高可靠性车载高频率功率电感器可降低故障风险

 

汽车已经从由人驾驶的时代向辅助驾驶、自动驾驶转变，使用的电子零部件的数量也在进一步增多。一个零部件发生故障，就意味着汽车会丧失本来应有的功能，对零部件可靠性的要求正在进一步提高。TDK提出了面向车载可降低故障风险的高可靠性高频率功率电感器方案。

目次

汽车电子的动向

车载零部件要求的环境的变化

针对各种ECU分别提出最佳解决方案

高可靠性车载用高频率功率电感器的产品概述

高可靠性车载用高频率功率电感器的产品概要、特点、用途等

车载电源电路

汽车电子的动向

市场需求要求汽车往安全性和节能性发展。安全性是通过机械的自动化、ECU的冗余性、功能分担来实现的。另外，由于xEV的普及，增加了对xEV使用环境的需求。因此ECU的使用数量有增加，电子零部件需求也随之增长，对于提高零部件的可靠性，小型、高性能化的要求越来越多。

图1　汽车电子的动向

车载零部件工作环境的变化

伴随着xEV、自动驾驶的普及，车载零部件的可靠性要求逐步发生变化。汽车从ICE(内燃机)变为了BEV(电机)，其内部发热源(内燃机)逐步被替代，内部工作环境温度也随之降低，另一方面，伴随着自动驾驶的普及，汽车的使用时间可能会延长。根据功能不同，零部件要求的工作环境温度也有所差异，预计可靠性的要求时间会提高到3000小时。另外，为了稳定电池的电压，ECU必须搭载DC-DC转换器，并且因为EMI噪音问题，开关频率逐渐上升到1.8-2.2MHz来避开AM频段。

图2　车载零部件工作环境的变化

针对各种ECU分别提出最佳解决方案

图3中，横轴为感值，纵轴为电流，TDK绘制了具有代表性的ECU图。大电流小感值的HPL系列用来对应ADAS图像处理器等大功率ECU。中间的TFM系列适用于ADAS和其他ECU的二次回路。BCL系列可对应高感值，适合传感器、车身类小功率ECU。针对高信赖性要求的ECU，TDK可以提供最优的高可靠性车载用高频率功率电感器。

图3　针对各种ECU分别提出最佳解决方案

高可靠性车载用高频率功率电感器的产品概述

与以前相比，HPL、TFM、BCL系列是为实现level5自动驾驶，降低了故障风险的高可靠性车载用高频率功率电感器。与面向ICT的金属类功率电感器相比，在耐压、可靠性方面改良了特性，HPL系列覆盖大电流低电感范围，BCL系列覆盖高电感低电流范围，TFM系列覆盖两者之间的范围，形成了一个产品系列。

图4　高可靠性车载用高频率功率电感器的产品概述

高可靠性车载用高频率功率电感器的产品概要、特点、用途等

HPL/BCL系列将开路风险降到了最低，TFM将短路风险降到了最低。
HPL的Rdc低，磁通漏小，采用3端子构造，抗振动冲击性、散热性优异。
TFM系列增强金属材料的绝缘性，实现耐压40V保障，还可在蓄电池线路中使用。另外，还可实现磁通漏小、高密度贴装。
BCL通过新冲压法，减少铜线的损伤。磁性材料的损失小，在磁通变大的升压回路中效率很高。另外，可获得大感值，在输入输出压差很大的回路中也可以使用。

图5　高可靠性车载用高频率功率电感器的产品概要、特点、用途等

产品概要	HPL 系列	TFM–ALVA 系列	BCL 系列
外观
高可靠性 要点	没有开路风险	没有短路风险	没有开路风险
製品概要	大电流低电感 形成1Ts的扁铜线，直接作为用户端子使用，所以是不会断路的构造，消除了开路模式的不良风险。用铁氧体磁心夹住铜棒，形成产品。	最适合2MHz驱动二次回路 使用薄膜工艺的电感器。 是应对车载质量的产品，150°C40V耐压保证品。使用绝缘膜覆盖内部铜图形，消除短路不良。	应对高电感 使用磁性材料使线圈一体成型得到的电感器。通过金属接合，将线圈接合到用户端子上，消除开路模式的不良。提高占空系数，还可应对高电感值。
特点	漏磁通少 高可靠性 低Rdc（高效率） 应对大电流 散热性好	漏磁通少 高可靠性 实现耐压40V保证 低Rdc 小型	漏磁通少 高可靠性 实现耐压40V保证 低磁芯损耗（高效率） 应对高电感领域
用途	图像处理器用 超大电流用途	ADAS　ECU 车载摄像头 雷达 车载通信用模块	传感器类小电力ECU 车身控制 车载摄像头 车灯
产品构造
构造特征	采用扁铜线作为端子，所以没有接线部分，故可实现高可靠性		低压冲压成型，所以不会对金属线造成损伤，故可实现高可靠性
使用温度 范围	-55～155°C (包括自己温度上升)	-55～150°C (包括自己温度上升)	-55～155°C (包括自己温度上升)
磁性材料	铁氧体磁性材料	金属磁性材料	金属磁性材料
端子电极 规格	扁铜线＋镀Ni＋镀Sn	导电性树脂＋镀Ni＋镀Sn	导电性树脂＋镀Ni＋镀Sn

车载电源电路

图6是一个车载电源电路的例子，显示了ECU内DC-DC变换器的1次电路、2次电路中电感的使用情况，2次电路的开关频率逐渐达到2MHz左右。高可靠性车载用高频率功率电感器的HPL、TFM、BCL系列可提供最佳解决方案。

图6　车载电源电路

        审核编辑：彭菁