Các ứng dụng ô tô phải đối mặt với một loạt yêu cầu phức tạp, từ các yêu cầu cơ bản về hiệu suất, độ tin cậy và an toàn cao của các hệ thống con điện tử cho đến các yêu cầu lựa chọn kết nối ngày càng đa dạng. Do môi trường ô tô khắc nghiệt và nhu cầu về các hệ thống con nhỏ gọn hơn, cũng như xu hướng sử dụng xe điện cao áp (EV) và xe hybrid, việc đáp ứng các yêu cầu này là một thách thức.
Các nhà phát triển yêu cầu nhiều loại tụ điện, thiết bị bảo vệ mạch và ăng-ten tần số vô tuyến (RF) đáp ứng hoặc vượt tiêu chuẩn AEC-Q200, đồng thời giải quyết các thách thức liên quan đến hiệu suất, độ tin cậy, an toàn và khả năng kết nối trong thiết kế ô tô. Để vượt qua những thách thức này, các nhà thiết kế hệ thống ô tô có thể tìm kiếm một công ty có chuyên môn về tụ điện, thiết bị bảo vệ mạch và ăng-ten RF tương thích tuân thủ tiêu chuẩn Chứng chỉ 200 của Hội đồng Điện tử Ô tô (AEC-Q200). Cách tiếp cận này có thể tiết kiệm thời gian và tăng khả năng thiết kế thành công.
Bài viết này trước tiên cung cấp cái nhìn tổng quan ngắn gọn về các xu hướng chính và thách thức thiết kế trong các ứng dụng ô tô mới nổi. Sau đó, các giải pháp của Kyocera AVX được giới thiệu và giải thích cách các giải pháp này giúp giải quyết những thách thức này.
Làm thế nào để định hình lại yêu cầu thiết kế trong xu hướng phát triển của ô tô
Nhu cầu về nhiều tính năng và chức năng hơn đã làm tăng đáng kể số lượng thiết bị điện tử ô tô. Ngoài các hệ thống con hướng tới người tiêu dùng như hệ thống hỗ trợ người lái tiên tiến (ADAS), các hệ thống con điện tử nhúng cũng góp phần cải thiện sự an toàn, hiệu quả và sự thoải mái của các phương tiện truyền thống và xe điện. Đặc biệt trong xe điện, các hệ thống con điện tử đóng vai trò trung tâm trong việc đảm bảo năng lượng và hiệu suất của hệ thống điện cao áp và hệ thống quản lý pin.
Xu hướng của ngành đòi hỏi các nhà phát triển hệ thống phụ điện tử xe điện và truyền thống phải cung cấp các thiết kế nhỏ gọn và tiết kiệm hơn trong khi vẫn duy trì mức hiệu suất, độ tin cậy và an toàn cao nhất. Các thành phần tuân thủ AEC-Q200 của Kyocera AVX có thể đáp ứng các yêu cầu khác nhau của các hệ thống điện tử khác nhau cần thiết để hỗ trợ các xu hướng mới nổi này.
Tụ điện cung cấp hỗ trợ cho các yêu cầu thiết kế ô tô cơ bản
Các tụ điện của Kyocera AVX có thể đáp ứng các yêu cầu cơ bản của hệ thống con điện tử ô tô về hiệu suất, độ tin cậy và an toàn. Các tụ điện này sử dụng nhiều công nghệ để cung cấp cho các nhà thiết kế sự kết hợp cần thiết giữa các đặc tính, chức năng, cách đóng gói và kiểu lắp đặt được đánh giá, bao gồm công nghệ gắn trên bề mặt (SMT) và các phiên bản dây dẫn xuyên tâm.
Đối với các ứng dụng yêu cầu đóng gói tối thiểu, độ tin cậy cao, điện dung cao và điện trở loạt tương đương (ESR) thấp, các nhà thiết kế thường sử dụng tụ điện chip gốm nhiều lớp (MLCC), chẳng hạn như dòng SMT MLCC dành cho ô tô AEC-Q200 của Kyocera AVX. Ví dụ: KAS21BR72A222JM là MLCC được đánh giá ở mức 2200 picofarad (pF) và 100 volt, được đóng gói theo tiêu chuẩn 0805 SMT, với kích thước 2,01 x 1,25 mm (mm).
Trước đây, MLCC truyền thống được sử dụng trong thiết kế ô tô thường bị hỏng do ứng suất cơ học và sự không khớp giữa hệ số giãn nở nhiệt của thiết bị và hệ số giãn nở nhiệt của bảng mạch in. Kyocera AVX giải quyết vấn đề này thông qua công nghệ FLEXITERM cải tiến, sử dụng các lớp polymer dẫn điện để duy trì kết nối điện giữa các điện cực của tụ điện và các cực ngay cả trong quá trình uốn cong, rung và giãn nở nhiệt của bảng mạch. Lớp polymer này giúp giảm các nguồn lỗi thường gặp mà không làm tăng ESR của tụ điện.
Để ngăn chặn hơn nữa các lỗi trong các ứng dụng quan trọng về an toàn, một số MLCC của Kyocera AVX, bao gồm KAS21BR72A222JM, đã kết hợp FLEXITERM với công nghệ FLEXISAFE. FLEXISAFE MLCC của Kyocera AVX (Hình 1) áp dụng thiết kế điện cực xếp tầng bên trong, với hai tụ điện được mắc nối tiếp trong một gói MLCC duy nhất.
Sơ đồ công nghệ Kyocera AVX FLEXITERM MLCC
Hình 1: Công nghệ FLEXITERM MLCC của Kyocera AVX bổ sung một lớp polymer dẫn điện giữa điện cực và thiết bị đầu cuối, giúp duy trì kết nối điện giữa thiết bị và bảng mạch dưới tác động cơ học và không khớp nhiệt. (Nguồn ảnh: Kyocera AVX)
Với cấu trúc xếp tầng này, ngay cả khi một trong các tụ điện nối tiếp bên trong của FLEXISAFE MLCC bị đoản mạch, các thiết bị này vẫn có thể duy trì điện dung định mức.
Đảm bảo hiệu suất ổn định của thiết kế xe
Ngoài độ tin cậy cao, nhiều hệ thống con ô tô còn dựa vào độ ổn định cao, hiệu suất tổn thất thấp và thay đổi điện dung tối thiểu do nhiệt độ, điện áp hoặc lão hóa. Đối với những thiết kế này, các nhà phát triển có thể sử dụng tụ điện điện môi Kyocera AVX C0G (NP0) tuân thủ các tiêu chuẩn AEC-Q200, chẳng hạn như 08051A102J4T2A 1000 pF SMT MLCC hoặc AR215A102J4R 1000 pF chì xuyên tâm MLCC.
Tụ điện điện môi Kyocera AVX C0G (NP0) được chế tạo bằng chất điện môi ổn định nhất, có dung sai nhỏ và tính năng ổn định tuyệt vời, bao gồm:
Độ lệch hoặc trễ điện dung nhỏ: nhỏ hơn ± 0,05%, trong khi tụ màng mỏng có thể đạt tới ± 2%
Hiệu ứng lão hóa tối thiểu: Sự thay đổi điện dung điển hình của C0G (NP0) nhỏ hơn ± 0,1%, bằng 1/5 so với hầu hết các chất điện môi khác (Hình 2, bên trái)
Điện dung thay đổi rất ít theo nhiệt độ: chỉ 0 ± 30 ppm mỗi độ C (° C), nhỏ hơn ± 0,3% ° C trong phạm vi nhiệt độ định mức từ -55 ° C đến +125 ° C đối với các thiết bị này (Hình 2, bên phải).