【導讀】在過去幾年間，全球電動汽車（EV）一直保持著強勁增長。根據Energy Innovation的預測，到2050年，全球輕型汽車銷售量中電動汽車的占比將達到65%至75%，并在未來出行中確立主導地位。
不過，如果你認為今天發(fā)生在汽車領域的改變僅僅是“用電池代替油箱”，那就過于簡單了，與之伴生的實際上是一場以電動化、網聯(lián)化、智能化、共享化（所謂“新四化”）為目標的全方位變革，涉及能源、安全、舒適性、智能化等諸多方面，很多變革都是顛覆性的。
汽車電氣化新生態(tài)
這種變革也正在重塑整個汽車產業(yè)生態(tài)，這當然也包括作為汽車電子基礎的電子元器件。具體來講，汽車電氣化對于電子元器件的重塑作用，體現(xiàn)在以下六個方面。
#1 更大的電能需求
汽車電子化有兩個明顯的特征：一是車輛的主動力由內燃機轉換為儲存在高壓電池中的電能；二是車載的電子設備越來越多，這就使得整車對于總電能的需求大大增加。
有分析顯示，與內燃機汽車相比，電動汽車需要100kW以上的電源，與前者相比提高了20倍！
這種變化意味著汽車電氣化所需的元器件也會向著更高的功率、更高的耐壓等趨勢發(fā)展，以適應耗電量更大的電動汽車的需求。
#2 更高的效率
與更大電能需求相伴生的，是對于更高效率的追求。在高開關頻率下實現(xiàn)更高效的電源轉換，盡可能減少電能損耗，這不僅有利于實現(xiàn)更高的續(xù)航能力，也有助于降低器件和系統(tǒng)的熱應力，提升可靠性并延長使用壽命。因此，在效率方面表現(xiàn)出眾的元器件，肯定會更受電動汽車的青睞。
#3 更智能的控制
為了實現(xiàn)更高的續(xù)航能力，為用戶提供與內燃機汽車相似的駕乘體驗，電動汽車除了在電池技術上持續(xù)創(chuàng)新，以及追求更高效電源管理效率外，智能化的控制也是必不可少的環(huán)節(jié)之一。其中具有代表性的就是BMS電池管理系統(tǒng)，它可以及時精確地監(jiān)測電池電壓、溫度、健康狀態(tài)等參數(shù)，并反饋給主控單元，以形成優(yōu)化控制策略，挖掘動力電池的“潛能”，延長其使用壽命。在BMS系統(tǒng)的構建中，無疑需要諸多新型電子元器件的賦能。
#4 更大的EMC設計挑戰(zhàn)
汽車電氣化也會帶來新的EMC電磁兼容設計挑戰(zhàn)。比如采用開關頻率更高的功率半導體器件，其高電壓和高電流產生的干擾也會更多、更強。因此，車用電子元器件必須滿足嚴苛的EMS（電磁抗擾度）和EMI（電磁干擾）測試要求，以確保整個系統(tǒng)符合相關的EMC設計規(guī)范。
#5 更高的安全性
由于采用了高壓電池，因此電動汽車的設計需要有更多安全性方面的考量。比如在高壓和低壓域之間要提供可靠的隔離，以避免人員或電路受到安全威脅。針對電子元器件，爬電距離也是一個關乎安全的關鍵參數(shù)，足夠的爬電距離可有效防止器件間或器件和地之間打火，避免威脅到人身安全，而在滿足UL、CSA和VDE等爬電距離安全標準要求的同時，如何能夠實現(xiàn)元器件的小型化設計，也是一個十分考驗元器件廠商的課題。
#6 更綜合的可靠性
汽車應用環(huán)境的特殊性，決定了其對電子元器件的可靠性也會有更全面的要求。因此，穩(wěn)定的電氣性能、穩(wěn)固的機械結構、全天候的環(huán)境耐受能力，這些也都是汽車電氣化時代電子車用元器件身上必須具備的特質。
電子元器件的重塑之路
綜上所述，汽車的電氣化就像是開啟了一個全新的生態(tài)系統(tǒng)，而電子元器件想要在這個新的生態(tài)環(huán)境中落地、生根和發(fā)展，就必須進行適應性的優(yōu)化。
這種優(yōu)化通常可以從兩個維度展開：
● 第一：圍繞行業(yè)需求的變化，打造符合車規(guī)標準的產品，并藉此逐漸形成一套嚴格的汽車級元器件產品的質量體系。同時，在此基礎上擴展自己的汽車級產品組合，滿足多樣化的應用需求。
