防振電容器如何改變汽車電子控制器單元的可靠性

作者:電工吧 日期:2020-07-05 16:31:07 人氣: 欄目:汽車電子

(文章來源:EEWORLD)

可持續性發展趨勢推動了電動汽車(EV)和相關技術的指數性增長?;旌蟿恿ζ囈怖^續保持強勁增長,據摩根大通 JP Morgan Chase 報告估計,到2025年,所有汽車銷量的 30%將是電動汽車或混合動力汽車。

推動這一增長的不僅是電動汽車與內燃機的比例。諸如信息娛樂和高級駕駛員輔助系統(ADAS)之類的功能也在不斷的增加。一輛普通的豪華轎車現在最多可以安裝 150 個電子控制單元。所有這些因素,導致對電力電子和軟件解決方案需求的不斷增加。

直到最近,大多數電子控制器單元(ECU)仍位于發動機艙中,在這里它們不受發動機和傳動系統的振動和溫度循環的極端影響。但是技術的進步正在將電力電子器件置于更惡劣的環境中。

電動汽車行業技術進步日新月異。如:混合動力汽車受益于 48V 電機的發展。與此相比,直到最近一直主導市場的高壓解決方案(最高 800V)。較低的電壓可使車輛免除嚴格的高壓安全要求。它提供了具有更高功率輸出的小型電機,以及更好的機械和電氣集成。?

48V 混合動力系統的一個特點是集成了電機和逆變器。這使得整個系統比以前的技術更加的緊湊。電機現在位于動力總成上,提高了性能,但這會使電子設備承受更高振動和溫度循環的要求。

DC-Link 直流鏈路電容器,是受此變化影響的電力電子器件之一。它們位于逆變器和電池之間,其作用是消除因需求波動而引起的電壓尖峰。重要的是,電容器應在包括振動和溫度等在內的各種工作條件下,保持一致的性能。由于 DC-Link 直流環節電容器控制著整個電子控制器單元的電壓,因此其性能會影響整個單元的性能。?

研究表明,標準的多層陶瓷電容器(MLCC)容易產生彎曲裂紋。當 PC 板由于振動或熱循環而彎曲時,應力會通過焊點進入陶瓷體。由于該陶瓷體無柔韌性,從而會產生破裂并導致其性能立即下降。MLCC 越靠近板邊緣或其他壓力點(如推式連接器)安裝,則越容易發生故障。

說明 DC-Link 直流鏈路電容器性能的主要參數之一是等效串聯電阻(ESR)。低等效串聯電阻使得電容器能夠消除負載的高頻干擾。彎曲裂紋會導致內部電阻顯著下降,從而破壞電容器的性能。在最壞的情況下,電容器會完全的短路。因此,某些電容器被設計為無法“斷開”。解決電容器振動問題的方法有很多種。?

一種解決方案專注于電容器和 PC 板之間的連接。通過改善端子和電容器本身的連接方式,可以形成消除電容器受振動影響的屏障。聚合物電容器是陶瓷電容器的替代選擇。與 MLCC 相比,它們具有更低的等效串聯電阻,并在各種工作條件下均具有更好的性能?;旌想娙萜骶哂幸簯B和導電聚合物作為陽極和鋁陰極。液體的大表面積允許在較小的占位面積中提供更高的電容額定值。這在空間受限的汽車工業中則十分的重要。?

防震電容器可應對更大的加速度。與 10G 的標準器件相比,它們的規格可滿足 30G 的范圍要求。它們的額定振動頻率為 5 到 2000 Hz,并且峰到峰的振幅為 5 mm。

防振電容器如何改變汽車電子控制器單元的可靠性

KEMET 提供柔性端接(FT-CAP)多層陶瓷電容器,作為高振動應用的解決方案。它具有靈活的端接系統,可減少應力從板到電容器的傳遞。導電銀環氧層提供柔韌性,從而使潛在的彎曲裂紋遠離陶瓷體。與 2mm 的標準陶瓷電容器相比,這些電容器具有 5mm 的耐撓曲值。

AVX 還為高振動應用提供了靈活的終端解決方案。其帶有 Flexiterm 系列電容器的 MLCC,具有將撓曲性能從 2 mm 提高到 5 mm 的能力。它們還具有軟端接選項,可在高溫變化和循環運行的應用中提供更高的性能,例如汽車行業。帶有 Flexiterm 的 MLCC 的溫度循環可高達 3,000 次循環,且故障率為 0%,而標準電容器只有 1,000 次循環。

松下 Panasonic 擁有一系列導電聚合物混合鋁催化電容器。它們的輔助側端子使安裝更加穩定并且不易彎曲。它提供了卓越的防振動性能,并最大程度地減少了制造商對加固防振的依賴。

電動汽車和混合動力汽車技術的進步,產生了對高性能電子器件的需求。它們必須在瞬息萬變的不利條件下提供一致的電氣特性,尤其是在防振動和溫度循環方面。同時,電子控制器單元制造商們承受著減少占位面積的壓力,從而它們更適合集成機電系統所需的更緊湊的空間。

電子元器件制造商們,正在尋找新的方法來提高電容器在惡劣條件下的可靠性。他們的解決方案為電子控制器單元制造商們提供了滿足汽車行業質量和空間要求的能力。?
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