新型汽车电子系统的元器件解决方案(上)
汽车电子的中心议题：
- 元器件在汽车电子系统中的应用
- 新兴需求为元器件市场带来的机遇和挑战
- 元器件在汽车安全系统中的作用
- 车载娱乐系统中半导体元器件的应用
- 新能源汽车引领高压连接器潮流
未来的汽车电子系统中，随着对安全、节能、环保、舒适和娱乐等需求的增加，相关元器件及其周边产品的出货也将持续快速增长。诸多汽车电子领域的设计挑战，需要从元器件层面就开始考虑解决方案。本期半月谈围绕这个话题，介绍新型传感器、保护器件、高压连接器在汽车动力控制、安全系统、通信娱乐、充放电系统等方面的应用。
汽车电子的技术升级速度和其他应用领域如工控、医疗相比是相当快的，这有多方面的原因。首先汽车电子和人们的日常生活紧密相关，尤其在欧美这些以车代步的国家，汽车作为必需品，几乎是大多数人日常出行的唯一选择。而正在崛起的新兴市场如中国、印度，汽车市场飞速增长，据最新报道，深圳的汽车保有量刚刚突破170万辆，成为汽车密度最高的内地城市。可以看出越来越多家庭有了购车的需求，从而推动了汽车电子技术的广泛应用和发展。
据isuppli的调查显示，2012年中国汽车电子销售额将从2009年的160亿美元增长到206亿美元。而2012年美国汽车电子市场将为205亿美元，届时第一的位置将让给中国。
汽车有多个子系统，构成非常复杂。每个子系统都离不开大量的汽车电子产品——当然，不同级别的汽车使用汽车电子的数量不尽相同。例如目前中国市场的主流汽车电子系统不太复杂，智能程度不高。这些系统主要专注于转向、驾驶辅助、乘员消极保护、刹车和控制系统以及舒适方便。
随着市场的升级，未来汽车电子的应用热点也将面临变化，能源系统、安全系统、避撞、线控驾驶、控制系统、智能传感器与激励器、集成汽车电气与电子系统和热舒适系统都将扮演着更重要的角色。
下面，我们就来分析这些新兴的需求为元器件市场带来了哪些机遇和挑战。
元器件在汽车安全系统中的作用
安全性是汽车系统设计要考虑的第一要素。新的行车安全离不开稳定的引擎管理系统，而传感器件作为汽车内使用量最大的器件之一，在安全系统中也被大量应用。
行车安全方面，及时检测引擎温度是非常重要的一环。在检测的同时，还必须确保可靠性和使用寿命。TDK最新的传感器重量仅为传统金属结构的50%，但在保障温度检测准确性的同时，防震性能和使用寿命也得到了大幅提升。传感器顶部的塑料外壳可保证极佳的热传导性，从而优化反应时间和精确度，有利于测量汽车油温和冷却液温度。另外反应快、适应范围广也是该产品特色。
汽车在起停等常规操作中，会受到电气干扰和高频影响，产生干扰。通过配线系统传导，最终耦合或以辐射方式干扰到车载电子设备。干扰源包括启动系统、交流电机、负载切换、开关抖动以及“抛负载”(即直流电机运行过程中切断电源，由此产生的电压)。
这些浪涌中最具破坏性的是“抛负载”，发生在引擎正在运转的过程中，在交流电机正在给电池充电时断开电池连接。产生的瞬态电压幅度取决于断开连接时交流电机的转速和场激励的大小。这一浪涌过程可能持续几百毫秒，产生100V以上的电压，对半导体电路具有潜在的致命影响。一旦电子电路受到破坏，就可能对安全造成极大隐患。
PPTC保护器件是一种可复位的聚合物正温度系数器件，一直以来应用于电源直流输出端的过载和短路保护。泰科电子瑞侃的PolySwitch产品能够为电源、RXE输入/输出接口提供保护，也能实现过热、电机失速等保护。
除了PPTC器件，MOSFET也能起到类似的保护。不过， MOSFET除了具有高频率性能、输入阻抗高、驱动功率小、热稳定性优良等优点之外，还能使功率组件更符合最低的系统成本，藉以达到更为优异的故障自我保护系统。因此，大部分的设计人员转而采用具有保护作用的MOSFET功率组件来完成。12下一页> 关键字：汽车电子 新型元器件 车身控制 本文链接：http://www.cntronics.com/public/art/artinfo/id/80008981
