實現ECU節省空間特點,兼顧小型化與高特性
汽車內部處在一個十分嚴酷的噪音環境中,而共模濾波器則在其中被用作車載LAN的EMC對策。
圖1 代表性的車載LAN結構
為防止電子設備出現故障的EMC對策元件
ECU可大致分為車身系統、安全系統、動力傳動系統、多媒體及信息通信系統,從傳感器及執行元件等得到的信息通過網關,并使用這些ECU進行共享,從而維持安全、舒適、節能的行駛。初期的汽車電子控制是1對1連接的個別控制,因此隨著高功能化的發展,連接的線束增加,從而對輕量化形成了阻礙。而解決了這個問題的便是以CAN為代表的車載LAN。通過實現電子設備間連接的網絡化,滿足高功能化的同時,削減線束量成為了可能。
圖2 電磁干擾問題與電磁抗擾性問題
EMC對策同時滿足了EMI(發生噪音對策)與EMS(侵入噪音對策)。
汽車是各類噪音的發生源,例如火花塞會產生輻射噪音,電動機及交流發電機會產生電涌噪音等。為防止電子設備錯誤工作,需要抑制輻射噪音的EMI對策(電磁干擾對策)以及提高侵入噪音耐性的EMS對策(電磁抗擾性對策)。而EMC對策便考慮了同時兼顧兩者。
連接ECU的電纜會起到輻射噪音或拾取噪音的天線的作用。汽車用EMC對策元件種類繁多,采用了差動傳輸方式的CAN(高速)及FlexRay車載LAN中,防止此類噪音導致電子設備錯誤工作的最為實際有效的對策是就在車載LAN的各節點中安裝共模濾波器。
TDK的車載LAN用共模濾波器擁有在環形磁芯上進行繞線的類型以及在鼓形磁芯上進行繞線后安裝板形磁芯的類型。相比環形磁芯,鼓形磁芯雖擁有小型的特點,但隨著汽車電子控制的高功能化,1個基板上將搭載多個共模濾波器,因此需要更為小型化的產品。而ACT1210系列便是為了滿足這樣的市場需求而開發的產品。
通過獨特的結構與新鐵氧體材料實現小型化
TDK的新產品ACT1210系列相比4532形狀(4.5×3.2mm)的以往產品ACT45B系列削減了約44%的封裝面積以及約50%的容積,是一款3225形狀(3.2×2.5mm)的共模濾波器。但如果單純地追求形狀的小型化則會使共模濾波器的特性降低。因此,TDK為了兼顧小型化與高特性,無論是結構方面還是材料方面均投入了全新的技術(圖3)。
圖3小型化的同時實現低磁阻化的TDK解決方案
首先,為了實現低磁阻化,采用了與以往產品不同的獨特結構。磁阻與電路中的電阻相對應,表示在磁路中磁通通過的困難程度。磁阻與線圈卷數的平方成正比,與電感成反比。也就是說,電感越大,則磁阻越低。但鼓形磁芯型的共模濾波器中,若只是普通的小型化,則鼓形磁芯與板形磁芯的接觸面積將會變得狹窄,從而導致電感降低,造成磁阻變高。
因此,TDK為了增大鼓形磁芯與板形磁芯之間的接觸面積,將注意點放在了連接接合部的位置上。連接接合部在以往產品中位于板形磁芯與鼓形磁芯之間,但若將其移動到鼓形磁芯下部,則能擴大接觸面積,從而可兼顧小型化與低磁阻化。同時,磁阻與鐵氧體的磁芯材料導磁率成反比。也就是說,導磁率越高,磁阻就越低。TDK通過先進的材料技術,開發了提高導磁率的新鐵氧體材料,在斟酌結構方面的同時實現了低磁阻化。
總結
ACT1210系列的輻射噪音試驗(CISPR25 Class5)數據如圖4所示。通過安裝ACT系列,輻射噪音被抑制在了限值(QP)以下。圖5是在與車載電子設備連接的線束上產生強大的電磁噪音時,對其耐性進行評估的BCI試驗數據。在這個試驗中也顯示了十分穩定的特性。
圖4ACT1210系列的輻射噪音(電磁干擾)試驗
圖5BCI試驗(電磁抗擾性)中ACT12110系列的效果
隨著遠程信息處理的發展,今后使用了無線通信技術的車載連接將得到進一步的擴大,EMC對策將變得愈發重要。同時,在嚴酷條件下使用的車載電子元件則要求比普通電子設備擁有更為優異的耐振動性、耐沖擊性及耐熱性等。TDK的車載LAN用共模濾波器ACT1210系列通過引進了先進的自動繞線系統,兼顧了高穩定性與高可靠性的特點。
主要特點
通過采用獨特的磁芯結構與新開發的鐵氧體材料,以及高精度自動繞線系統等,實現了小型化與低磁阻化(高共模電感化)
以寬使用溫度范圍(-55~+150°C)應對發動機艙的嚴酷環境
通過采用了高耐熱線束,擁有優異耐熱性及高精度的自動繞線系統實現了高穩定性與高可靠性
主要用途
CAN、FlexRay等車載LAN系統用共模濾波器
主要電氣特性
產品名稱 |
共模阻抗 at 10MHz[Ω]min. |
共模電感 at 100kHz[μH]+50/30% |
直流電阻 [Ω]max. |
額定電流 DC[A]max. |
---|---|---|---|---|
ACT1210-110 | 300 | 11 | 0.4 | 0.30 |
ACT1210-220 | 500 | 22 | 0.5 | 0.25 |
ACT1210-510 | 1000 | 51 | 0.7 | 0.20 |
ACT1210-101 | 2200 | 100 | 1.5 | 0.15 |
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