謹慎選擇和使用被動元件以確保汽車系統可靠性

車用電子在各領域的應用需求不斷增加，包括引擎蓋下電子控制單元 (ECU)、車用資訊娛樂、先進駕駛輔助系統 (ADAS) 等。車用電子系統依賴一系列高效能的組件來確保可靠和穩健的效能，包括用於濾波和儲能的電容、用於電路保護的變阻器、用於緊湊型 ECU 的連接器，以及用於支援連線的 RF 和微波被動組件和天線。

依據車輛不同位置，對溫度、衝擊與振動、濕度、暫態電壓、靜電放電 (ESD) 和其他環境因素的要求也會有所差異。但各種情況都需要被動元件符合 AEC-Q200 的要求。

設計人員需從一系列組件中仔細挑選，才能可靠地因應一般汽車設計的挑戰，尤其是 AEC-Q200 效能標準。這可能既困難且耗時，取決於所涉及的組件數量和種類。

為確保能夠因應先進車用電子系統的相關挑戰，同時最快上市，設計人員可以採用單一來源且通過汽車級認證的多種組件。這些組件包括電容、電路保護餘件、連接器，以及 RF 和微波被動元件與天線。

本文簡單比較設計人員可用的幾種電容技術的一些操作特性及其應用適用性，包括 Kyocera AVX 的範例元件。接著，介紹用於汽車解決方案 的電路保護元件、連接器、RF 和微波被動元件與天線的範例。

汽車電容

針對 10 V 以下電壓和高達 100 µF 的電容等常見應用需求，幾種電容技術的能力大量重疊 (圖 1) 。這並不代表它們對所有應用同樣適用。設計人員在選擇時必須考慮其效能之間的微妙之處。一些重要的考慮因素包括電容量隨施加電壓的變化 (電壓係數)、電容量隨溫度的變化 (溫度係數)，以及等效串聯電阻 (ESR) 隨頻率的變化 (阻抗曲線) 。

圖 1：各種電容技術從電壓和電容額定值來看都相似。(圖片來源：Kyocera AVX)

高電容電壓 (CV) 額定積層陶瓷電容 (MLCC) 可以將大電容量納入小封裝中。部分固態鉭和鉭聚合物電容與高 CV MLCC 有相同的覆蓋區。氧化鈮電容的體積電容額定值稍低。高 CV MLCC 提供兩種介電質可選：

• X5R 介電質在高 CV MLCC 中產生最高的額定電容量，高達 100 µF
• X7R MLCC 一般限制最大約為 22 µF，但具有出色的溫度穩定度

例如，12103C106K4T4A X7R MLCC 的額定值為 10 µF 和 25 V。在 -55 至 +125°C 範圍內，電容的非線性溫度變化在 ±15% 以內。X7Rs 的電容量也隨電壓和頻率變化。X7R 介電質 MLCC 特別適用於可以接受因施加電壓引起的已知電容變化的應用。

電壓和溫度係數

雖然相對穩定，但高 CV MLCC 的電容量會隨著偏移電壓向額定電壓 (RV) 增加而降低。鉭、氧化鈮和聚合物電容具有平坦的電壓係數。此外，高 CV MLCC 在高溫和低溫下的電容量會降低，而鉭、氧化鈮和聚合物電容的溫度係數最小 (圖 2) 。

圖 2：與 MLCC 相比，鉭電容具有平坦的電壓係數 (左兩圖) 和最小的溫度係數 (右圖) 。(圖片來源：Kyocera AVX)

ESR 與頻率

阻抗曲線也很重要。高 CV MLCC 具有尖銳的諧振和低 ESR，而氧化鉭和氧化鈮電容具有寬帶阻抗曲線 (圖 3) 。鉭和氧化鈮元件的 ESR 在低溫下會增加。聚合物電容具有寬帶阻抗特性，與鉭和氧化鈮相比具有較低的 ESR。此外，聚合物元件的 ESR 在低溫下保持較低，而氧化鉭和氧化鈮電容的 ESR 會上升。

圖 3：鉭電容具有寬帶阻抗曲線 (橘)，而高 CV MLCC 具有較低的 ESR (藍) 。(圖片來源：Kyocera AVX)

ECU 用鉭電容

汽車 ECU 的設計人員可以轉用 Kyocera AVX 符合 AEC-Q200 標準的 F97 系列鉭電容。這些電容具有 6.3 至 35 V 的額定電壓、-55 至 125°C 的工作溫度範圍，以及高達 150 µF 的電容量。例如，F971A107MCC 的額定值為 100 µF 和 10 V 。

車身電子用聚合物電容

聚合物電容的工作溫度範圍與鉭電容相同 (-55 至 +125°C)，但聚合物電容的 RV 高達 50 V，而鉭電容的 RV 為 35 V 。TCQ 系列是符合 AEC-Q200 標準的聚合物電容，其電容量高達 470 μF，在 125°C 時的額定壽命為 2,000 小時，是 AEC-Q200 規範要求的兩倍。這些電容的汽車應用包括車身電子、車用資訊娛樂、車艙控制和舒適系統，這些應用可採用 TCQD337M004R0025E 等額定值為 330 µF 和 4 V 的元件。

用於車艙內系統的氧化鈮

OxiCap NOJ 系列等氧化鈮電容的電容值高達 1000 μF、RV 高達 10 V 。這些電容設計用於工作電壓高達 7 V 的應用，例如座椅位置模組、安全氣囊控制、車用資訊娛樂。其工作溫度範圍為 -55 至 +105°C。例如，NOJC107M004RWJ 的額定值為 100 µF 和 4 V 。氧化鈮是一種固有安全技術，具有高電阻值和非燃燒失效模式。此技術非常可靠，在 85°C 下運作每 1,000 小時的失效率為 0.5%。

