汽車的電子系統(tǒng)保護(hù)方案

圖3：用于混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車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(yīng)用在興起

越來(lái)越多的傳統(tǒng)機(jī)械功能正在升級(jí)到電子應(yīng)用，如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向和電子停車系統(tǒng)。這些大功率、高溫度應(yīng)用對(duì)功率電子系統(tǒng)提出了更高的要求，當(dāng)powerFET、電容、電阻或IC等功率器件由于長(zhǎng)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(yán)重的熱問(wèn)題。

提高功率器件性能、使用散熱更均勻的設(shè)計(jì)技術(shù)、采用新的散熱材料是目前已經(jīng)提出的用于增強(qiáng)熱管理性能的一些解決方案。不過(guò)，設(shè)計(jì)工程師仍在很大程度上依賴二級(jí)保護(hù)來(lái)阻止因功率器件故障或腐蝕導(dǎo)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)或熱開關(guān)。這些器件都能向設(shè)計(jì)工程師提供交流和直流應(yīng)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?yàn)樵絹?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門的安裝過(guò)程，進(jìn)而帶來(lái)額外的成本和復(fù)雜性。此外，標(biāo)準(zhǔn)器件可能無(wú)法提供汽車應(yīng)用所需的耐用性和可靠性。而能夠用于汽車環(huán)境的器件經(jīng)過(guò)了完整的測(cè)試，以滿足嚴(yán)格的沖擊和振動(dòng)規(guī)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應(yīng)用的回流熱保護(hù)(RTP)器件，這是一種可以切斷電流的二級(jí)保護(hù)器件，有助于防止因功率器件故障和PCB走線過(guò)熱而出現(xiàn)的損害。這種解決方案通常消除了對(duì)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(zhuǎn)向系統(tǒng)、DC/DC轉(zhuǎn)換器和PTC加熱器中。

如圖4所示，當(dāng)RTP器件靠近powerFET安裝時(shí)，它能夠追蹤FET溫度。當(dāng)FET超過(guò)正常工作溫度極限并出現(xiàn)過(guò)溫情況時(shí)，RTP器件將激活，并斷開電源線路。

圖4：在緩慢的熱失控情況下，RTP200器件會(huì)追蹤powerFET溫度，當(dāng)溫度達(dá)到200℃時(shí)，它就會(huì)斷開電路。

使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的貼片和無(wú)鉛回流焊設(shè)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(yuǎn)超過(guò)200℃的多次回流焊工藝。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)回流焊安裝后還能在現(xiàn)場(chǎng)200℃溫度時(shí)打開，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。激活程序可以在系統(tǒng)加電時(shí)自動(dòng)實(shí)施，也可以在制造后期的線路系統(tǒng)測(cè)試期間實(shí)施。

汽車聯(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(shì)正在快速改變汽車設(shè)計(jì)的面貌：車載娛樂(lè)和無(wú)線連接。汽車制造商以及移動(dòng)設(shè)備制造商敏銳地意識(shí)到消費(fèi)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內(nèi)的數(shù)字設(shè)備。

今天的汽車已經(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)線選項(xiàng)。信息娛樂(lè)、遠(yuǎn)程信息處理、安全和電子控制等應(yīng)用要求使用多種成熟的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，如LIN、CAN、MOST、IDB-1394、FlexRay、byteflight、用于嵌入式控制的藍(lán)牙等等。

藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)為能夠與汽車及其系統(tǒng)交互的移動(dòng)電子設(shè)備創(chuàng)建了新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，如蜂窩電話、MP3播放器和導(dǎo)航設(shè)備。保護(hù)通信接口免受靜電放電(ESD)以及由天線和儀器的無(wú)線(RF)接口引起的其它電壓浪涌損害是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

圖5顯示了聚合物增強(qiáng)型齊納二極管(PolyZen器件)如何保護(hù)藍(lán)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(hù)功能，還使用了小電容聚合物ESD(PESD)器件，用于防止天線受到ESD浪涌而損壞。

圖5：針對(duì)藍(lán)牙模塊的典型電路保護(hù)解決方案。

發(fā)展前景

汽車設(shè)計(jì)中越來(lái)越多的功率器件和高數(shù)據(jù)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(hù)解決方案。TE Connectivity公司的研究、設(shè)計(jì)和應(yīng)用工程師團(tuán)隊(duì)正在與汽車制造商、集成商和OEM廠商合作開發(fā)所需的元器件，從而推進(jìn)各種新技術(shù)、支持新興應(yīng)用，并幫助汽車制造商滿足苛刻的安全標(biāo)準(zhǔn)。