- TE針對HEV/EV的電路保護方案
提高燃油經(jīng)濟性和減少二氧化碳排放的全球化行動(dòng)向汽車(chē)行業(yè)提出了巨大的挑戰，減輕汽車(chē)重量是目前制造商采取的最常見(jiàn)策略之一。由于電動(dòng)汽車(chē)(EV)和混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)也可用于解決全球的能源與碳排放危機，汽車(chē)制造商和電池制造商正在迅速開(kāi)發(fā)新的材料和解決方案以推進(jìn)這些技術(shù)的發(fā)展。
聯(lián)網(wǎng)生活方式也已經(jīng)滲透到汽車(chē)中，并已極大地影響新的汽車(chē)設計。消費者需求和競爭壓力迫使汽車(chē)制造商在汽車(chē)上增加了越來(lái)越多的功能和特性，這些功能和特性進(jìn)而影響到汽車(chē)的電子/電氣架構和所用的元器件。
更環(huán)保、更輕的設計
對今天的汽車(chē)工程師來(lái)說(shuō)，提高燃油經(jīng)濟性和減少溫室氣體(GHG)排放已經(jīng)成為重要的設計準則。顯而易見(jiàn)，電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)是應對這些挑戰的解決方案，但減輕汽車(chē)重量的技術(shù)也能提供一些明顯的好處，因為減輕汽車(chē)重量和滾動(dòng)阻力可以降低對能源的需求，并有效地減少二氧化碳排放。
除了提高元器件集成度和使用先進(jìn)材料有助于汽車(chē)制造商減輕汽車(chē)重量之外，線(xiàn)束重量也是一個(gè)讓人特別感興趣的領(lǐng)域，并已經(jīng)吸引設計工程師重新審視他們的設計方案，以防止汽車(chē)電源功能因大電流故障情況而受損。
設計工程師面臨的一個(gè)挑戰是保留和/或增加電路保護器件，它們有助于保護汽車(chē)電子系統因可能的過(guò)載情況而受損，同時(shí)降低總體成本和重量。由于一輛汽車(chē)通?？赡馨瑪蛋賯€(gè)電路和超過(guò)一公里的導線(xiàn)，布線(xiàn)系統的復雜性可能使得傳統電路設計技術(shù)難以使用，并可能導致不必要的過(guò)度設計。
圖1：典型的集中式架構。
許多制造商已經(jīng)發(fā)現，將分布式架構和可復位聚合物正溫度系數(PPTC)過(guò)流保護器件結合使用可以顯著(zhù)減輕汽車(chē)重量。圖1和圖2顯示了傳統集中式架構和分布式架構之間的差異。集中式方案要求每個(gè)模塊由接線(xiàn)盒中一個(gè)獨立的熔絲保護，見(jiàn)圖中黃 色部分。在這種“星形”架構中，每個(gè)功能也要求獨立的導線(xiàn)，因而增加了重量和成本。相反，在由電源總線(xiàn)供電多個(gè)接線(xiàn)盒的分布式架構中，從接線(xiàn)盒出來(lái)的每根導線(xiàn)都可以得到一個(gè)可復位電路保護器件的保護。
圖2：典型的分布式架構。
過(guò)去，機械強度規定汽車(chē)中使用的最細導線(xiàn)直徑為0.35平方毫米(22 AWG)，它能承載的電流范圍從8A至10A。這個(gè)限制在一定程度上抵消了低電流信號電路(如8A以下)中使用PPTC器件帶來(lái)的好處。不過(guò)，目前的導線(xiàn)材料技術(shù)可以在給定載流能力下支持更小直徑的導線(xiàn)，包括直徑0.13平方毫米(26 AWB)、最大電流為5A的導線(xiàn)。當使用分布式架構和PPTC過(guò)流保護時(shí)，這種先進(jìn)技術(shù)可以減輕更多的重量。
可替代的電源系統
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可替代的電源系統
雖然電動(dòng)汽車(chē)完全成為主流還需要一定的時(shí)間，但一些制造商深信面向大眾市場(chǎng)的零排放汽車(chē)時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。當談到針對未來(lái)交通開(kāi)發(fā)的技術(shù)時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)和電池產(chǎn)業(yè)毫無(wú)疑問(wèn)是焦點(diǎn)所在，當前研發(fā)工作重點(diǎn)放在提高電池存儲容量和加快電池充電時(shí)間。通過(guò)與汽車(chē)和電池制造商的合作，TE Connectivity公司目前正在為這一新興市場(chǎng)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)新的技術(shù)和解決方案。
圖3顯示了PPTC技術(shù)如何應用于混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)電池模塊中的過(guò)溫檢測。該例使用了一個(gè)熱敏傳感器陣列來(lái)監視單節電池故障。由于給PPTC器件加熱會(huì )使器件電阻迅速非線(xiàn)性上升，因此這種解決方案可以實(shí)現快速、精確的電池溫度感測。如圖所示，一節發(fā)熱的電池由于迅速上升到指定檢測溫度而被“標記”了出來(lái)。