● 第二：通過新產品、新工藝，持續(xù)提升汽車級產品的性能和競爭力，不斷滿足更高的設計要求。
在沿著這樣的技術路徑打造汽車電氣化所需的元器件方面，Bourns是一個很好的范例。憑借其在設計、制造和供應高可靠性車規(guī)元器件方面的豐富經驗，Bourns可以為電動汽車的設計開發(fā)提供非常全面的元器件解決方案。
圖1：Bourns的汽車級元器件解決方案
（圖源：Bourns）
以磁性元器件為例，Bourns可以提供豐富的車規(guī)級磁性元器件產品，包括高爬電距離和電氣間隙隔離變壓器、BMS信號變壓器、Chip LAN變壓器、功率電感、大電流共模扼流圈等。這些產品都是在IATF 16949和ISO 14000認證的工廠中生產，并通過了AEC-Q200標準測試，可滿足當今和未來汽車電氣化發(fā)展的要求。
與此同時，Bourns也在通過設計、工藝、材料等方面的持續(xù)創(chuàng)新，不斷強化汽車電子化所需的性能優(yōu)勢，這些性能優(yōu)勢包括：
● 小型化：在確保性能的同時，“壓縮”元器件尺寸，以適應空間受限的汽車應用設計要求。
● 低EMI噪聲：在降低EMI噪聲的同時保持高效率，典型的例子就是Bourns的功率電感器。
● 熱管理：提供更佳的溫度穩(wěn)定性，同時通過提升效率減小熱應力的影響，以利于整個系統(tǒng)的熱管理優(yōu)化。
● 高穩(wěn)健性和可靠性：有助于更大限度地延長產品壽命，為整車可靠長效運行提供保障。
● 高效率：借助采用先進的材料和結構，如先進的金屬合金粉芯、模壓工藝技術、扁平繞組、自引線端子等，實現(xiàn)超低DC電阻，進而提供更高的效率。
值得一提的是，上述這些產品的優(yōu)化舉措，也已經沉淀為Bourns的技術“基因”，在越來越多汽車級產品的“重塑”中發(fā)揮著決定性作用。
Bourns車規(guī)級元器件
下面我們就從幾款Bourns的車規(guī)級元器件身上，體驗一下汽車電氣化趨勢下，電子元器件將被重塑成什么樣子。
1 SRP2512TMA屏蔽型功率電感器
功率電感是指可以通過大電流的電感，在大功率開關電源設計中有廣泛應用。Bourns針對汽車電氣化的需求，開發(fā)出了一系列符合AEC-Q200車規(guī)標準的功率電感產品，SRP2512TMA屏蔽型功率電感器就是其中的代表作。
顧名思義，SRP2512TMA采用了磁屏蔽結構，因此可以實現(xiàn)低輻射，從而有效應對EMI挑戰(zhàn)。其次，與使用傳統(tǒng)繞線構造的相似尺寸的其他電感器相比，Bourns的這種新型電感器采用了扁平導線結構，有助于降低DCR電阻，實現(xiàn)更高的效率。再有，該電感器采用金屬合金粉末磁芯，可實現(xiàn)大飽和電流，這一特性在大電流、高功率應用中非常關鍵。此外，SRP2512TMA功率電感器采用高溫分級材料制成，具有更出色的溫度穩(wěn)定性，支持高達150°C的工作溫度，可以滿足汽車復雜應用環(huán)境的要求。
總之，SRP2512TMA屏蔽型功率電感器具有低輻射、高飽和電流、高溫升以及低DC電阻等特性，可以很好地滿足汽車電氣化中EMI濾波、DC-DC轉換器和電源應用所需的高性能、高可靠性設計要求。
圖2：SRP2512TMA屏蔽型功率電感器
（圖源：Bourns）
2 HCTSM8系列電源變壓器
在汽車電氣化的架構中，很多地方都需要用到隔離式DC-DC轉換器，它既能實現(xiàn)高效的電壓轉換，也能夠通過電氣隔離降低觸電風險，避免由于不同電位電平而導致的接地環(huán)路，并防止從輸入到輸出的電壓瞬變。
在隔離式DC-DC轉換器設計中，推挽式是一種常見的拓撲結構。與其他類型的DC-DC轉換器相比，推挽式轉換器可提供更穩(wěn)定的輸入電流，更少的輸入線路噪聲，以及在高功率應用中更高的效率，因此在汽車電氣化中扮演著重要的的角色。
