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重新設計用于汽車“萬物電動”的功率電感器

發(fā)布時間:2022-11-30 責任編輯:lina

【導讀】當今汽車各個方面的電氣化趨勢對DC/DC轉換器提出了極高的要求,以在很寬的溫度范圍內提供穩(wěn)定的功率,并在嚴格的空間限制內提供高可靠性和能源效率 - 例如電子控制單元(ECU)。新一代功率電感器具有出色的特性,可滿足這些需求。


當今汽車各個方面的電氣化趨勢對DC/DC轉換器提出了極高的要求,以在很寬的溫度范圍內提供穩(wěn)定的功率,并在嚴格的空間限制內提供高可靠性和能源效率 - 例如電子控制單元(ECU)。新一代功率電感器具有出色的特性,可滿足這些需求。


電動萬物


過去,汽車銷售人員使用“電動一切”一詞來描述奢侈的奢侈品,例如電動窗戶和天窗,也許在極端高端,可調節(jié)的車門后視鏡和加熱座椅。在當今世界,這幾乎是一個字面上的陳述。動力轉向、水泵等發(fā)動機輔助設備、自動離合器和變速箱控制等主要功能正在轉換為電動操作。盡管電子燃油噴射是一項歷史悠久的功能,可以提高性能和燃油效率并減少排放,但混合動力和電池電動汽車(HEV/BEV) 正在通過將整個傳動系統(tǒng)和能量存儲替換為電氣等效物來將電氣化推向極限。


電氣化帶來了降低成本、輕量化等優(yōu)勢,以及靈活的電子控制機會,允許通過定期軟件更新來調整性能并添加新功能并隨后進行改進。


提高安全性是另一個值得特別注意的目標。高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS),如自動轉向和制動,內部和外部的先進照明系統(tǒng),以及聯(lián)網(wǎng)汽車功能,如V2X和緊急支持服務,引入了更多的電子模塊,如LED驅動器和傳感器,包括攝像頭、雷達、激光雷達和無線模塊,連接到控制單元,這些控制單元包括傳統(tǒng)計算和人工智能推理的混合。


從最先進的車輛配備單個電子控制單元(ECU)來處理發(fā)動機管理的時代,我們現(xiàn)在處于一個即使是普通汽車也可能包含100多個ECU或域控制器的時代,以管理眾多的車身電子設備,動力總成,舒適性,安全性和信息娛樂系統(tǒng)。


穩(wěn)定功率的重要性


密集的電氣化給汽車電子設備的設計人員帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。ECU必須在很寬的溫度范圍內始終如一地運行,特別是在引擎蓋下或暴露在陽光下的區(qū)域。它們還必須具有高抗沖擊和抗振動性,共存且不干擾車輛中的其他系統(tǒng),并符合儀表板后面、門腔內、發(fā)動機艙內、前照燈后面以及機電一體化組件(如電動系統(tǒng))內部的極端空間限制。


改變ECU電源設計方法有助于實現(xiàn)這些目標。需要在很寬的溫度范圍內保持輸出穩(wěn)定性。傳統(tǒng)電感器通常采用纏繞在鐵氧體磁芯上的導電線圈,在很寬的電流范圍內具有穩(wěn)定的電感,但電感在高于飽和電流時會急劇下降。此外,飽和電流與溫度有關,在較高溫度下會降低。除了在寬溫度范圍內提供更好的飽和特性和穩(wěn)定性外,用于汽車應用的電感器還應提供低直流電阻,以避免不必要的自發(fā)熱并最大限度地減少能量損失,從而有助于提高車輛的整體效率。


新型金屬復合電感器


為了滿足這些需求,一類新型金屬復合電感器正在出現(xiàn)。KEMET 的 MPXV 電感器等器件包括一個銅線圈,該線圈端接到一個大型可焊接焊盤并封裝在模制外部磁芯內(圖 1)。


重新設計用于汽車“萬物電動”的功率電感器

圖1.金屬復合電感器的構造。


磁芯由絕緣鐵顆粒制成,鐵的主要用途導致比典型的鐵氧體公式更穩(wěn)定的溫度系數(shù)。為了形成鐵芯,將鐵粉與粘合劑混合,并在線圈周圍壓制成所需的鐵芯形狀。物理特性創(chuàng)造了固有的分布式氣隙,使磁芯能夠存儲比鐵氧體更高水平的磁通量。


KEMET 的 MPXV 功率電感器結合了低直流電阻和緩慢飽和特性,與傳統(tǒng)的鐵氧體磁芯電感器相比,在整個溫度范圍內也更穩(wěn)定(圖 2)。出色的飽和特性使 DC/DC 開關電源能夠在浪涌電流高的情況下保持功能,而改進的溫度穩(wěn)定性使工程師能夠在進行可靠的熱考慮進行設計時。MPXV 功率電感器還受益于 EMI 屏蔽,可減少磁通泄漏和干擾,并通過汽車級 AEC-Q200 認證。


重新設計用于汽車“萬物電動”的功率電感器

圖2.金屬復合材料和鐵氧體磁芯電感飽和度的比較。


憑借高達 155°C 的指定參數(shù)以及低噪聲和高達 30G 的高抗沖擊和振動能力等其他理想性能屬性,這些電感器可用于車輛的所有區(qū)域,包括引擎蓋下具有挑戰(zhàn)性的操作環(huán)境。因此,它們可以幫助推動正在進行的電氣化進程,幫助向 LED 大燈、儀表組面板、平視顯示器 (HUD)、電動水泵 (EWP)、電動油泵 (EOP) 和電動助力轉向 (EPS) 等子系統(tǒng)提供穩(wěn)定高效的電力。


MPXV 系列電感器提供 0.10μH 至 100.00μH 的寬電感值范圍,采用表面貼裝封裝,利用模制磁芯的易成型性提供薄型,以滿足受到嚴格空間限制的應用。


結論


新的內線圈結構和創(chuàng)新的金屬復合材料技術使新型電感器的出現(xiàn)成為可能,這些電感器具有良好的飽和特性和溫度穩(wěn)定性,以滿足最新的汽車應用,因為電氣化擴展到車輛的各個方面。KEMET 的 MPXV 系列等新型電感器正在將行業(yè)帶入真正的“萬物互聯(lián)”時代。

(來源:中電網(wǎng),作者:Michael Freitag)


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