重新設(shè)計(jì)用于汽車“萬物電動(dòng)”的功率電感器

當(dāng)今汽車各個(gè)方面的電氣化趨勢對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器提出了極高的要求，以在很寬的溫度范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的功率，并在嚴(yán)格的空間限制內(nèi)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(dòng)萬物

過去，汽車銷售人員使用“電動(dòng)一切”一詞來描述奢侈的奢侈品，例如電動(dòng)窗戶和天窗，也許在極端高端，可調(diào)節(jié)的車門后視鏡和加熱座椅。在當(dāng)今世界，這幾乎是一個(gè)字面上的陳述。動(dòng)力轉(zhuǎn)向、水泵等發(fā)動(dòng)機(jī)輔助設(shè)備、自動(dòng)離合器和變速箱控制等主要功能正在轉(zhuǎn)換為電動(dòng)操作。盡管電子燃油噴射是一項(xiàng)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(dòng)力和電池電動(dòng)汽車 （HEV/BEV） 正在通過將整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)和能量存儲(chǔ)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(jī)會(huì)，允許通過定期軟件更新來調(diào)整性能并添加新功能并隨后進(jìn)行改進(jìn)。

提高安全性是另一個(gè)值得特別注意的目標(biāo)。高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），如自動(dòng)轉(zhuǎn)向和制動(dòng)，內(nèi)部和外部的先進(jìn)照明系統(tǒng)，以及聯(lián)網(wǎng)汽車功能，如V2X和緊急支持服務(wù)，引入了更多的電子模塊，如LED驅(qū)動(dòng)器和傳感器，包括攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)和無線模塊，連接到控制單元，這些控制單元包括傳統(tǒng)計(jì)算和人工智能推理的混合。

從最先進(jìn)的車輛配備單個(gè)電子控制單元（ECU）來處理發(fā)動(dòng)機(jī)管理的時(shí)代，我們現(xiàn)在處于一個(gè)即使是普通汽車也可能包含100多個(gè)ECU或域控制器的時(shí)代，以管理眾多的車身電子設(shè)備，動(dòng)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(shè)備的設(shè)計(jì)人員帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。ECU必須在很寬的溫度范圍內(nèi)始終如一地運(yùn)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(dòng)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(nèi)、發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)、前照燈后面以及機(jī)電一體化組件（如電動(dòng)系統(tǒng)）內(nèi)部的極端空間限制。

改變ECU電源設(shè)計(jì)方法有助于實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。需要在很寬的溫度范圍內(nèi)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(dǎo)電線圈，在很寬的電流范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的電感，但電感在高于飽和電流時(shí)會(huì)急劇下降。此外，飽和電流與溫度有關(guān)，在較高溫度下會(huì)降低。除了在寬溫度范圍內(nèi)提供更好的飽和特性和穩(wěn)定性外，用于汽車應(yīng)用的電感器還應(yīng)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(fù)合電感器

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

圖1.金屬復(fù)合電感器的構(gòu)造。

磁芯由絕緣鐵顆粒制成，鐵的主要用途導(dǎo)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(chǔ)比鐵氧體更高水平的磁通量。

KEMET 的 MPXV 功率電感器結(jié)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(gè)溫度范圍內(nèi)也更穩(wěn)定（圖 2）。出色的飽和特性使 DC/DC 開關(guān)電源能夠在浪涌電流高的情況下保持功能，而改進(jìn)的溫度穩(wěn)定性使工程師能夠在進(jìn)行可靠的熱考慮進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)。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(jí) AEC-Q200 認(rèn)證。

圖2.金屬復(fù)合材料和鐵氧體磁芯電感飽和度的比較。

憑借高達(dá) 155°C 的指定參數(shù)以及低噪聲和高達(dá) 30G 的高抗沖擊和振動(dòng)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(dòng)正在進(jìn)行的電氣化進(jìn)程，幫助向 LED 大燈、儀表組面板、平視顯示器 （HUD）、電動(dòng)水泵 （EWP）、電動(dòng)油泵 （EOP） 和電動(dòng)助力轉(zhuǎn)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(yán)格空間限制的應(yīng)用。

結(jié)論

新的內(nèi)線圈結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新的金屬復(fù)合材料技術(shù)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(yīng)用，因?yàn)殡姎饣瘮U(kuò)展到車輛的各個(gè)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(shí)代。

審核編輯：郭婷