Bourns的HCTSM8系列電源變壓器就是專為車規(guī)級推挽式DC-DC轉換器而打造的解決方案。該系列變壓器符合AEC-Q200標準，采用鐵氧體環(huán)形磁芯，提供高耦合系數(shù)和高效率；可承受高達7.5kV的電壓；隔離工作電壓高達800VAC；提供更高的匝數(shù)比；具有出色的熱降額性能——這些特性與競品相比均有顯著的優(yōu)勢。
圖3：HCTSM8系列電源變壓器
（圖源：Bourns）
特別值得一提的是，HCTSM8系列電源變壓器采用了創(chuàng)新的爬電距離路徑設計，為電流傳輸提供了細長的曲折路徑，因此在緊湊的封裝尺寸中巧妙地增加了電流路徑的長度，獲得了8mm的爬電距離。
圖4：HCTSM8系列變壓器創(chuàng)新的爬電距離路徑設計（圖源：Bourns）
加強的隔離設計、更長的爬電距離，以及緊湊的封裝外形，HCTSM8系列電源變壓器的這些優(yōu)勢特性為高效且安全的DC-DC轉換器設計帶來的好處顯而易見，而且其價值已經在Texas Instruments等芯片廠商的參考設計中得到驗證。
3 BMS信號變壓器
SM91501AL和SM91502AL
上文提到過，汽車電氣化設計想要延長鋰離子電池的使用壽命，確保用戶安全操作，基于BMS的智能控制是關鍵的一環(huán)。而想要安全可靠地采集和傳輸動力電池組的狀態(tài)信息，隔離高壓BMS通信必不可少。
Bourns推出的SM91501AL和SM91502AL BMS信號變壓器為BMS應用中的隔離通信提供了理想的保護解決方案。SM91501AL和SM91502AL BMS變壓器支持串行菊花鏈/IsoSPI，工作電壓分別為1,600V和1,000V。它們在-40℃至+125℃工作溫度范圍內具有150μH和450μH的電感值，支持4,300VDC耐壓隔離電壓。此外，該系列變壓器繞組使用通過介電強度（Hi-POT）測試的全絕緣線，進一步增強了過電壓瞬變的電氣絕緣保護能力，可滿足更高電壓的BMS設計要求。
圖5：SM91501AL和SM91502AL BMS信號傳感器（圖源：Bourns）
4 AEC-Q200過溫保護小型斷路器
鋰離子電池憑借其綜合優(yōu)勢，應用版圖極為廣闊，但在實際應用中鋰離子電池的安全性一直是個無法回避的挑戰(zhàn)。Bourns的小型斷路器作為一種可復位的熱切斷（TCO）元件，通過結合PTC和雙金屬開關兩種電路保護技術，可提供準確、可重復、更可靠的過流和過熱保護，是確保鋰離子安全工作的理想解決方案。
圖6：小型斷路器工作原理
（圖源：Bourns）
針對汽車電氣化領域的鋰離子電池保護，Bourns新近推出了通過AEC-Q200測試的AD系列（軸向引線/焊接）和SD系列（表面貼裝型）過溫保護小型斷路器，它們具備55°C至150°C的寬跳閘溫度范圍±5°C的高跳閘精度、高達4mΩ的極低阻值，支持高達10,000次循環(huán)使用次數(shù)，并可提供非自動復位（自保持）或自動復位（非自保持）功能選項，十分適合作為汽車動力電池系統(tǒng)中的可復位過溫保護器或傳感器。
圖7：AD和SD系列小型斷路器
（圖源：Bourns）
這些新產品也是Bourns將在微型過溫保護領域超過30年的經驗向汽車電氣化領域延伸的一次積極探索，使得開發(fā)者不必再使用體積龐大的解決方案或僅能單次使用的熔斷保險絲，從而靈活地擴展過溫保護的應用場景，為汽車電氣化的安全性提供更全面的保障。
本文小結
對于汽車行業(yè)來講，汽車電氣化是一場“百年未有之大變局”。在這個過程中，游戲規(guī)則被重新定義，因此參與游戲的“玩家”——比如電子元器件——也需要進化出諸多新特性，以便與這場大變革“深度融合”，在新市場中開辟出新的發(fā)展空間。
汽車電氣化對于電子元器件的重塑正在發(fā)生，并將繼續(xù)成為未來電動汽車發(fā)展中的一個主旋律。
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