn)生電弧，這會嚴重危害到電氣連接和電子設(shè)備，并且可能引起汽車燃燒。