高壓 MLCC

除了高 CV 設計外，MLCC 的額定電壓高達 5,000 V 。Kyocera AVX 的 630 V、0.15 µF 1825CC154KAT2A 符合 AEC-Q200 標準，設計用於高頻汽車電源轉換器和高壓耦合或直流阻隔器中的緩衝器和諧振器。這些高壓晶片設計在高頻下具有低 ESR。

超級電容

超級電容在汽車系統中用於備用電源、延長電池續航力並提供瞬時功率脈衝。AVX 的 SCC 系列在 2.7 V 和 3.0 V 額定元件中提供 1 至 3,000 F 的電容量。SCCV40E506SRB 的額定值為 50 F 和 3 V，最大 ESR 為 20 mΩ (圖 4) 。其乙腈 (ACN) 電解液技術可提供低 ESR。ACN 元件大約每降額 10°C 或 0.2 V，其預期壽命就會翻倍，因此適合長壽命應用。特別經過最佳化的 SCC LE 系列零件具有更低的 ESR。

圖 4：SCCV40E506SRB 等超級電容可以提供備用電源、延長電池續航力或提供瞬時功率脈衝。(圖片來源：Kyocera AVX)

ESD 防護

大多數汽車系統都需要 ESD 防護。Kyocera AVX 的 TransGuard 低箝位積層變阻器符合 AEC-Q200 標準，專為需要較低箝位與工作電壓比的應用所設計。該元件在單一組件中提供雙向 ESD 過壓保護以及電磁干擾和 RF 干擾 (EMI/RFI) 衰減，適用於 ECU、車用資訊娛樂和車艙顯示器等應用。VLAS080516C350RP 的工作電壓為 16 V_DC 或 11 VAC，崩潰電壓為 19.5 V +12%，箝位電壓為 35 V，電容為 900 pF (圖 5) 。

圖 5：VLAS080516C350RP 是低箝位積層變阻器，可提供雙向 ESD 保護和 EMI/RFI 衰減。(圖片來源：Kyocera AVX)

Kyocera AVX 的 ASPGuard 系列低電容量元件符合 AEC-Q200 標準，專為 RF 系統、感測器、高速資料線和其他需要保護電容敏感電路免受高能量影響的應用所設計。ASPGuard ESD 保護元件有低漏電流，工作溫度範圍為 -55 至 +150°C，工作電壓為 18 至 70 V_DC。例如，VCAS04AP701R5YATWA 的額定電壓為 70 V_DC，電容量為 1.55 ±0.13 pF，漏電流為 0.1 μA。

用於 ECU 的卡緣連接器

高密度汽車 ECU 需要更高密度的互連解決方案，如圖 6 的 12 腳位 009159012651916 卡緣連接器。雙排 9159-650 連接器系列提供 4 至 12 個腳位，並具有交錯的觸點排，與類似尺寸的單排設計相比，可提供兩倍的腳位。這些卡緣連接器有極化和無極化兩款。極化連接器需印刷電路板具備一個鍵以防止錯誤插入。這些連接器設計用於搭配 1.6 mm 厚的印刷電路板。其鍍金觸點與印刷電路板上的鍍金焊盤配接，可提供高等級的可靠性和訊號完整性，並可承載 2.5 A 的電流。

圖 6：009159012651916 12 腳位卡緣連接器可支援高密度 ECU 連接需求。(圖片來源：Kyocera AVX)

車輛連接性

需要 RF 和微波定向耦合器、電感和天線的應用越來越多，包括定位系統、免鑰匙進入系統和車聯網 (V2X) 連接。定向耦合器是許多 RF 訊號鏈的重要組成部分。可在訊號和採樣連接埠之間，以高隔離度和低插入損耗對 RF 訊號進行採樣，以支援分析、測量和處理。例如，CP0603A0836ANTR 是一款 RF 定向耦​​合器，在 824 至 849 MHz 頻段內工作，具有 20.0 dB 耦合、0.25 dB 最大插入損耗、28 dB 回波損耗和 22 dB 指向性。

RF 天線微調在 ADAS、V2X 通訊和車艙連接等高效能汽車 RF 應用中非常重要。L0201R39AHSTR\500 RF 微調電感在 450 MHz 時的固定電感值為 0.39 (±0.05) nH，額定電流為 550 mA，最大電阻為 100 mΩ。採用堅固的薄膜積層結構，支援自動組裝。

緊湊、高效率的天線是 RF 系統重要的組成部份。AEC-Q200 並不直接適用於天線，但 Kyocera AVX 嚴格按照 AEC-Q200 的程序和要求測試其汽車級天線。汽車應用推薦使用經測試的 A 系列天線，如 A1001013 ​​Wi-Fi、藍牙和 Zigbee 天線 (圖 7) 。

圖 7：A1001013 汽車級天線專為 Wi-Fi、藍牙和 Zigbee 應用所設計。(圖片來源：Kyocera AVX)

結論

自動駕駛和聯網車輛越來越多，設計人員必須在識別和選擇符合 AEC-Q200 標準的大量被動元件，以確保系統達到穩健、可靠、高效率的運作。與提供汽車級電容、電路保護元件、連接器、RF 和微波被動元件與天線的知名可靠夥伴合作，可以加速這一過程。

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