车载娱乐系统中半导体元器件的应用
信息娱乐设备也容易因为过高的瞬变电压而损坏，其中包括它所在的工作环境及周边设备产生的静电放电(ESD)脉冲。往往使用ESD保护器件、金属氧化物变阻器(MOV)和齐纳二极管来保护汽车电子设备，例如天线、背光加热器、电池、按键、电路板上的印制线、CD/DVD播放器，数据线端口、硬盘驱动器以及输入/输出端口和触摸屏。
车内充电的便携设备对过流过压保护的需求很大，泰科电子的 PolyZen 器件能够满足保护需要。这种器件与类似于齐纳二极管的保护器件一起使用时，具有协同保护的作用，能够承受功率非常高的故障情况。
车内的高速输入/输出端口要求使用电容小的ESD保护器件，尽量保持信号质量不会下降。选用的器件应当适合高速数据传输线路和无线电频率数据线路，能够经受无数次的ESD瞬变电压。
PPTC电路保护器件在车载信息娱乐系统中一样得到了广泛的采用。它作为一种实用的、经济有效的解决办法，起到了过流和或过热保护的作用。在GPS、DVD或者收音机和汽车通讯信息系统(telematics)的电路板中，也常常用它来限制电流。
新能源汽车引领高压连接器潮流
快速发展的电动汽车及混合动力电动汽车市场将引发大批高压连接器应用，这些应用新颖、令人瞩目。不同汽车制造商正在尝试不同方法以实现低排量或零排量的目标，由此也将进一步提高对连接器供应商的要求。这些要求有一个共性，即在满足不同程度的安全及人身保护要求的同时，不断降低成本，减小重量和体积。同时，制造商不会放弃现代消费者所期望的高可靠性和耐用性。
连接器厂商中，FCI在电动汽车和混合动力汽车市场上有强大的竞争力。新推出的Power.S3系列是专为新一代充电电池驱动的插电式混合动力汽车和电动汽车设计的产品。
使用大容量锂电池是电动汽车和混合动力汽车设计多样化选择的一个共同点。锂电池工作电压的范围为400~600V。这至少是传统汽车标准14V铅酸电池的10倍以上，因此FCI连接器公司开发了应用专门的连接器和充电插头的全方位的解决方案。
这些新的连接器和充电插头需要解决许多重大的问题。其中，最首要的就是安全问题，因为新的连接器和充电插头工作电压的范围为400~600V，工作电流的 范围达到50~300A甚至更高。考虑到操作工在汽车的整个生命周期中会不可避免地接触发动机舱，高标准的防触电保护需求是显而易见的。此外，在如此高的功率下，电磁干扰是另一个重要问题。还有，在连接器插拔操作中会产生电弧，这会严重危害到电气连接和电子设备，并且可能引起汽车燃烧。
随着大容量锂电池的出现，在一些案例中引发了危险的失效模式。此外，如何降低电池的重量和成本仍是一项难题：一方面，增加电动汽车的续航里程和电池的容量意味着每个元件的重量都要减轻；另一方面，由于新一代电动汽车牢牢地定位于大众市场，经济性同样扮演着极为重要的角色。而仅电池成本就可能高达数千欧元， 因此，降低汽车内其他配置成本的压力就更大了。
为了迎接这这所有的挑战，FCI连接器公司的Power.S3系列的新型连接器和充电插头产品在高功率操作、成本竞争力、耐久性、紧凑性、人体工学和人员安全方面做了最优化的设计。，FCI连接器公司与REMA（REMA是一家制造电动叉车用插头和插座的专业生产厂家）携手合作，最先推出的合作成果是单相16/32A充电插头和插座，符合SAE J1772和IEC62192-1标准：“慢充”电动汽车/混合动力汽车应用方面的国际通用标准。这些产品用于在公共充电站或在家对汽车的锂电池充电，充电时间为4~8h。
汽车领域仍然具有开拓性，对于工程师来说，要保证系统完全无故障地工作并不容易。这种针对性能的模拟和分析对于电动汽车和混合动力汽车的设计者来说是至关重要的。涉及这些新型汽车设计和制造的公司都处于快速上升的学习阶段，而对于产品在实际应用中的性能，还有许多东西有待我们学习。
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