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被动器件应用和市场资料下载
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2021-04-29
贾永世
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用于汽车的被动器件不同于一般民用产品，一直要求具有高信赖性，能适应高温，振动，冲击这类严酷的环境。特别是驱动控制系的被动器件发生问题，很可能会引起重大事故，后果严重。为了防止控制系的不良发生，生产被动器件时，在汽车专用工序生产线上彻底实施特殊的品质管理。
从前，在车载用这一框架范围里，如果是用于汽车的话，要求所有的零部件都具备高信赖性，连材料，构造都采用专用物品。
但是，同样是用于汽车，使用的部位不同，对零部件的要求也不尽相同。因此，近来根据不同要求的使用环境，更细化地选择最合适的零部件，总成本也降低了。
比如：使用在引擎，动力传输，排气这种驱动系部位时，就需要使用车载信赖性达到可对应125~175度的部件。汽车导航，车载影音，ETC系统这种使用在车厢内部的情况，也可以采用适用温度范围在105度以下的一般民用被动器件。
关于使用在高温环境下的被动器件，不仅是在材料方面选择耐高温的材料，还需要应付由于各种材料热膨胀产生的应力对器件造成的破坏（裂缝等）。部件的形状越大，发生的应力就越大，所以就需要下功夫想办法减小热冲击时的应力。
举个例子：SMD Power Inductor 为了减少基板的膨胀应力，不依靠粘着剂，采用发生应力较少的应力释放（Stress Release）构造的端子构造。
另外，比较下组成电感的主要材料，磁性体，卷线和端子，热膨胀系数有很大差异的树脂底座和粘着剂等辅助材料，都尽可能不使用或少使用，不单在基板的应力上下功夫，还努力抑制产品内部应力的产生。
近年来，在不断应对环保，汽车节省燃油费，安全化的进程中，测试胎压系统（TPMS），无钥进入系统（RKE），汽车防盗系统（Immobilizer）等越来越多的使用起接收电波的天线线圈（Transponder Coil）另外，加上ECU和安全气囊，HEV的逆变器（Inverter）控制，ECB，HID leveling，EPS升压，带AFS功能的HID，车载相机，及车辆控制都导入了新的通信控制系统，电子器件也不断进入，汽车的电子化进程越来越快了。随着使用的车载器件增加，包括噪音对策部件，被动线圈产品的需求将不断扩大。
车载电子器件的使用不断增加，又因为必须最大程度地保证车内空间，所以，各种电子器件将从车内挪至车外，特别会被安装在引擎等更加恶劣的环境里。
引擎室内装的不仅是从前的ECU，还有很多其他的零部件，引擎室的空间就更加不够了。特别是把电池电压转换至各种必要电压的DCDC转换器的需求增大，安装的空间就更小了，因此，就要求零部件小型化。
提高开关频率对DCDC转换器的小型化转变很有效。由于开关频率上升，即便相同的电流值，也能降低电源电感的感值，就能实现小型化。
以前，车载用的DCDC转换器和一般的民用品相比，一般普遍使用100kHz不到的比较低的驱动，但是最近为了小型化，民用的电子设备里使用的开关频率迅速上升，过去的环状卷线型的电源电感小型化了，向SMD化转变。
环状卷线的线圈基本上是靠手工卷线，操作员工不同，参差很大。但是由于SMD化后，自动卷线，不仅做到了小型化，更提高了品质的稳定性。
另一方面，汽车大部分都有AM收音，考虑到收音噪音的影响，DCDC转换器的开关频率需要避开AM收音频率带（AM收音频率带540～1620kHz）。
因此，要将开关频率提高到500kHz以上，就必须一下子把频率带做到1.6MHz之上，但是以现状来看很难。这是转换器小型化的难点。
另外，电源电感会伴随发热，在高温下使用的情况下，有适用温度的上限，还受自身升温的制约。
也就是说假定周围温度为室温～65℃，民用可以上升40℃，与此相对使用在高温环境下的话，允许温度上升的空间小，可能会导致通过的电流小于民用产品的电流。
一直以来，一般的电感是以Ni-Zn系的铁氧体作为磁芯的，这种材料虽然强度较高，但是饱和磁束密度较低，高温时，饱和磁束密度会降低，在电子部件驱动日趋低电压，大电流化的今日，这类小型化产品无法对应大电流。要在高温环境下通过更大的电流，就要使用由饱和磁束密度高且损耗小的Mn-Zn铁氧体磁芯构成的电感。一般而言，Mn-Zn铁氧体材料的电感，磁芯的中脚部分会形成Gap，磁芯的中脚部分开始较容易饱和。如图4 VLM所示，结构是由口字形磁芯（磁性结合型磁芯）和棒状磁芯组成。采用了这种构造后，将本来容易产生饱和的中心磁芯的中脚部分分成上下两部分，在上下根部形成Gap，不易出现部分饱和，能够容许更大电流通过。另外，由于Gap分散在卷线的上下两端，可以减少从Gap泄漏的磁束对卷线的影响。过电流损失减少，电源效率也提高了。再者，还可使用金属磁芯的电感。它的饱和磁束密度更高，受温度影响饱和电流的变化很少。如图6 ERM6050所示。金属磁芯的电感还有另外一款复合金属型的电感（图7 SPM系列）。
我们不能否定电源电感中泄漏的磁束不会引起各9种误动作，所以就致力于把Gap做到线圈的下方（图2 LTF5022）；把Gap转到电感内部（图4 VLM系列）。
受各种电子器件控制的影响，电源电感的可听频率带信号可能重叠，发出嘶响。如果安装在引擎室内没有任何问题，但是随着对车内环境安静性的提高，这类器件安装在引擎室之外的场所时，电源电感的低噪音对策就显得尤为重要。
可听频率带的信号只要通电，就不能完全抑制鸣叫的发生。但是为了降低鸣叫，可以通过采取使用低磁致伸缩材料，减少组成部件，向更小型化发展，及固定部件尽可能把固有频率提高到可听频率带之上这类方法解决。
如同图7 SPM系列这类的复合金属型产品不仅仅能对应高温时的大电流，因为绕线和磁芯材料是一体成形的，更能有效抑制绕线的振动，降低鸣叫。
随着今后电动汽车及混合动力车的发展，汽车的电子化也将加速发展。与此同时，对应的被动部件也将不断地向小型化，生产自动化，SMD化演变。可以预计未来的需求会越来越大。
(mbbeetchina)
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