通过采用先进组件满足汽车设计不断发展的要求

作者：Stephen Evanczuk

投稿人：DigiKey 北美编辑

汽车应用面临着一系列复杂的要求，从对电子子系统的高性能、可靠性和安全性的基本要求，到日益增长的多样化连接选择要求，不一而足。由于汽车环境恶劣，需要更紧凑的子系统，以及向高压电动汽车 (EV) 和混合动力汽车发展趋势需要，满足这些要求具有挑战性。

开发人员需要种类繁多的电容器、电路保护器件和射频 (RF) 天线，这些产品既要达到或超过 AEC-Q200 标准，又要满足汽车设计中与性能、可靠性、安全性和连接性有关的挑战。为了克服这些挑战，汽车系统设计人员可以找一家在符合汽车电子委员会资质 200 (AEC-Q200) 标准的电容器、电路保护器件和兼容射频天线方面具有专长的公司。这样做既可以节省时间，又可以提高设计成功可能性。

本文首先简要概述了新兴汽车应用的主要趋势和设计挑战。然后介绍了 [Kyocera AVX] 的解决方案，并说明这些解决方案是如何帮助应对这些挑战的。

汽车发展趋势如何重塑设计要求

对更多特性和功能的需求大大增加了汽车电子设备的数量。除了高级驾驶辅助系统 (ADAS) 等众多面向消费者的子系统外，嵌入式电子子系统还有助于提高传统动力汽车和电动汽车的安全性、效率和舒适性。特别是在电动汽车中，电子子系统在确保高压动力系统和电池管理系统的功率和效率方面发挥着核心作用。

行业趋势要求传统和电动汽车电子子系统的开发人员提供更紧凑、更经济的设计，同时保持最高水平的性能、可靠性和安全性。Kyocera AVX[ 符合 AEC-Q200 标准的组件] 可满足支持这些新兴趋势所需的多种电子系统的不同要求。

电容器为基本汽车设计要求提供了支持

Kyocera AVX 的电容器可满足汽车电子子系统对性能、可靠性和安全性的基本要求。这些电容器采用多种技术，为设计人员提供了必要的额定特性、功能、封装和安装类型组合，包括表面贴装技术 (SMT) 和径向引线版本。

对于需要最小封装、高可靠性、高电容和低等效串联电阻 (ESR) 的应用，设计人员通常会采用多层陶瓷片式电容器 (MLCC)，例如 Kyocera AVX 的 AEC-Q200[ 汽车级 SMT MLCC] 系列。例如，[KAS21BR72A222JM] 是一款额定值为 2200 皮法 (pF) 和 100 伏特的 MLCC，采用标准 0805 SMT 封装，尺寸为 2.01 × 1.25 毫米 (mm)。

过去，汽车设计中使用的传统 MLCC 通常会因机械应力以及器件的热膨胀系数与印刷电路板的热膨胀系数不匹配而失效。Kyocera AVX 通过创新的 FLEXITERM 技术解决了这一问题，该技术采用了导电聚合物层，即使在电路板弯曲、振动和热膨胀时也能保持电容器电极和终端之间的电气连接。这一聚合物层有助于在不增加电容器 ESR 的情况下减少常见故障源。

为了进一步防止在安全关键型应用中出现故障，包括 KAS21BR72A222JM 在内的一些 Kyocera AVX MLCC 将 FLEXITERM 与 FLEXISAFE 技术结合在了一起。Kyocera AVX 的 [FLEXISAFE MLCC] （图 1）采用内部级联电极设计，在单个 MLCC 封装中串联了两个电容器。

图 1：Kyocera AVX 的 FLEXITERM MLCC 技术在电极和终端之间加入了导电聚合物层，有助于在机械应力和热失配的情况下保持器件和电路板之间的电气连接。（图片来源：Kyocera AVX）

有了这种级联结构，即使 FLEXISAFE MLCC 的一个内部串联电容器短路，这些器件也能保持额定电容。

确保汽车设计性能稳定

除了高可靠性，许多汽车子系统还依赖于高稳定、低损耗的性能，以及因温度、电压或老化而导致的最小电容变化。对于这些设计，开发人员可以采用 Kyocera AVX 符合 AEC-Q200 标准的 [C0G (NP0)] 电介质电容器，如 [08051A102J4T2A] 1000 pF SMT MLCC 或 [AR215A102J4R] 1000 pF 径向引线 MLCC。

Kyocera AVX C0G (NP0) 电介质电容器采用最稳定的电介质打造，公差小，具有出色的稳定性特征，具体包括：

• 微小的电容漂移或磁滞：小于 ±0.05% ，而薄膜电容器则高达 ±2%
• 最小的老化效应：C0G (NP0) 的典型电容变化小于 ±0.1% ，是大多数其他电介质的五分之一（图 2，左）
• 电容随温度变化极小：每摄氏度 (°C) 仅为 0 ±30 ppm，在这些器件的 -55°C 至 +125°C 额定温度范围内小于 ±0.3%°C（图 2，右）。

图 2：符合 AEC-Q200 标准的 C0G (NP0) 电介质电容器在使用年限（左）和工作温度（右）范围内均能保持稳定工作。（图片来源：Kyocera AVX）

处理具有挑战性的汽车要求

电动汽车和混合动力汽车的出现引发了对能够承受这些车辆高压环境的电容器的需求。Kyocera AVX [SkyCap AR 系列] 符合 AEC-Q200 标准的陶瓷电容器（如额定电压为 3,000 V 的 [AR30HC102K4R]( 1,000 pF 径向引线电容器）可满足这一需求。