圖3：用于混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)電池模塊的熱指示陣列。在本例中，紅色電池溫度超過(guò)了指定閾值，PPTC器件進(jìn)入高阻狀態(tài)。
功率電子應用在興起
越來(lái)越多的傳統機械功能正在升級到電子應用，如電動(dòng)助力轉向和電子停車(chē)系統。這些大功率、高溫度應用對功率電子系統提出了更高的要求，當powerFET、電容、電阻或IC等功率器件由于長(cháng)期暴露在苛刻環(huán)境下而發(fā)生故障時(shí)，有可能產(chǎn)生嚴重的熱問(wèn)題。
提高功率器件性能、使用散熱更均勻的設計技術(shù)、采用新的散熱材料是目前已經(jīng)提出的用于增強熱管理性能的一些解決方案。不過(guò)，設計工程師仍在很大程度上依賴(lài)二級保護來(lái)阻止因功率器件故障或腐蝕導致過(guò)熱而產(chǎn)生的熱失控。
最常用的方法是使用熱熔絲/熱切斷(TCO)或熱開(kāi)關(guān)。這些器件都能向設計工程師提供交流和直流應用中寬泛和特定的溫度激活特性，但在電路板組裝過(guò)程中存在一些問(wèn)題。因為越來(lái)越多的PCB只使用表面貼裝器件(SMD)，而使用通孔器件需要專(zhuān)門(mén)的安裝過(guò)程，進(jìn)而帶來(lái)額外的成本和復雜性。此外，標準器件可能無(wú)法提供汽車(chē)應用所需的耐用性和可靠性。而能夠用于汽車(chē)環(huán)境的器件經(jīng)過(guò)了完整的測試，以滿(mǎn)足嚴格的沖擊和振動(dòng)規范要求，并提供合適的直流額定值。
泰科電子最近推出了一款適用于汽車(chē)應用的回流熱保護(RTP)器件，這是一種可以切斷電流的二級保護器件，有助于防止因功率器件故障和PCB走線(xiàn)過(guò)熱而出現的損害。這種解決方案通常消除了對厚重散熱器、冗余FET和繼電器的需求。而這些需求廣泛地存在于電子控制單元、HVAC、ABS、電動(dòng)助力轉向系統、DC/DC轉換器和PTC加熱器中。
使用工業(yè)標準的貼片和無(wú)鉛回流焊設備可以快速方便地安裝這種表面貼裝器件，并且這種器件可以承受峰值溫度遠超過(guò)200℃的多次回流焊工藝。在實(shí)際應用中，當檢測到溫度超過(guò)200℃時(shí)，它就會(huì )切斷電流。
為了在經(jīng)過(guò)標準回流焊安裝后還能在現場(chǎng)200℃溫度時(shí)打開(kāi)，RTP器件使用一次性電子激活工藝獲得熱敏特征。在實(shí)施激活程序之前，器件可以承受至少3次無(wú)鉛回流焊而不打開(kāi)。激活程序可以在系統加電時(shí)自動(dòng)實(shí)施，也可以在制造后期的線(xiàn)路系統測試期間實(shí)施。
汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)
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汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)
在“信息娛樂(lè )高速公路”的大方向下，兩大清晰的趨勢正在快速改變汽車(chē)設計的面貌：車(chē)載娛樂(lè )和無(wú)線(xiàn)連接。汽車(chē)制造商以及移動(dòng)設備制造商敏銳地意識到消費者越來(lái)越高的要求：以家庭或辦公室中使用的同樣方法連接汽車(chē)內的數字設備。
今天的汽車(chē)已經(jīng)變成了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，集成各種特性和功能，包括嵌入式控制、移動(dòng)媒體和無(wú)線(xiàn)選項。信息娛樂(lè )、遠程信息處理、安全和電子控制等應用要求使用多種成熟的網(wǎng)絡(luò )標準，如LIN、CAN、MOST、IDB-1394、FlexRay、byteflight、用于嵌入式控制的藍牙等等。
藍牙標準已經(jīng)為能夠與汽車(chē)及其系統交互的移動(dòng)電子設備創(chuàng )建了新的市場(chǎng)機會(huì )，如蜂窩電話(huà)、MP3播放器和導航設備。保護通信接口免受靜電放電(ESD)以及由天線(xiàn)和儀器的無(wú)線(xiàn)(RF)接口引起的其它電壓浪涌損害是一個(gè)關(guān)鍵的設計問(wèn)題。
圖5顯示了聚合物增強型齊納二極管(PolyZen器件)如何保護藍牙模塊的電源輸入端口。該器件提供集成式過(guò)流和過(guò)壓電路保護功能，還使用了小電容聚合物ESD(PESD)器件，用于防止天線(xiàn)受到ESD浪涌而損壞。
圖5：針對藍牙模塊的典型電路保護解決方案。
發(fā)展前景
汽車(chē)設計中越來(lái)越多的功率器件和高數據速率連接使得人們更加迫切地需要可靠、具有成本效益的電路保護解決方案。TE Connectivity公司的研究、設計和應用工程師團隊正在與汽車(chē)制造商、集成商和OEM廠(chǎng)商合作開(kāi)發(fā)所需的元器件，從而推進(jìn)各種新技術(shù)、支持新興應用，并幫助汽車(chē)制造商滿(mǎn)足苛刻的安全標準。