随着汽车子系统中传感器的增多，需要电容器能够在高温环境下可靠工作，例如在引擎盖下、传动系统和制动系统中。SkyCap AR 系列产品采用 X8R 电介质，工作温度范围为 -55°C 至 +150°C ，电容范围宽，其中 [AR205F334K4R] 的电容更是高至 0.33 微法 (µF)。

对于更高的工作温度，Kyocera AVX 的 [THJ 系列] 钽电容器的工作温度范围为 -55°C 至 +175°C，电容从 [THJA104K035RJN] 的 0.1 µF 到 [THJE227K010RJN] 的 220 µF 不等。前者采用标准 1206 (3.2 mm × 1.6 mm) SMT 封装，后者采用标准 2917 (7.3 mm × 4.3 mm) SMT 封装。

解决方案的紧凑性在汽车中的重要性与日俱增。Kyocera AVX [W2A 系列] 电容器阵列属集成无源元件 (IPC) 的模块化器件，符合 AEC-Q200 标准，在单个 0508 (1.3 mm × 2.1 mm) 封装中可提供两个或四个电容器。[W3A43C104K4Z2A] 是该公司符合 IPC AEC-Q200 标准的 [W3A 系列] 电容器阵列的一部分，它是一种 FLEXITERM 陶瓷 IPC 电容器阵列，在单个 0612 (1.6 mm × 3.2 mm) 封装中集成了四个 0.1 µF 电容器。与使用分立电容器的设计相比，这种特性组合提供了一种可承受机械和热应力的紧凑型解决方案，大大节省了电路板空间（图 3）。

图 3：采用 0612 封装的 W3A 四元件电容器阵列（如 W3A43C104K4Z2A）可承受机械和热应力，同时大大节省了电路板空间。（图片来源：Kyocera AVX）

Kyocera AVX 符合 AEC-Q200 标准的电容器种类繁多，可满足日益多样化的要求；然而，更先进、更高电压的电动汽车架构增加了对稳健电路保护的要求。

在恶劣的汽车环境中保护敏感的电子元件

Kyocera AVX 符合 AEC-Q200 标准的 [TransGuard] 多层压敏电阻旨在提供强大的保护功能，能够提供双向过压保护，保护敏感的汽车电子元件。它们还具有必要的电磁干扰 (EMI) 和射频干扰 (RFI) 衰减功能，可减轻信号失真并满足监管要求。在提供双向过压保护方面，这些元件的功能与背靠背的齐纳二极管类似，但响应时间小于 1 纳秒 (ns)（图 4），因此能够更快地应对过压事件。

图 4：尽管 TransGuard 压敏电阻的功能与背靠背的齐纳二极管类似，但其导通时间明显更快，可确保快速响应过压事件。（图片来源：Kyocera AVX）

TransGuard 系列产品可满足高可靠性、大电流处理和高能量吸收等一系列性能要求。[VCAS040205X150WP] 具有 5.6 伏直流 (VDC) 工作电压、18 伏箝位电压和 20 安培 (A) 浪涌电流，工作温度范围为 -55°C 至 +125°C，为传感器系统保护等许多低能耗应用提供了有效的解决方案。[VGAH322026Z570DP] 的额定浪涌电流为 1.8 千安培 (kA)，额定能量为 13 焦耳 (J)，工作温度范围为 +55°C 至 +150°C，可满足引擎盖下和其他地方的高能量、高温度应用要求。[TransGuard FLEXITERM 系列] 提供的器件具有类似的广泛保护特性，以及针对机械应力和热失配的强大保护。

为了帮助开发人员保护温度敏感型应用或高温场所中的汽车电路，Kyocera AVX 符合 AEC-Q200 标准的负温度系数 (NTC) 热敏电阻系列通过提供多个系列实现了对性能和制造要求的广泛支持，具体包括：

• [NB 系列] ，包含的是用于无引线焊接的 SMT 热敏电阻
• [NC 系列] ，包含的是用于混合装配的 SMT 热敏电阻
• [ND03 系列] 和 [NJ28 系列]，包含的是引线式热敏电阻

对于高精度温度传感，像 [NJ28PA0203F--]引线式热敏电阻这样的系列产品可提供所需的紧容差和随温度变化的急剧电阻变化。对于温度控制或补偿应用，像 [NC20R00105JBA] 这样的元件可在宽温度范围内提供必要的稳定传感。

实现车辆互联

随着车辆之间和车辆内部的无线连接变得越来越重要，Kyocera AVX 的 [A 系列射频] 天线可满足对多种连接技术和带宽的新要求（图 5）。

图 5：A 系列射频天线为满足多个汽车子系统对多样化连接选择日益增长的需求提供了一个标准解决方案。（图片来源：Kyocera AVX）

这些天线旨在实现产品轻松导入和快速上市，支持用于个人通信、数据网络、安全系统和导航的领先连接技术，包括以下设备：

• [AP822601]用于蜂窝、Wi-Fi 以及工业、科学和医疗 (ISM) 连接的宽带天线
• [A9002137] 全球导航卫星系统 (GNSS) 天线，支持个人和商业导航最常用的频率
• [A9001978] 用于双频 Wi-Fi、蓝牙或超宽带 (UWB) 连接的天线

尽管 AEC-Q200 标准并未明确涵盖天线产品，但 A 系列射频天线均经过严格测试，符合标准中列出的要求和程序，可为开发人员提供汽车系统所需的可靠性和性能水平。

结语

随着汽车行业朝着更高电子化方向快速发展，设计人员需要元器件能够在日益紧凑和苛刻的环境中提供更多的性能、可靠性、安全性和连接性。Kyocera AVX 提供各种各样符合 AEC-Q200 标准的电容器、电路保护器件和射频天线，以帮助应对这些挑战。